The Blistered Surface
Tokom planirane inspekcije, osoblje za održavanje primjećuje male plikove-izdignute izbočine prečnika 1-3 mm - na vanjskoj površini PTFE cijevi izmjenjivača topline. Plikovi su koncentrisani na cijevima u najtoplijoj zoni snopa, blizu ulaza za paru. Neki plikovi su pukli, ostavljajući plitke kratere na površini cijevi.
Plikovi izazivaju trenutnu zabrinutost. Da li cijevi otkazuju? Je li ovo hemijski napad? Hoće li cijevi curiti? Odgovori zahtijevaju razumijevanje mehanizma formiranja plikova, koji nije ni hemijski napad ni predstojeći pad granice pritiska. To je fizički fenomen uzrokovan apsorpcijom vlage i mikro šupljina u PTFE materijalu.
Plikovi ugrožavaju glatkoću površine i mogu malo smanjiti lokalni prijenos topline, ali rijetko prodiru u zid cijevi ili uzrokuju curenje. Međutim, njihovo prisustvo ukazuje da je potrebno obratiti pažnju na kvalitet PTFE materijala ili pare.
Mehanizam apsorpcije vlage i mikropraznina
PTFE je hidrofoban. Voda ne vlaži površinu. Ali na povišenim temperaturama, vodena para može polako prodreti u polimernu strukturu. Molekuli vode koji prožimaju zauzimaju slobodnu zapreminu između polimernih lanaca-istu slobodnu zapreminu koja PTFE-u daje njegovu fleksibilnost.
Tokom hiljada sati na 130-150 stepeni u zasićenoj pari, voda se akumulira u mikroskopskim šupljinama unutar PTFE. Ove praznine su svojstvene materijalu; sav PTFE sadrži neke mikropraznine iz procesa sinterovanja tokom proizvodnje. Voda u ovim šupljinama je u ravnoteži sa vanjskim pritiskom pare.
Kada se izmjenjivač isključi i ohladi, zarobljena voda kondenzira. Zapremina tekuće vode je daleko manja od zapremine pare koja ju je proizvela, stvarajući vakuum unutar praznine. Praznina se djelimično urušava. U sljedećem ciklusu{3}}zagrijavanja, tečna voda se vraća u paru. Brza ekspanzija zapremine-vode u paru je približno povećanje zapremine od 1.600:1-stvara puls pritiska unutar šupljine. Puls rasteže okolni polimer.
Tokom mnogih termičkih ciklusa, ponovljeni impulsi ekspanzije povećavaju praznine. Male šupljine se spajaju u veće. Stanjeni polimer iznad rastuće praznine izboči se prema van, formirajući vidljivi mjehur. Na kraju, zid blistera se može istanjiti do tačke pucanja, oslobađajući zarobljenu paru i ostavljajući krater.
Tabela 1: Faktori stvaranja plikova i mjere prevencije
| Faktor | Doprinos formiranju plikova | Mera prevencije | Efikasnost |
|---|---|---|---|
| High steam temperature (>150 stepeni) | Ubrzava brzinu prodiranja vode | Smanjite pritisak pare ako proces dozvoljava | Visoko |
| Česti termalni biciklizam | Impulsi ekspanzije rastu praznine | Smanjite nepotrebna isključenja na minimum | Umjereno |
| PTFE niskog-kvaliteta (visok sadržaj mikropraznina) | Obezbeđuje mesta nukleacije za plikove | Odredite PTFE smolu visokog{0}}kvaliteta, niske{1}}ne šupljine | Visoko |
| Brzo zagrijavanje{0}}od hladnoće | Maksimizira puls termičkog širenja | Postepeno povećavajte temperaturu pare | Umjereno |
| Vlažna para (niska frakcija suhoće) | Povećava dostupnu vlagu za permeaciju | Improve steam separation; ensure >98% suvoće | Visoko |
| Thick tube wall (>1,5 mm) | Duži put difuzije; zadržava više vode | Koristite minimalnu debljinu zida za ocjenu tlaka | Umjereno |
Faktori kvaliteta u proizvodnji PTFE cijevi
Sadržaj mikropraznina u PTFE cijevima ovisi o proizvodnom procesu. Pasta-ekstrudirana PTFE cijev se proizvodi miješanjem PTFE praha sa mazivom, ekstrudiranjem paste u oblik cijevi i sinteriranjem na visokoj temperaturi kako bi se spojile čestice. Proces sinterovanja uklanja mazivo i spaja PTFE čestice u kontinuiranu matricu.
Nepotpuno sinterovanje ostavlja zaostale mikropraznine na granicama između djelomično spojenih čestica. Ove šupljine su poželjna mjesta za akumulaciju vlage i iniciranje plikova. Visoko-kvalitetne PTFE cijevi se podvrgavaju optimiziranom sinteriranju kako bi se sadržaj praznina sveo na minimum.
Određivanje cijevi sa sadržajem šupljina ispod 1% (mjereno poređenjem gustine sa teoretskom gustinom PTFE od 2,15-2,20 g/cm³) značajno smanjuje osjetljivost na plikove. Ova specifikacija treba da bude uključena u dokumentaciju o nabavci za PTFE izmenjivače toplote koji rade iznad 130 stepeni.
Razlikovanje blistera od hemijskog napada
Plikovi od upijanja vlage razlikuju se od hemijskog napada. Hemijski napad obično uzrokuje promjenu boje, hrapavost površine ili jednolično stanjivanje zidova. Plikovi su lokalizirani, bez pridružene promjene boje. PTFE koji okružuje blister je mehanički čvrst.
Ako postoji sumnja, mjehurić se može prerezati i pregledati. Plikovi{1}}indukovani vlagom pokazuju čistu unutrašnju šupljinu sa glatkim zidovima. Hemijski napadnuto područje pokazuje degradirani materijal, promjenu boje ili izmijenjena mehanička svojstva. Ako su plikovi praćeni bilo kojim od ovih znakova, treba ponovo-procijeniti hemijsku kompatibilnost.
Rezime
Plikovi na PTFE cijevima izmjenjivača topline su rezultat akumulacije vlage u mikroprazninama unutar polimera, praćenog cikličnim širenjem pare tokom termičkog ciklusa. Mehanizam je fizički, a ne hemijski. Plikovi ukazuju na probleme s kvalitetom materijala ili parom, ali rijetko dovode do curenja cijevi.
Prevencija se fokusira na određivanje malo-praznih PTFE cijevi, održavanje visoke suhoće pare, smanjenje nepotrebnih termičkih ciklusa i postepeno povećanje temperature tokom pokretanja. Epruvete sa velikim mjehurićima treba pratiti, ali ne zahtijevaju hitnu zamjenu osim ako je debljina stijenke na mjestima blistera ispod minimuma.
Inženjerske preporuke za procjenu blistera i specifikacije PTFE materijala dostupne su nakon podnošenja certifikata o radnoj temperaturi i tlaku, kvaliteti pare, učestalosti ciklusa i materijalu cijevi.
