Превключващият термичен шок
Процесен резервоар работи при 85 градуса с нагрят химически разтвор. В края на партидата резервоарът се източва и веднага се пълни отново със студена вода за изплакване при 15 градуса. PTFE топлообменникът, миг по-рано при температура на повърхността 85 градуса, внезапно е потопен във вода с температура 15 градуса. Температурата на повърхността на тръбата пада със 70 градуса за секунди. Този термичен удар възниква при всяка смяна на партида-няколко пъти на ден, стотици пъти годишно.
Керамичните топлообменници-кварц, силициев карбид-могат да се счупят при този топлинен удар. Бързото свиване на студената външна повърхност, докато вътрешността остава гореща, създава напрежение на опън, което надвишава якостта на счупване на материала. Вероятността за счупване е статистическа, в зависимост от наличието на повърхностни дефекти. Всяко шоково събитие е хвърляне на зара.
PTFE топлообменниците не се счупват при термичен удар. Вискоеластичният полимер реагира на бързата промяна на температурата, като се деформира еластично, а не чрез натрупване на напрежение при крехко счупване. Термичният шок оставя PTFE непроменен.
Вискоеластичен акомодационен механизъм
Когато гореща PTFE тръба внезапно се охлади, външната повърхност се свива. В чуплив материал това свиване ще бъде съпротивлено от все още-горещата, не-свита вътрешност, създавайки напрежение на опън на повърхността. В PTFE полимерните вериги на повърхността се реорганизират в отговор на напрежението. Веригите се плъзгат, напрежението се отпуска и материалът поема промяната на размерите, без да натрупва енергия на еластично напрежение.
Времето за релаксация на напрежението за PTFE при температури над неговия встъклен преход (приблизително 115 градуса за PTFE, въпреки че материалът има множество преходи) е от порядъка на секунди до минути. По време на преходния процес на бързо охлаждане, напрежението се натрупва и едновременно с това се отпуска. Достигнатото пиково напрежение е малка част от това, което би изпитал чисто еластичен материал.
След като цялата тръба достигне еднаква студена температура, напрежението е нула. Когато резервоарът се източи и напълни отново с горещ технологичен флуид, възниква обратният преходен процес. Външната повърхност се нагрява и разширява, докато вътрешността е все още студена. PTFE поема това напрежение при разширение по същия вискоеластичен начин. Не се натрупват щети при повтарящи се цикли.
| Параметър на термичен шок | Кварц | Силициев карбид | PTFE |
|---|---|---|---|
| Реакция на бързо охлаждане | Крехко счупване, ако ΔT надвишава ~100 градуса | Крехко счупване, ако ΔT надвишава ~200 градуса | Вискоеластична акомодация |
| Качество на топлинен шок (R) | ~100 (ниско) | ~200 (умерено) | Ефективно неограничен (вискоеластичен) |
| Вероятност за счупване на удар от 70 градуса | 0,1-1% (в зависимост от дефекта) | < 0.01% | 0% |
| Натрупани щети за цикъл | Разпространение на пукнатини, ако е инициирано | Разпространение на пукнатини, ако е инициирано | Няма |
| Срок на експлоатация при ежедневен термичен удар | Седмици до месеци (ако оцелее в ранните цикли) | Месеци до години | 10+ години |
Съображение за подкрепа на тръбата
Докато самите PTFE тръби са имунизирани срещу термичен шок, носещата конструкция трябва също да поеме бързата промяна на температурата. Поддържащите плочи, ако са произведени от материал с различни характеристики на термично разширение от PTFE, могат да създадат локализирано напрежение по време на преходния процес. PTFE опорни плочи, които се разширяват и свиват със същата скорост като тръбите, премахват това безпокойство.
Връзките-към-колектор също изпитват термичен преход. Компресионните фитинги трябва да поддържат целостта на уплътнението, тъй като тръбата и фитингът претърпяват бързи промени в размерите. Подходящо затегнати PTFE компресионни фитинги, с Belleville пружинни шайби за поддържане на натоварването по време на топлинен цикъл, поемат преходния процес без изтичане.
Предимството на гъвкавостта на процеса
Устойчивостта на термичен удар на PTFE позволява бърза смяна на процеса без опасения за повреда на топлообменника. Резервоарите могат да се източват и пълнят отново при всякакви температурни разлики без период на контролирано охлаждане-или загряване-. Времето за смяна е намалено, увеличавайки производствената гъвкавост на съоръжението.
В съоръжения, където различните продукти изискват различни работни температури, способността за бърза промяна на температурите без повреда на топлообменника е значително оперативно предимство. PTFE топлообменникът не налага ограничения върху скоростта на температурните преходи.
Резюме
PTFE топлообменниците издържат на термичния шок от студена вода за изплакване, навлизаща в горещ резервоар чрез релаксация на вискоеластично напрежение, което предотвратява натрупването на напрежение при крехко счупване. За разлика от кварца и силициевия карбид, които могат да се счупят при бързи температурни промени, PTFE поема промяната на размерите без повреда. Устойчивостта на термичен шок позволява бърза смяна на процеса без контролирани периоди на охлаждане, подобрявайки гъвкавостта на производството.
Инженерна поддръжка за спецификация на PTFE топлообменник в приложения с термичен цикъл и бърза{0}}смяна е достъпна при подаване на нормални и екстремни температурни диапазони, честота на цикъла и процедури за смяна на резервоара.
