Suprafața cu vezicule
În timpul unei inspecții programate, personalul de întreținere observă mici blistere-denivelări ridicate de 1-3 mm în diametru, pe suprafața exterioară a tuburilor schimbătoare de căldură din PTFE. Blisterele sunt concentrate pe tuburi din zona cea mai fierbinte a mănunchiului, lângă intrarea aburului. Unele vezicule s-au rupt, lăsând cratere de mică adâncime pe suprafața tubului.
Vesiculele ridică îngrijorări imediate. Se defecteaza tuburile? Este acesta un atac chimic? Se vor scurge tuburile? Răspunsurile necesită înțelegerea mecanismului de formare a veziculelor, care nu este nici un atac chimic, nici o eroare iminentă la limita presiunii. Este un fenomen fizic determinat de absorbția de umiditate și de microgoluri din materialul PTFE.
Blisterele compromit netezimea suprafeței și pot reduce ușor transferul de căldură la nivel local, dar rar pătrund în peretele tubului sau provoacă scurgeri. Cu toate acestea, prezența lor indică faptul că calitatea materialului PTFE sau calitatea aburului poate necesita atenție.
Mecanismul de absorbție a umidității și microvoid
PTFE este hidrofob. Apa nu umezește suprafața. Dar la temperaturi ridicate, vaporii de apă pot pătrunde lent în structura polimerului. Moleculele de apă care pătrund ocupă volum liber între lanțurile polimerice-același volum liber care conferă PTFE flexibilitate.
Pe parcursul a mii de ore la 130-150 de grade în abur saturat, apa se acumulează în golurile microscopice din PTFE. Aceste goluri sunt inerente materialului; tot PTFE conține niște microgoluri din procesul de sinterizare în timpul fabricării. Apa din aceste goluri este în echilibru cu presiunea aburului din exterior.
Când schimbătorul este oprit și răcit, apa prinsă se condensează. Volumul de apă lichidă este mult mai mic decât volumul de abur care a produs-o, creând un vid în interiorul golului. Vidul se prăbușește parțial. La următorul ciclu de încălzire-, apa lichidă revine la abur. Expansiunea rapidă a volumului-apă la abur este de aproximativ o creștere a volumului de 1.600:1-creează un impuls de presiune în interiorul golului. Pulsul întinde polimerul din jur.
Pe parcursul multor cicluri termice, impulsurile repetate de expansiune cresc golurile. Golurile mici se unesc în altele mai mari. Polimerul subțiat deasupra unui gol în creștere se umflă spre exterior, formând o veziculă vizibilă. În cele din urmă, peretele blisterului se poate subțire până la punctul de rupere, eliberând aburul prins și lăsând un crater.
Tabelul 1: Factori de formare a veziculelor și măsuri de prevenire
| Factor | Contribuție la formarea veziculelor | Măsura de prevenire | Eficacitatea |
|---|---|---|---|
| High steam temperature (>150 de grade) | Accelerează rata de penetrare a apei | Reduceți presiunea aburului dacă procesul permite | Ridicat |
| Cicluri termice frecvente | Pulsurile de expansiune cresc goluri | Minimizați opririle inutile | Moderat |
| PTFE de-calitate scăzută (conținut ridicat de micro-vide) | Oferă locuri de nucleare pentru vezicule | Specificați rășină PTFE de grad-înalt,-cu goluri scăzute | Ridicat |
| Încălzire rapidă-de la rece | Maximizează impulsul de dilatare termică | Creșteți treptat temperatura aburului | Moderat |
| Abur umed (fracție scăzută de uscare) | Crește umiditatea disponibilă pentru penetrare | Improve steam separation; ensure >98% uscăciune | Ridicat |
| Thick tube wall (>1,5 mm) | Calea de difuzie mai lungă; captează mai multă apă | Utilizați grosimea minimă a peretelui pentru evaluarea presiunii | Moderat |
Factori de calitate în fabricarea tuburilor PTFE
Conținutul de microgoluri al tubului PTFE depinde de procesul de fabricație. Tubul-de PTFE extrudat cu pastă este produs prin amestecarea pulberii de PTFE cu un lubrifiant, extrudarea pastei într-o formă de tub și sinterizarea la temperatură ridicată pentru a topi particulele. Procesul de sinterizare elimină lubrifiantul și unește particulele de PTFE într-o matrice continuă.
Sinterizarea incompletă lasă microgoluri reziduale la granițele dintre particulele parțial coalesce. Aceste goluri sunt locurile preferate pentru acumularea de umiditate și inițierea veziculelor. Tubul-de PTFE de înaltă calitate este supus sinterizării optimizate pentru a minimiza conținutul de goluri.
Specificarea tubului cu un conținut de goluri sub 1% (măsurată prin comparație de densitate cu densitatea teoretică PTFE de 2,15-2,20 g/cm³) reduce semnificativ susceptibilitatea blisterelor. Această specificație ar trebui inclusă în documentele de achiziție pentru schimbătoarele de căldură din PTFE care funcționează la peste 130 de grade.
Distingerea veziculelor de atacul chimic
Blisterele de la absorbția umidității sunt distincte de atacul chimic. Atacul chimic produce în mod obișnuit decolorare, aspre suprafață sau subțierea uniformă a pereților. Blisterele sunt localizate, fără modificări asociate de culoare. PTFE care înconjoară un blister este solid din punct de vedere mecanic.
Dacă există îndoieli, un blister poate fi secționat și examinat. Un blister-indus de umiditate arată o cavitate interioară curată, cu pereți netezi. O zonă atacată chimic prezintă material degradat, decolorare sau proprietăți mecanice modificate. Dacă veziculele sunt însoțite de oricare dintre aceste semne, compatibilitatea chimică ar trebui reevaluată-.
Rezumat
Blisterele de pe tuburile schimbătoare de căldură din PTFE rezultă din acumularea de umiditate în microgolurile din polimer, urmată de expansiunea ciclică a aburului în timpul ciclării termice. Mecanismul este fizic, nu chimic. Blisterele indică probleme legate de calitatea materialului sau de calitatea aburului, dar rareori duc la scurgeri din tub.
Prevenirea se concentrează pe specificarea-tuburilor PTFE cu goluri scăzute, menținerea uscăciunii ridicate a aburului, reducerea ciclurilor termice inutile și creșterea treptată a temperaturii în timpul pornirii. Tuburile cu vezicule extinse trebuie monitorizate, dar nu necesită înlocuire imediată, cu excepția cazului în care grosimea peretelui la locurile blisterelor este sub minimă.
Recomandările de inginerie pentru evaluarea blisterelor și specificațiile materialelor PTFE sunt disponibile la transmiterea certificărilor privind temperatura și presiunea de funcționare, datele privind calitatea aburului, frecvența de ciclu și certificările materialului tubului.
