Kako izbrati pravilno zasnovo dilatacijskega spoja za ohišje izmenjevalnika PTFE s fiksno cevno ploščo?

Izmenjevalnik toplote iz fiksne-cevne pločevine PTFE je mehansko preprost in pogosto ekonomsko privlačen, vendar zasnova vključuje osnovni toplotni konflikt. PTFE cevi se močno razširijo pri naraščajoči temperaturi, vendar se okoliška jeklena lupina zelo malo razširi. Če je gibanje omejeno, lahko neusklajenost povzroči ogromno osno obremenitev. Nekateri deli izmenjevalnika se morajo upogniti, da absorbirajo to diferencialno raztezanje. Odgovor je kovinski dilatacijski spoj z mehom, privarjen v ohišje - fleksibilen, harmoniki-podoben segment, ki se širi in krči, ko snop cevi iz PTFE toplotno diha med delovanjem.

Sklop meha je najpomembnejša mehanska komponenta v celotnem izmenjevalnem sistemu za kateri koli izbor izmenjevalnika PTFE s fiksnimi cevnimi ploščami.

Zakaj so dilatacijski spoji potrebni na PTFE izmenjevalcih
Ekstremna toplotna ekspanzija PTFE
Koeficient toplotnega raztezanja PTFE je veliko višji od ogljikovega jekla ali nerjavečega jekla. Cevi iz PTFE se lahko s spremembami delovne temperature večkrat razširijo nad obseg konstrukcije lupine okoli njih.

Brez prožnega sistema nadomestil se lahko pojavijo pomembne težave:

Izkrivljanja v cevni plošči

Raztrganje cevi

Prevelike aksialne sile

Pokanje lupine

Utrujenost zvara

Napake zaradi puščanja

Dilatacija je območje kontroliranih gibov in ne dopušča koncentracije toplotnih napetosti v telesu izmenjevalnika.

Meh kot prožna tlačna meja
Meh je kovinska pljuča izmenjevalnika, ki vdihne in izdihne z vsakim toplotnim ciklom, vendar ohranja celovitost tlačne pregrade. Dokler obstaja ustrezna prožnost, se lahko snop cevi iz PTFE naravno razširi in krči brez prevelike-obremenitve lupine.

To prilagodljivost je treba namenoma načrtovati, namesto da bi jo posnemali z generično cevno opremo.

Ključna konstrukcijska merila za izbiro dilatacijskih spojev
Polni hod na osi
Najbolj kritičen parameter pri dimenzioniranju dilatacijskih spojev je zmožnost osnega gibanja. Meh se mora varno prilagoditi celotnemu ocenjenemu toplotnemu raztezku zaradi PTFE cevi v celotnem območju delovne temperature.

Tipični izračuni načrtovanja upoštevajo:

Dolžina cevi

Koeficient toplotne razteznosti PTFE

Zagonske temperaturne razlike

Krčenje ob zaustavitvi

Procesno vznemirjena situacija

Najvišja projektna temperatura (MDT)

Prekratka vožnja lahko preobremeni meh ali povzroči okvaro zaradi kompresijske utrujenosti.

Zakaj imamo radi debel{0}}enoslojni-meh
Zahteve za odpornost na pritisk
Pri izmenjevalnikih s fiksno-cevno ploščo PTFE je meh izpostavljen notranjemu tlaku lupine, vendar se lahko tudi premika. Tanek, več{2}}plastni meh, kot se pogosto uporablja v nizkotlačnih cevovodih, morda ne bo dovolj močan za ta namen.

Iz tega razloga se pogosto uporabljajo debel{0}}enoslojni-slojni modeli mehov.

Prednosti vključujejo:

Povečana strukturna moč

Boljše zadrževanje tlaka

Povečan dodatek proti koroziji

Boljša odpornost proti poškodbam

Manjša dovzetnost za ločevanje plasti

Sklop meha ni le gibljiv konektor. Je del tlačne posode, ki je istočasno izpostavljen toplotnim, tlačnim in utrujajočim obremenitvam.

Izbira materiala za meh
Zakaj je nerjaveče jeklo 316L tako pogosto
Najbolj priljubljen material za meh ohišja izmenjevalnika je nerjavno jeklo 316L, saj ponuja mešanico:

Odpornost proti koroziji

Varilske veščine

Značilnosti utrujenosti

Razpoložljivost:

Mehanska upogljivost

Odpornost proti atmosferski koroziji je torej ključni dejavnik, saj je meh običajno na zunanji strani lupine in ne v neposrednem stiku z agresivno procesno kemijo.

Nevarnosti zunanje korozije
Rastlinsko okolje, kjer se nahaja meh, je lahko izpostavljeno:

Kisli hlapi

Sol{0}}močna vlaga

Sperite kemikalije

* Postopek razlitja

Kontaminacija s kloridom

Zlasti kloridi v sledovih so zelo škodljivi, saj lahko povzročijo razpoke zaradi zunanje napetostne korozije meha iz nerjavnega jekla pod natezno obremenitvijo.

