Un schimbător de căldură care a furnizat fidel aceeași cădere de presiune timp de câțiva ani poate începe treptat să arate valori diferențiale ușor mai mari. În multe cazuri, tuburile nu sunt murdare chimic sau blocate de resturi. În schimb, geometria tuburilor PTFE în sine s-a schimbat încet în timp. PTFE, fiind un material vâscoelastic, se strecoară sub presiune mecanică susținută, determinând ca orificiul tubului de lângă îmbinarea foii tubulare să se strângă treptat, ca o supapă cu închidere lentă-.
Această modificare dimensională subtilă este rareori dramatică, dar poate produce consecințe hidraulice măsurabile pe intervale lungi de service. În schimbătoarele de căldură cu tuburi din PTFE utilizate în procesarea chimică corozivă, fenomenul este un aspect previzibil al îmbătrânirii mecanice pe termen lung-mai degrabă decât un mod de defecțiune neașteptată.
Înțelegerea relației dintreCăderea de presiune a schimbătorului PTFE se modifică în timpiar performanța sistemului hidraulic este importantă pentru proiectarea fiabilă a schimbătorului și a pompei.
Înțelegerea PTFE Creep
PTFE se comportă diferit de metalele sub sarcină susținută. În loc să rămână fixat dimensional sub stres constant, materialul se deformează încet în timp.
Acest comportament este cunoscut sub numele de creep.
Ce cauzează fluajul?
Fluajul apare atunci când lanțurile polimerice se rearanjează treptat sub compresie sau tensiune mecanică continuă. Spre deosebire de deformarea elastică, care dispare imediat când stresul este îndepărtat, fluajul se acumulează progresiv pe parcursul a mii de ore de funcționare.
În schimbătoarele de căldură din PTFE, cele mai mari solicitări de compresiune susținute se găsesc adesea acolo unde tuburile trec prin ansamblul foii tubulare.
Tuburile se strâng cu mișcare-lentă.
În aceste locații, ferulele, inelele de compresie sau sistemele de garnituri aplică presiune continuă pentru a crea o etanșare-etanșă între tub și foaia tubulară. De-a lungul timpului, materialul de perete PTFE curge încet sub această sarcină.
Cum se dezvoltă restricția tubului
Deformare localizată la placa tubulară
Procesul de fluaj este foarte localizat în apropierea zonei de îmbinare comprimată.
Pe măsură ce PTFE se deformează, o mică porțiune a peretelui tubului se extruda treptat spre interior, spre calea de curgere. Acest lucru reduce diametrul intern efectiv al tubului la locația îmbinării.
Deși modificarea dimensională este adesea mică, chiar și reducerea modestă a alezajului crește rezistența la curgere.
Restricția se comportă în mod similar cu un punct de accelerare instalat permanent în fiecare tub.
Consecințele hidraulice pe termen lung{0}
Pe măsură ce diametrul intern scade, scăderea presiunii laterale-tubului crește treptat.
Această creștere este în general:
Lent
Permanent
Previzibil
Ne-recuperabil
Spre deosebire de murdărirea cauzată de depuneri sau depuneri, restricția nu poate fi curățată mecanic sau chimic deoarece rezultă din deformarea fizică a materialului.
Fenomenul este ireversibil.
De ce efectul este de obicei modest
În majoritatea schimbătoarelor-de PTFE bine proiectate, creșterea căderii de presiune rămâne relativ mică.
Creșterile tipice-pe termen lung se pot ridica la doar câteva procente în mai mulți ani de funcționare. Cu toate acestea, efectul devine mai vizibil în anumite condiții:
Tuburi lungi
Viteze mari de curgere
Diametre mici ale tuburilor
Temperaturi de operare ridicate
Sisteme de{0}}înaltă presiune
Sarcini de compresie strânse ale foii tubulare
În aceste sisteme, chiar și reducerile mici ale alezajului pot produce penalizări hidraulice măsurabile.
Din acest motiv,Căderea de presiune a schimbătorului PTFE se modifică în timpeste adesea considerată în timpul etapei de proiectare hidraulică inițială, mai degrabă decât tratată ca o problemă operațională neașteptată.
Influența temperaturii asupra ratei de fluaj
Temperatura mai mare accelerează deformarea
Comportamentul la fluaj al PTFE este puternic influențat de:
Nivelul de stres
Temperatură
Timp sub sarcină
La temperaturi ridicate, mobilitatea moleculară crește substanțial, accelerând procesul de fluaj.
La 100 de grade, fluajul progresează semnificativ mai repede decât la temperatura camerei.
Această dependență de temperatură este relevantă în special în schimbătoarele de procesare chimică care manipulează acizi încălziți, alcalii sau fluxuri de solvenți.
Un sistem care funcționează continuu la temperatură ridicată poate suferi cea mai mare parte a modificării dimensionale pe termen lung{0}}în timpul primilor câțiva ani de funcționare.
Relaxarea stresului și saturația
Efectul de fluaj nu continuă să crească la nesfârșit în același ritm.
