Kako se padec tlaka v PTFE izmenjevalniku spreminja s časom zaradi lezenja?

Toplotni izmenjevalnik, ki je več let zanesljivo zagotavljal enak padec tlaka, lahko sčasoma začne kazati nekoliko višje diferenčne odčitke. Cevi pogosto niso zamašene z umazanijo ali kemično onesnažene. Namesto tega se je oblika samih PTFE cevi sčasoma rahlo spremenila. Izvrtina cevi v bližini spoja cevne plošče se postopoma zoži kot počasen-zapiralni ventil, ker je PTFE viskoelastičen material in lezi pod dolgotrajno mehansko obremenitvijo.

Ta rahla dimenzijska sprememba je redko spektakularna, vendar lahko povzroči zaznavne hidravlične posledice v dolgih servisnih intervalih. V cevnih toplotnih izmenjevalnikih iz PTFE, ki se uporabljajo v korozivnih kemičnih procesih, je ta pojav predvidljiv del dolgoročnega mehanskega staranja in ne nepričakovana okvara.

Zanesljiva zasnova izmenjevalnika in črpalke zahteva razumevanje povezave med delovanjem hidravličnega sistema in spremembo padca tlaka izmenjevalnika PTFE s časovnim postopkom.

Razumevanje PTFE Creep
PTFE pod dolgotrajno obremenitvijo reagira drugače kot kovine. Material se sčasoma postopoma deformira, namesto da bi pod stalno napetostjo ostal dimenzijsko stabilen.

Ta navada je znana kot plazenje.

Kaj povzroča plazenje?
Lezenje se pojavi, ko se polimerne verige postopoma reorganizirajo pod dolgotrajno mehansko obremenitvijo ali deformacijo. Za razliko od elastične deformacije, ki v trenutku izgine, ko se sila odstrani, se lezenje enakomerno razvija v tisočih urah delovanja.

V toplotnih izmenjevalnikih PTFE so največje trajne tlačne napetosti pogosto tam, kjer gredo cevi skozi sklop cevne plošče.

Cevi so v počasnem-stisku.

Obročki, kompresijski obroči ali sistemi tesnil izvajajo stalni pritisk na teh točkah, da tvorijo neprepustno tesnilo med cevjo in cevno ploščo. Sčasoma material PTFE stene pod to obremenitvijo počasi teče.

Kako se razvije omejitev izvrtine cevi
Lokalizirana deformacija na cevni plošči
Območje okoli stisnjenega spoja je tam, kjer je proces lezenja najbolj koncentriran.

Majhen del stene cevi postopoma ekstrudira navznoter v tok, ko se PTFE deformira. To zmanjša efektivni notranji premer cevi na stičišču.

Tudi rahlo zmanjšanje izvrtine poveča upor proti toku, čeprav je sprememba dimenzij pogosto minimalna.

Omejitev se obnaša podobno kot stalno nameščena dušilna točka znotraj vsake cevi.

Dolgoročne-hidravlične posledice
Padec tlaka-na strani cevi postopoma narašča, ko se notranji premer zmanjšuje.

Ta porast je na splošno:

počasi

Trajna

Predvidljivo

Nepopravljivo

Za razliko od umazanije, ki jo povzročijo usedline ali luske, omejitve ni mogoče odstraniti mehansko ali kemično, ker izvira iz fizične deformacije materiala.

Pojav je nepovraten.

Zakaj je učinek običajno minimalen
V večini dobro{0}}zasnovanih PTFE izmenjevalnikov je povečanje padca tlaka razmeroma minimalno.

Običajna dolgoročna-zvišanja lahko v nekaj letih delovanja znašajo le nekaj odstotkov. Vendar pa je v nekaterih okoliščinah učinek bolj očiten:

Dolge dolžine cevi

Visoke hitrosti pretoka

Premeri cevi, ki so majhni

Visoke delovne temperature

Visokotlačni-sistemi

Tlačne napetosti na tesnih cevnih ploščah

Tudi manjša zmanjšanja izvrtine v teh sistemih lahko povzročijo merljivo hidravlično kazen.

Zaradi tega se sprememba padca tlaka izmenjevalnika PTFE s časovnim pomikom pogosto upošteva že v začetni fazi hidravličnega načrtovanja, namesto da bi se obravnavala kot nepredvidena operativna težava.

Vpliv temperature na hitrost lezenja
Višja temperatura pospeši deformacijo
Na obnašanje PTFE pri lezenju močno vpliva:

stopnja stresa

Temperatura

Čas pod obremenitvijo

Proces lezenja se pospeši zaradi znatnega povečanja molekularne mobilnosti pri visokih temperaturah.

Pri 100 stopinjah lezenje napreduje bistveno hitreje kot pri sobni temperaturi.

Ta temperaturna odvisnost je še posebej pomembna pri izmenjevalnikih za kemično obdelavo, ki delujejo z ogretimi kislinami, alkalijami ali tokovi topil.

Sistem, ki neprekinjeno deluje pri povišani temperaturi, lahko večino dolgoročne -dimenzionalne spremembe opazi v prvih nekaj letih delovanja.

Nasičenost in zmanjšanje stresa
Učinek lezenja se ne širi večno z enako hitrostjo.