Postopek izbire materiala mora torej upoštevati delovni proces in izpostavljenost okolja okoli namestitve izmenjevalnika.

Oblikovanje življenjske dobe zaradi utrujenosti in konvolucije
Vloga konvolucijske geometrije
Zavoji so valovi, ki se stiskajo in raztezajo s toplotnim gibanjem, da ustvarijo prožnost meha.

Zasnova mora biti sestavljena iz:

Število konvolucij

Višina konvolucije

Oblika igrišča

Debelina sten

Konstanta aksialne vzmeti

Premalo zavojev lahko povzroči preveliko togost, preveč zavitkov pa lahko povzroči manjšo tlačno zmogljivost in odpornost proti utrujenosti.

Težave s toplotnim ciklom
Izmenjevalniki, ki so podvrženi številnim zagonom-, zaustavitvam ali pogojem šaržnega postopka, so izpostavljeni ponavljajočim se temperaturnim ciklom, kar povzroča ciklično obremenitev materiala meha.

Za aplikacije z visokim-cikličnim delovanjem so potrebne zasnove meha, odpornega na utrujenost.

Drugi inženirski ukrepi lahko vključujejo:

Optimizirana oblika konvolucije

Zmanjšana območja koncentracije stresa

Izboljšan nadzor kakovosti zvara

Omejitve gibanja

Odseki ojačanih ovratnikov

Odpoved zaradi utrujenosti se običajno pojavi progresivno z nastankom razpok na močno obremenjenih koreninah zavoja.

Skladnost s standardoma EJMA in ASME
Kriteriji oblikovanja EJMA
Raztezni spoji v ohišjih izmenjevalnikov za ohranjanje tlaka morajo biti zasnovani v skladu z merili, ki jih je določilo Združenje proizvajalcev razteznih spojev (EJMA).

Pristop EJMA ponuja predloge glede:

Izračun napetosti

Analiza utrujenosti

Stopnja tlaka

Omejitve gibanja

Predvidevanje sile vzmeti

Napoved življenjskega cikla

ASME Dodatek 26
Pri uporabi tlačnih posod lahko dodatek 26 ASME vodi tudi načrtovanje meha in dovoljeno oceno napetosti.

Uporaba uveljavljenih konstrukcijskih kodeksov pomaga zagotoviti, da se raztezni spoj šteje za popolnoma izdelano tlačno komponento in ne za dodatek.

Zaščita meha pred mehanskimi poškodbami
Pomen zunanjih pokrovov
Zunanje mehanske poškodbe zavojev meha zaradi orodij, peš prometa, padajočih predmetov ali vzdrževalnih del lahko povzročijo ranljivost.

Zato mora biti skupina meha opremljena z zunanjim zaščitnim pokrovom.

Pokrov ščiti pred:

Poškodbe zaradi udarca

Kopičenje odpadkov

Izpostavljenost vremenskim vplivom

Kontakt osebja.

Fizična zaščita je ključnega pomena za dolgoročno zanesljivost, saj lahko majhne udrtine ali deformacije močno skrajšajo življenjsko dobo zaradi utrujenosti.

Zakaj eks--raztezni spoji ne delujejo
Prilagojene tehnične zahteve
Izmenjevalnik iz fiksne-cevne pločevine PTFE vodi do zelo posebnih pogojev obremenitve:

Visok toplotni odmik

Tlak »

Ciklično nalaganje

Izpostavljenost korozivnemu okolju

Mehansko tresenje

Raz--kompanzijski spoji za cevovode, ki niso na policah, so redko primerni za uporabo, ker niso namenjeni za izpolnjevanje zahtev glede kombiniranega gibanja in tlaka pri uporabi PTFE izmenjevalnika.

Namesto tega mora biti vsak sklop meha izdelan tako, da ustreza geometriji izmenjevalnika in pogojem delovanja.

Povzetek
Raztezni spoj je domiselno izdelana gibljiva povezava, ki premaga osnovno dilemo toplotne obremenitve s fiksnim PTFE toplotnim izmenjevalnikom s-cevno ploščo. Meh na varen način kompenzira veliko temperaturno razliko med PTFE cevmi in okoliško jekleno lupino ter preprečuje poškodovane mehanske obremenitve na izmenjevalniku, hkrati pa ohranja celovitost tlaka.

Izbira fiksnega PTFE izmenjevalnika s cevno ploščo z ustrezno dimenzioniranim razteznim spojem je rezultat skrbnega upoštevanja zmogljivosti aksialnega giba, debeline stene, geometrije zavoja, odpornosti proti utrujenosti, odpornosti proti koroziji in upoštevanja standardov oblikovanja EJMA ali ASME. Enako ključnega pomena za dolgoročno-življenjsko dobo sta ustrezna zunanja zaščita in okoljska združljivost.

Eden najbolj zanesljivih strojev v inženiringu toplotne opreme je pogosto tisti, ki je namenjen temu, da z uglajenostjo sprejme lastno notranje gibanje, namesto da bi se mu togo upiral.\\