Pe măsură ce PTFE se deformează, tensiunile interne se relaxează treptat. Stresul redus scade rata de fluaj, determinând ca modificarea dimensională să încetinească progresiv în timp.
În cele din urmă, sistemul se apropie de o condiție cvasi-stabilă în care deformarea ulterioară devine minimă.
Acest comportament este descris în mod obișnuit ca saturație de fluaj.
Considerații de proiectare hidraulică
Permiterea marjei în dimensionarea pompei
Deoarece creșterea presiunii legată de fluaj-este previzibilă, aceasta poate fi de obicei adaptată în timpul proiectării inițiale a sistemului.
O marjă de presiune suplimentară modestă este adesea inclusă la selectarea pompelor de circulație pentru sistemele de schimbător din PTFE.
Această alocație de proiectare ajută la asigurarea faptului că debitele necesare rămân atinse chiar și după ani de funcționare.
Fără această marjă, poate apărea o reducere-debitului pe termen lung, pe măsură ce rezistența hidraulică crește treptat.
Monitorizarea tendințelor presiunii
Monitorizarea presiunii diferențiale în schimbător oferă informații valoroase despre comportamentul sistemului pe termen lung{0}.
O creștere lentă și stabilă de-a lungul mai multor ani poate indica o restricție normală legată de fluaj-mai degrabă decât contaminare sau murdărie.
Analiza tendințelor ajută la distingerea între:
Îmbătrânire mecanică treptată
Evenimente bruște de murdărie
Degradarea pompei
Condiții de blocare parțială
Înțelegerea acestei distincții previne procedurile inutile de curățare sau dezasamblare.
Minimizarea fluajului la îmbinarea foii tubulare
Creșterea suprafeței de rulment
Efortul aplicat PTFE poate fi redus prin distribuirea forței de compresie pe o suprafață de contact mai mare.
Ferulele cu suprafețe de rulment mai mari reduc tensiunile de compresiune localizate și reduc tendința de curgere a materialului în interior.
Stresul mai mic reduce direct rata de fluare.
Utilizarea sistemelor de etanșare cu arc-încărcate
Aranjamentele de etanșare cu arc-încărcate sau conforme ajută la menținerea forței de etanșare limitând în același timp compresia rigidă excesivă.
Aceste sisteme acceptă schimbări dimensionale treptate mai eficient decât modelele de prindere complet rigide.
Avantajele includ:
Reducerea concentrației de stres localizat
Stabilitate îmbunătățită a etanșării
Scăderea-deformației alezajului pe termen lung
Acomodare mai bună a ciclismului termic
Sistemele de etanșare mai moi produc, în general, o constricție mai puțin agresivă-tubului pe termen lung.
Compararea PTFE cu tuburile schimbătoare metalice
Tuburile schimbătoare metalice prezintă de obicei fluaj neglijabil la temperaturile procesului chimic obișnuit. PTFE se comportă diferit datorită structurii sale polimerice.
Cu toate acestea, PTFE oferă avantaje pe care metalele nu le pot egala cu ușurință:
Inerție chimică excepțională
Rezistenta la acizii agresivi
Suprafețe ne-contaminante
Rezistență excelentă la coroziune
Schimbul-constă în faptul că PTFE are un profil mecanic de îmbătrânire mai complex.
Prin urmare, proiectanții țin cont atât de compatibilitatea chimică, cât și de comportamentul mecanic pe termen lung-, simultan.
Implicații operaționale de-a lungul deceniilor de serviciu
Schimbătoarele PTFE bine proiectate-răman adesea operaționale timp de decenii în medii extrem de corozive în care sistemele metalice ar defecta rapid.
Creșterea treptată a presiunii cauzată de fluaj reprezintă rareori o limitare catastrofală. În schimb, funcționează ca o evoluție lentă și gestionabilă a performanței hidraulice în timp.
În multe sisteme, schimbătorul continuă să îndeplinească cerințele procesului mult timp după ce are loc stabilizarea fluajului.
Cerința cheie este pur și simplu ca designul original al sistemului să anticipeze efectul.
Concluzie
Fluajul PTFE este un proces de îmbătrânire mecanic cunoscut și ușor de gestionat care poate crește treptat căderea de presiune a schimbătorului pe perioade lungi de funcționare. Compresia susținută la îmbinarea foii tubulare deformează lent peretele tubului PTFE spre interior, reducând ușor diametrul găurii tubului și creând o creștere permanentă a rezistenței hidraulice.
Deși efectul este în general modest, relația dintreCăderea de presiune a schimbătorului PTFE se modifică în timpar trebui luate în considerare în timpul proiectării hidraulice inițiale, în special în aplicații cu-temperatură ridicată sau cu tuburi lungi-. Dimensionarea adecvată a pompei, ferulele cu suprafață mai mare de lagăre-și sistemele de etanșare cu arc-încărcate contribuie la minimizarea-modificărilor de performanță pe termen lung și la menținerea debitelor proiectate pe parcursul deceniilor de funcționare.
Chiar și materialul cel mai inert din punct de vedere chimic dezvoltă în cele din urmă o poveste de viață mecanică modelată de stres, temperatură și timp.