Ko se PTFE deformira, notranje napetosti postopoma popuščajo. Dimenzijska sprememba se sčasoma postopoma upočasni zaradi zmanjšane napetosti, kar zmanjša hitrost lezenja.

Sčasoma se sistem približa kvazi-stabilni situaciji, kjer nadaljnje deformacije postanejo zanemarljive.

Ta pojav je običajno definiran kot nasičenost zaradi lezenja.

Premisleki glede hidravlične zasnove
Dopuščanje marže pri dimenzioniranju črpalke
Povečanja tlaka,-povezana s plazenjem, se običajno lahko obravnavajo med začetnim načrtovanjem sistema, saj so predvidljiva.

Pri izbiri obtočnih črpalk za sisteme izmenjevalnika PTFE se pogosto upošteva majhen dodatni tlačni blažilnik.

Ta konstrukcijski dodatek pomaga zagotoviti, da so določene stopnje pretoka možne tudi po letih delovanja.

Brez te vrzeli se lahko hidravlični upor postopno poveča in povzroči dolgoročno-zmanjšanje pretoka.

Spremljanje trendov tlaka
Spremljanje diferenčnega tlaka v izmenjevalniku zagotavlja pomemben vpogled v dolgoročno-delovanje sistema.

Enakomerno, stabilno povečanje v nekaj letih lahko kaže na omejitev,-povezano z naravnim lezenjem in ne na onesnaženje ali obraščanje.

Analiza trendov pomaga razlikovati med:

Postopno mehansko staranje

Nenadni dogodki obraščanja

Poslabšanje črpalke

Pogoji delne obstrukcije

Razumevanje te razlike odpravlja nepotrebne postopke čiščenja ali razstavljanja.

Zmanjšanje lezenja na spoju cevne plošče
Povečanje nosilne površine
Obremenitev, ki jo povzroča PTFE, je mogoče zmanjšati s porazdelitvijo kompresijske sile na večjo kontaktno površino.

Objemke z večjimi ležajnimi območji zmanjšujejo lokalizirano tlačno napetost in zmanjšujejo težnjo po pretoku materiala navznoter.

Hitrost lezenja se neposredno zmanjša z manjšo obremenitvijo.

Uporaba vzmetnih-tesnilnih sistemov
Vzmetne-tesnilne rešitve ali združljive tesnilne rešitve pomagajo ohranjati tesnilno silo, hkrati pa omejujejo pretirano trdo stiskanje.

V primerjavi s popolnoma togimi rešitvami za vpenjanje ti sistemi bolje prenašajo progresivne spremembe dimenzij.

Prednosti so sestavljene iz:

Zmanjšana koncentracija lokaliziranega stresa

Izboljšana stabilnost tesnila

Nižja-dolgotrajna deformacija izvrtine

Boljša prilagoditev termičnega cikla

Dolgotrajno-zoženje cevi je običajno manj resno pri mehkejših metodah tesnjenja.

Primerjava PTFE s kovinskimi izmenjevalnimi cevmi
Kovinske izmenjevalne cevi običajno kažejo nizko lezenje pri temperaturah običajnega kemijskega procesa. PTFE se obnaša drugače zaradi svoje polimerne strukture.

Vendar pa PTFE ponuja prednosti, s katerimi se kovine ne morejo enostavno kosati:

Vrhunska kemična inertnost

Odpornost na agresivne kisline

Ne{0}}površine, ki ne onesnažujejo

Izjemna odpornost proti koroziji

Kompromis-je v tem, da ima PTFE bolj zapleten profil mehanskega staranja.

Oblikovalci morajo hkrati upoštevati kemično združljivost in dolgoročno mehansko obnašanje-.

Operativne posledice v desetletjih službe
Dobro-zasnovani PTFE izmenjevalniki pogosto delujejo desetletja v močno korozivnih razmerah, ko bi se kovinski sistemi kmalu zlomili.

Redko je počasen dvig tlaka, ki ga povzroča lezenje, katastrofalna omejitev. Namesto tega deluje kot postopna, nadzorovana sprememba hidravlične zmogljivosti skozi čas.

Dolgo potem, ko pride do stabilizacije pri lezenju, izmenjevalnik v mnogih sistemih še vedno izpolnjuje zahteve procesa.

Ključni pogoj je preprosto, da prvotna zasnova sistema predvideva posledice.

Za zaključek
Pri daljših delovnih časih lahko lezenje PTFE, priznan in nadzorovan proces mehanskega staranja, postopoma poveča izgubo tlaka v izmenjevalniku. Trajno stiskanje na spoju cevne plošče počasi deformira steno PTFE cevi navznoter, rahlo zmanjša premer izvrtine cevi in ​​povzroči trajno povečanje hidravličnega upora.

Čeprav je učinek pogosto minimalen, je treba med začetnim hidravličnim projektiranjem upoštevati razmerje med spremembo padca tlaka izmenjevalnika PTFE in časovnim lezenjem, zlasti pri aplikacijah z visoko-temperaturo ali dolgimi-cevmi. Ustrezno dimenzioniranje črpalke, povečana ležajna-objemka in vzmetni-tesnilni sistemi pomagajo minimizirati dolgoročne-spremembe delovanja in ohraniti načrtovane stopnje pretoka skozi desetletja uporabe.

Tudi najbolj kemično inerten material ima na koncu mehansko življenjsko pripoved, na katero vplivajo stres, temperatura in čas.