Kako koeficient toplotnega raztezanja PTFE vpliva na konstrukcijo vgradnje in podpore grelnika?

Ko se PTFE potopni grelnik segreje z okoljske na delovno temperaturo, se njegova dolžina znatno poveča. Če grelec trdno držimo na obeh koncih, ta širitev povzroči veliko notranjo napetost. To gibanje je treba upoštevati pri pravilni namestitvi grelnika in je bistvena lastnost, ki je v industrijskih sistemih pogosto prezrta.

PTFE koeficient toplotne razteznosti
Koeficient toplotnega raztezanja (CTE) meri, koliko se bo material razširil ali skrčil za vsako stopinjo temperaturne spremembe. PTFE ima relativno visok CTE-približno 120 × 10⁻⁶ na stopinjo Celzija (120 ppm na stopinjo). Za primerjavo, nerjavno jeklo (304 in 316) ima CTE približno 17 * 10^ -6/C. Torej se bo PTFE razširil približno 7-krat bolj kot jeklo za enako zvišanje temperature.

Praktični rezultat je čudovit. 1 meter dolg PTFE grelnik, segret s sobne temperature 20 stopinj na tipično delovno temperaturo 100 stopinj, se razširi za približno:

ΔL=L 0 × CTE × ΔT=1.0 m × 120 × 10 −6 / stopinja × 80 stopinj=0.0096 m ≈ 9,6 mm

Za togo pritrjeno komponento je sprememba približno 10 mm na meter dolžine zelo velika. Pri večjih grelnikih, dolžine 3 ali 4 metre, je lahko celotna širitev tudi 30–40 mm.

Koeficient toplotnega raztezanja materiala (×10-6/ stopinja ) pri 20-100 stopinjah Raztezanje na meter na 80 stopinj Povečanje PTFE 120 – 130 ≈9,6 – 10,4 mm
PFA 120 – 140 ≈9,6 – 11,2 mm
Nerjaveče jeklo (304/316) 16 – 18 ≈1,3 – 1,4 mm
Titan (razred 2) 8 – 9 ≈0,6 – 0,7 mm
PFA je še en fluoropolimer, ki ima podobno visok ekspanzijski koeficient. Nekateri specializirani kovinski grelniki uporabljajo titan, ki se širi celo manj kot nerjavno jeklo. Razlika med PTFE in katerim koli kovinskim ovojom ali notranjim kovinskim jedrom je osupljiva.

Težava pri montaži, ki jo povzroča velika ekspanzija PTFE
Na splošno ima PTFE potopni grelnik notranjo kovinsko uporovno žico ali jedro. Kovinsko jedro se razširi s hitrostjo približno ene-sedmine hitrosti obdajajočega PTFE plašča. Ko se grelec segreje, se PTFE želi bistveno bolj razširiti kot kovinsko jedro v njem. Ta diferencialna ekspanzija povzroči notranje strižne obremenitve na vmesniku med PTFE in kovino.

Če je grelec tudi zunaj omejen (s trdimi objemkami, nosilci ali prirobnicami na obeh koncih), se PTFE plašč ne more prosto razširiti v aksialni smeri. Tako ustvarjena mehanska napetost vodi do številnih načinov okvare:

Upogibanje ali upogibanje - PTFE plašč je mehkejši od kovine in se bo zato rad upognil navzven na sredini, kar bo povzročilo ukrivljeno ali valovito obliko, ki lahko zadene stene rezervoarja ali druge grelnike.

Razpoke na mestih koncentracije napetosti - Toge spone ali ostri podporni robovi so dvigovalci napetosti. PTFE se širi in pritiska na ta fiksna mesta, kar lahko povzroči nastanek in širjenje razpok po plašču.

Povlecite- stran od notranjega kovinskega jedra - Diferencialna ekspanzija PTFE in kovinskega jedra lahko skupaj z zunanjimi omejitvami povzroči, da se PTFE odmakne od kovinskih zaključkov ali odleze stran od jedra, pri čemer je uporovna žica izpostavljena jedkim procesnim tekočinam.

Pogosta napaka pri industrijskih inštalacijah je obravnavati PTFE grelnik kot kovinski grelnik, tj. pritrjevanje s številnimi trdnimi nosilci vzdolž njegove dolžine ali vpenjanje na zgornjem in spodnjem koncu. Tovrstne taktike so skoraj zagotovljene zgodaj neuspešne.

Praktične smernice za vgradnjo PTFE toplotno ekspanzijskih grelnikov
Osnovna predpostavka za montažo PTFE toplotno razteznih grelnikov je omogočiti grelniku, da se prosto širi in krči po dolžini, vendar še vedno ostane na predvidenem mestu v rezervoarju ali posodi. Priporočene tehnike vključujejo:

Namestite samo na enem koncu.
Grelnik mora biti togo nameščen samo na enem mestu – pogosto na koncu terminala (hladni konec, kjer so izvedene električne povezave). Po drugi strani pa mora ogrevana dolžina popolnoma prosto drseti ali se premikati. Po dolžini PTFE cevi ni dovoljeno nameščati dodatnih sponk, nosilcev ali vodil.

