Problemet med pumpeomkostninger i udvaskningskredsløb
Hydrometallurgiske udvaskningskredsløb flytter aggressive syreopløsninger gennem kilometerlange rør, reaktorer og varmevekslere. Pumpeomkostninger udgør en stor driftsudgift. Hvert trykfald over en varmeveksler øger energiregningen.
Metalliske varmevekslere udvikler indre overfladeruhed, efterhånden som korrosion skrider frem. Det, der begynder som et glat rørinteriør, nedbrydes til en udhulet, skaleret overflade med friktionsfaktorer, der er flere gange højere end designværdierne. Pumpens afgangstryk stiger for at opretholde flowet. Energiforbruget stiger. Til sidst kan kredsløbet ikke opnå designflowhastigheder uden pumpeopgraderinger.
Problemet forstærkes over tid. Korrosion gør overflader ru. Ru overflader øger friktionen. Højere friktion kræver mere pumpeenergi. Feedbacksløjfen accelererer, indtil vedligeholdelsesindgreb erstatter veksleren.
Overfladeruhed og friktionsfaktor
Trykfald i varmevekslerrør følger Darcy-Weisbach-forholdet. For turbulent flow afhænger friktionsfaktoren af overfladeruhed i forhold til rørdiameter. Et nyt rustfrit stålrør med en ruhed på 0,0015 mm har en Darcy-friktionsfaktor på cirka 0,019. Efter to år i syreudvaskning øger overfladegruber ujævnheden til 0,05 mm, hvilket næsten fordobler friktionsfaktoren.
Nedstrøms konsekvensen er øget pumpehovedkrav. Et kredsløb designet til 3 bar tryktab gennem varmeveksleren ved installation kan kræve 5 bar efter korrosion gør overfladen ru. Pumpen skal arbejde hårdere og forbruge 60-70 % mere energi for samme flow.
Tabel 1: Sammenligning af overfladeruhed og trykfald i udvaskningskredsløbsvarmevekslere
| Rørmateriale | Indledende ruhed (mm) | Ruhed efter 2 år (mm) | Relativt trykfaldsstigning |
|---|---|---|---|
| SS 316L i HCl-udvaskning | 0.0015 | 0.05 - 0.10 | 60 - 90% |
| Titanium i H₂SO4-udvaskning | 0.0015 | 0.02 - 0.04 | 30 - 50% |
| PTFE (jomfru) | 0.0013 | 0.0013 | 0% |
Data fra offentliggjorte rørfriktionstabeller og feltmålinger i kobber- og nikkeludvaskningsoperationer.
Fordelen med PTFE Smooth-boring
PTFE-rør har en initial overfladeruhed på ca. 0,0013 mm, sammenlignelig med trukket metalrør. Den kritiske forskel er, at denne ruhed aldrig øges. PTFE korroderer, gruber eller kalker ikke. Den indvendige overflade efter fem års syreservice er identisk med overfladen på dag ét.
Den lave overfladeenergi af PTFE giver en yderligere driftsfordel. Kalk-dannende forbindelser, der klæber til metaloverflader, har en tendens til at aftage PTFE. Calciumsulfat, metalhydroxider og andre præcipitater finder færre nukleeringssteder på fluorpolymeroverfladen.
Trykfaldet over en PTFE-varmeveksler forbliver stabilt i hele dens levetid. Pumpestørrelsesberegninger foretaget ved installationen forbliver gyldige år senere. Energiforbruget til pumpning glider ikke opad. Kredsløbsflowhastigheder forbliver på designværdier uden trinvise stigninger i pumpehastigheden.
Layoutfleksibilitet reducerer systemets trykfald
Langsigtede udvaskningskredsløb kræver ofte varmevekslere på steder, der er begrænset af eksisterende strukturer, tankarrangementer og rørstrækninger. Metalliske vekslere med faste skal-og-rørskonfigurationer tvinger rørføringskompromiser, der tilføjer bøjninger, albuer og ekstra længde.
Fleksible PTFE-spoler kan konfigureres til at passe direkte ind i eksisterende tanke eller kanaler, hvilket helt eliminerer eksterne skal-og-rørvekslere og deres tilhørende rørtrykfald. Spolen nedsænkes simpelthen i udvaskningsopløsningen. Det eneste trykfald er det interne damp- eller varmtvandskredsløb, som er minimalt.
Når eksterne PTFE varmevekslere er påkrævet, forenkler lette fluorpolymerbundter støttestrukturer og reducerer behovet for tunge rørstandere og ekspansionsløkker, der er almindelige med metalvekslere i lange løb.
Feltobservationer fra en kobberudvaskningsoperation
Et anlæg til ekstraktion af opløsningsmiddel i kobberbunke erstattede to varmevekslere i rustfrit stål med skal- og-rør med PTFE-spiraler placeret direkte i tankene til den gravide udvaskningsopløsning. De rustfrie vekslere havde udviklet indre ruhed over tre år, hvilket øgede kredsløbets trykfald fra 2,8 bar til 4,6 bar.
Pumpens energiforbrug var steget 55% i samme periode. Efter-udskiftning vendte kredsløbets trykfald tilbage til 2,7 bar med PTFE-spoler. Pumpens energiforbrug faldt tilbage til næsten-oprindelige niveauer. Alene årlige besparelser på pumpeelektricitet dækkede 40 % af PTFE-spolens kapitalomkostninger i det første år.
Oversigt
Korroderede metalliske varmevekslere øger trykfaldet i udvaskningskredsløbet gennem progressiv overflade ru. Højere friktion kræver mere pumpeenergi, hvilket øger driftsomkostningerne kontinuerligt indtil udskiftning.
PTFE varmevekslere bevarer deres oprindelige glatte overflade på ubestemt tid. Trykfaldet forbliver konstant. Pumpens energiforbrug glider ikke. Fleksibiliteten af dykspolekonfigurationer kan helt eliminere eksterne vekslertrykfald ved at placere varmeoverførselsoverfladen direkte i procestanke.
For udvaskningsoperationer, der evaluerer udskiftning af varmeveksler, er ingeniøranalyse tilgængelig ved indsendelse af aktuelle kredsløbstryktabsdata, flowhastigheder, udvaskningsopløsningskemi og tilgængelige varmemediespecifikationer.
