Pitanje -puzanja visoke temperature
Hemijski proces zahteva kontinuirano zagrevanje na 180 stepeni sa zasićenom parom od 6 bara. I PTFE i PFA (perfluoroalkoksi) cijevi su ocijenjene za kontinuirani rad od 260 stepeni. Oba su potpuno fluorirana i hemijski inertna. Projektant izmjenjivača topline mora birati između njih na osnovu mehaničkih performansi na temperaturi-konkretno, vijeku trajanja puzanja pod unutrašnjim pritiskom.
Na 180 stepeni, stope puzanja PTFE i PFA se razlikuju. Razlika je u njihovoj molekularnoj arhitekturi. PTFE je linearni polimer ultra-visoke molekularne težine sa krutom konformacijom lanca -poput štapa. PFA uključuje perfluoropropil vinil eter komonomer, koji uvodi kratke bočne grane koje remete kristalnost i mijenjaju odgovor puzanja.
Pitanje je kvantitativno: za identične dimenzije cijevi i unutarnji tlak pare, koliko radnih sati svaki materijal pruža prije pucanja ili neprihvatljive deformacije? Odgovor određuje intervale održavanja i troškove životnog ciklusa.
Molekularna osnova za razliku puzanja
Puzanje u fluoropolimerima nastaje klizanjem molekularnog lanca. Pod stalnim stresom, polimerni lanci se polako rastavljaju i klize jedan pored drugog. Stopa ovisi o dužini lanca (molekularnoj težini), krutosti lanca, kristalnosti i prisutnosti bočnih grana koje djeluju kao sidra.
PTFE ima izuzetno visoku molekularnu težinu-10⁷ do 10⁸ g/mol-i visoku kristalnost (50-70% za neobrađen PTFE, nižu za modifikovane vrste). Dugi, kruti lanci formiraju opsežne kristalne domene koje se odupiru klizanju lanca. Amorfna područja, iako su sposobna za deformaciju, ograničena su okolnim kristalitima.
PFA ima nižu molekularnu težinu od PTFE i nižu kristalnost (30-45%). Bočne grane perfluoropropil vinil etera ometaju kristalizaciju. Dok bočne grane obezbjeđuju određeno sidrenje protiv klizanja lanca-slično funkciji komonomera u modificiranom PTFE-u – ukupna niža kristalnost i niža molekularna težina rezultiraju bržim puzanjem na povišenoj temperaturi.
Na 180 stepeni, brzina puzanja PFA pod jednakim naprezanjem obruča je približno 2-4 puta veća od čistog PTFE-a i 1,5-3 puta veća od modifikovanog PTFE-a. Kvantitativna razlika se prevodi u kraći vijek trajanja ili deblje stijenke cijevi za PFA kako bi se postigao ekvivalentni vijek.
| Parametar puzanja | Virgin PTFE | Modifikovani PTFE | PFA |
|---|---|---|---|
| Tipična molekulska težina (g/mol) | 10⁷-10⁸ | 10⁷-10⁸ (sa bočnim granama) | 10⁶-10⁷ |
| Kristalnost (%) | 50-70 | 40-55 | 30-45 |
| Brzina puzanja pri 180 stepeni, naprezanje obruča od 3 MPa (%/1,000 sati) | 0.08-0.15 | 0.04-0.08 | 0.12-0.30 |
| Vreme do 2% deformacije na 180 stepeni, 3 MPa (sati) | 13,000-25,000 | 25,000-50,000 | 6,500-16,500 |
| Procijenjeni vijek trajanja na 180 stepeni, 6 barg (godina) | 1.5-3 | 3-6 | 0.8-2 |
| Debljina stijenke cijevi za ekvivalentni 5-godišnji vijek trajanja (mm, 10mm OD) | 1.5 | 1.2 | 2.0+ |
Implikacija dizajna
Brže puzanje PFA na 180 stepeni ne isključuje njegovu upotrebu-zahtijeva deblje stijenke cijevi da se naprezanje obruča smanji na nivo na kojem je brzina puzanja prihvatljiva. Za dati pritisak pare i potrebni vijek trajanja, zid PFA cijevi mora biti 30-50% deblji od modificiranog PTFE ekvivalenta i 15-25% deblji od prvog PTFE.
Deblji zid povećava cijenu materijala i blago smanjuje prijenos topline. Ove kazne moraju biti odvagnute u odnosu na prednosti PFA: -obradljivost topljenja koja omogućava zavarene spojeve, veću jasnoću i nešto bolju otpornost na zamor savijanja.
Za aplikacije na 180 stepeni gde je izmenjivač toplote trajno instaliran i mehaničke veze su prihvatljive, modifikovani PTFE obezbeđuje najbolju ravnotežu trajanja puzanja, debljine zida i cene. PFA je poželjan tamo gdje su zavareni spojevi potrebni za ultra-visoku-uslugu, a kraći vijek puzanja se upravlja dizajnom ili planiranom zamjenom.
Rezime
Modificirane PTFE cijevi izmjenjivača topline pružaju 1,5-3 puta duži vijek trajanja puzanja od PFA cijevi na 180 stupnjeva pod jednakim obručnim naprezanjem, zbog veće molekularne težine, veće kristalnosti i efekta sidrenja bočnih grana u modificiranim vrstama. PFA može postići ekvivalentan vijek trajanja kroz povećanu debljinu zida kako bi se smanjio napon, uz kaznu veće cijene materijala i neznatno smanjenog prijenosa topline. Za većinu industrijskih aplikacija na 180 stepeni, modifikovani PTFE je mehanički superioran izbor.
Inženjerska podrška za odabir materijala PTFE u odnosu na PFA pri specifičnim radnim temperaturama i pritiscima je dostupna nakon podnošenja pritiska pare, potrebnog vijeka trajanja, dimenzija cijevi i zahtjeva za čistoćom.
