Otkriće deformiranih cijevi
Tokom rutinske godišnje inspekcije, osoblje za održavanje izvlači PTFE izmjenjivač topline iz kupke s koncentriranom kiselinom od 150 stepeni. Nekoliko cijevi između potpornih ploča pokazuje vidljivo opuštanje. Jedna cijev je razvila pregib u blizini potporne obujmice. Zavojnica se i dalje grije, ali deformacija je progresivna-svake godine se savijanje povećava.
PTFE na povišenoj temperaturi nije krut materijal. Omekšava, puzi pod stalnim opterećenjem i značajno se širi. Bez odgovarajućeg razmaka među nosačima, kombinacija vlastite-težine, termičkog širenja i pritiska pare proizvodi trajnu deformaciju. Deformirane cijevi gube svoj dizajnirani razmak, stvarajući ograničenja protoka i potencijalne kontaktne točke gdje vibracije mogu uzrokovati oštećenje frettinga.
Mehanizam puzanja na povišenoj temperaturi
Puzanje je vremenski{0}}zavisna deformacija pod stalnim opterećenjem. Za PTFE na temperaturama iznad 100 stepeni, puzanje postaje mjerljivo pod naponima koji su znatno ispod kratkoročne-granice tečenja. Horizontalna PTFE cijev oslonjena samo na svojim krajevima doživljava naprezanje savijanja od vlastite težine. Tokom mjeseci na 140 stepeni, ovaj stres dovodi do postepenog opuštanja.
Brzina puzanja raste eksponencijalno s temperaturom. Na 80 stepeni, puzanje je zanemarivo za pravilno oslonjene cijevi. Na 120 stepeni, puzanje postaje razmatranje dizajna. Na 150 stepeni i više, puzanje dominira mehaničkim dizajnom-razmak oslonca mora biti dovoljno blizak da ograniči napon savijanja na nivoe koji proizvode prihvatljivo puzanje tokom projektnog vijeka.
Termičko širenje pogoršava problem. PTFE se širi približno 0,12 mm po metru po stepenu Celzijusa, otprilike deset puta više od čelika. Cev od 2 metra zagrejana od 25 stepeni do 140 stepeni raste za skoro 28 mm. Ako oslonci ograniče ovu ekspanziju, dolazi do kompresijskog izvijanja. Cijev se savija bočno između oslonaca, stvarajući trajnu bočnu deformaciju.
Tabela 1: Preporučeni razmak nosača PTFE cijevi u odnosu na temperaturu (10 mm OD × 1 mm zid, horizontalna orijentacija)
| Radna temperatura (stepen) | Maksimalni razmak oslonca - Mirna tekućina (mm) | Maks. razmak oslonca - miješana kupka (mm) | Primary Concern |
|---|---|---|---|
| 60 | 600 | 500 | Upravljanje termičkom ekspanzijom |
| 80 | 500 | 400 | Skromno puzanje, ekspanzija |
| 100 | 400 | 300 | Puzanje postaje značajno |
| 120 | 300 | 250 | Creep dominira dizajnom |
| 140 | 250 | 200 | Rizik od puzanja i izvijanja |
| 160 | 200 | 150 | Potreban maksimalan oprez |
Razmaci izračunati da ograniče ugib u sredini{0}}raspona na manje od 3 mm i naprezanje savijanja ispod 0,5 MPa na temperaturi. Agitirane kupke zahtijevaju bliži razmak zbog hidrodinamičkog opterećenja od kretanja otopine.
Podrška principima dizajna
Noseće ploče za PTFE cijevi moraju omogućiti aksijalno pomicanje dok sprječavaju bočno pomicanje. Vodilice sa prorezima izrađene od čvrstog PTFE ili PVDF služe ovoj svrsi. Cev slobodno klizi kroz prorez tokom termičkog širenja i skupljanja, ali zidovi proreza sprečavaju opuštanje ili bočno savijanje.
Prorez bi trebao biti malo prevelik-0,5 do 1,0 mm veći od vanjskog prečnika cijevi – kako bi se spriječilo vezivanje uz zadržavanje bočne potpore. Uski prorezi ograničavaju termičko kretanje, pretvarajući oslonac u ograničenje koje izaziva izvijanje. Previše labavi prorezi omogućavaju da cijev vibrira pod miješanjem, uzrokujući zamor na kontaktnoj tački podrške.
Krajnji pričvršćivači zahtijevaju posebnu pažnju. Povezivanje cijevi-na-glavo je obično kompresioni spoj. Cijev se mora slobodno širiti između glave i prvog nosača. Udaljenost od zaglavlja do prvog oslonca trebala bi biti polovina normalnog razmaka nosača kako bi se ograničilo naprezanje savijanja tijekom širenja.
Razmatranje vertikalne orijentacije
Vertikalne cijevi doživljavaju puzanje drugačije od horizontalnih cijevi. Vlastita{1}}težina proizvodi vlačni napon umjesto naprezanja savijanja. Zatezno puzanje uzrokuje istezanje i stanjivanje zidova, a ne opuštanje. Razmak među nosačima za vertikalne cijevi rješava otpornost na izvijanje i kontrolu vibracija, a ne na vlastitu{4}}deformaciju težine.
Vertikalne PTFE cijevi između kolektora trebaju biti poduprte bočno u intervalima koji ne prelaze razmak za horizontalne cijevi na istoj temperaturi. Oslonci sprečavaju Eulerovo izvijanje pod kompresijskim termičkim opterećenjima i ograničavaju amplitudu vibracija zbog protoka fluida.
Rezime
Deformacija cijevi izmjenjivača topline PTFE na visokim temperaturama rezultat je puzanja pod vlastitom-težinom i izvijanja zbog ograničenog toplinskog širenja. Odgovarajući razmak oslonca ograničava napon savijanja na nivoe koji proizvode prihvatljivo puzanje tokom životnog veka opreme.
Razmak između nosača se smanjuje kako se radna temperatura povećava, sa 600 mm na 60 stepeni do 200 mm na 160 stepeni za cevi od 10 mm OD. Nosači vodilice s prorezima omogućavaju slobodno aksijalno termalno pomicanje dok sprječavaju bočno pomicanje. Udaljenost od zaglavlja-do-prve-podrške zahtijeva prepolovljen razmak za upravljanje naprezanjem ekspanzije.
Inženjerska analiza za razmak nosača PTFE cijevi u specifičnim radnim uvjetima dostupna je nakon podnošenja zahtjeva za promjer cijevi, debljinu stijenke, orijentaciju, radnu temperaturu, intenzitet miješanja fluida i projektni vijek trajanja.