Poskrbite za aksialno gibanje nad--stranskimi nosilci
Če se uporabi --stranski pritrdilni nosilec, nosilec ne sme trdno oprijeti PTFE plašča. Namesto tega je treba ustvariti ohlapno-prilegajoče vodilo ali razporeditev z režami, ki ohranja grelec navpično, vendar omogoča, da PTFE potuje aksialno skozi nosilec, ko se temperatura spreminja. Začnete lahko s približno 2-3 mm prostora med plaščem in luknjo nosilca.

Izogibajte se preveč togim L in U konfiguracijam
Včasih se za določene oblike rezervoarjev uporabljajo grelniki v obliki črke L (z vodoravno in navpično nogo). Če sta obe nogi, vodoravni in navpični, varno pritrjeni na svojih koncih, širitev ene noge deluje proti drugi in vogal je izpostavljen znatnim upogibnim obremenitvam. Pravzaprav mora biti PTFE grelnik v obliki črke L zasnovan tako, da se ena noga prosto premika ali pa mora imeti vogal prilagodljiv prehod (npr. krivina z večjim polmerom), da absorbira diferencialno raztezanje.

Prosti končni prostor za razširitev
1-metrski grelec, ki se širi 10 mm, potrebuje vsaj 10 mm praznega prostora na svojem prostem koncu. Za grelnik, ki je obešen navpično, to pomeni, da se dno grelnika ne sme dotikati dna rezervoarja ali česar koli v rezervoarju. Priporočljiva je razdalja 20-30 mm za kompenzacijo proizvodnih toleranc in morebitnih prekoračitev temperature.

Uporabite gibljive kable namesto togega voda Pritrjen na plašč
Vodniki od priključnega konca električnega napajanja morajo biti dovolj prožni, da omogočajo zmerno premikanje priključnega sklopa, ko se grelec širi in krči. Togi kovinski vod, ko je spojen neposredno na ohišje terminala, lahko prenaša sile gibanja na priključno točko, kar lahko poškoduje terminale.

Kaj se zgodi, ko je razširitev omejena?
Izkušnje s terena kažejo, da je omejeno toplotno raztezanje eden od glavnih vzrokov za okvaro PTFE grelnika po električni preobremenitvi. Pogosti znaki neuspeha vključujejo:

Upogib plašča - Vizualni pregled s serpentinasto ali valovito obliko.

Vzdolžne razpoke - Razpoke vzporedne z osjo grelnika, ki se običajno začnejo v bližini pritrdilnih sponk.

Ločitev na koncu terminala - PTFE plašč zdrsne stran od polnilne mase terminala, pri čemer se razkrije uporovna žica ali omogoči vod za prodiranje tekočine.

Notranji zlom žice - Cikli raztezanja in krčenja, ko so zadržani, utrudijo notranjo uporovno žico na mestu vstopa v PTFE plašč.

Montažna oprema ne sme radialno stisniti PTFE plašča. PTFE se plazi pod konstantno tlačno obremenitvijo. Cevna objemka ali cevna objemka, vpeta okoli PTFE, se bo sčasoma sprostila, ko bo hladen material-tekel stran od objemke, neenakomeren pritisk pa lahko povzroči zlom.

Zaključek: dobra praksa vgradnje je prav tako pomembna kot kakovost grelnikov
Koeficient toplotne razteznosti PTFE je približno sedemkrat večji od nerjavečega jekla. PTFE grelnik dolžine 1- m se bo podaljšal za približno 10 mm, ko se segreje od temperature okolice do 100 stopinj. Če je to raztezanje omejeno, mehanske obremenitve, ki nastanejo, povzročijo upogib, zlom ali odpoved PTFE plašča.

Pravilna pritrditev PTFE toplotnega razteznega grelnika zahteva eno samo fiksno točko, običajno na končnem koncu, pri čemer se preostali del grelnika prosto premika osno. Drsenje mora biti dovoljeno na--stranskih oklepajih; Ureditve v obliki L-ne bi smele imeti dveh omejitev; in na prostem koncu mora biti dovolj prostora. Te tehnike oblikovanja niso neobvezne izboljšave, ampak so ključne za dolgo življenjsko dobo. Kakovost grelnika je ključnega pomena, prav tako pa tudi dobri postopki namestitve. Ko so mehanski učinki toplotnega raztezanja ustrezno obravnavani, PTFE potopni grelniki zagotavljajo popolno kemično odpornost in prednosti električne izolacije brez kompromisov.