Резервоарът за дишане
Големите атмосферни резервоари за съхранение не са твърди конструкции. Когато се напълни с течност, хидростатичното налягане избутва стените на резервоара навън. Резервоар с диаметър 20 - метра, пълен с вода до височина 10 метра, се разширява радиално с 8-15 mm в долния слой на корпуса. При изпразване стените се свиват. Това движение се случва при всеки цикъл на пълнене-изпразване.
Топлообменник, твърдо монтиран между пода на резервоара и стената на резервоара, изпитва това движение като принудително изместване. Подът и стената се движат един спрямо друг. Всяка твърда връзка между тях е циклично подчертана. Напрежението натрупва повреда от умора на връзките, което в крайна сметка причинява течове в ставите на тръба-към-глава или структурна повреда на носещата рамка.
PTFE топлообменниците могат да бъдат проектирани с гъвкави монтажни системи, които приспособяват дишането на резервоара, без да прехвърлят изместване към тръбния сноп или връзките. Гъвкавостта на самия PTFE материал, съчетана с правилно проектирана поддържаща система, абсорбира движението.
Гъвкав монтажен дизайн
Опорната рамка на PTFE топлообменника е закотвена само в една точка-една фиксирана котва близо до центъра на резервоара. От тази котва рамката може свободно да се разширява и свива във всички посоки. Рамката не е закрепена към стената на резервоара. Връзките на тръбопроводите за пара и кондензат към стената на резервоара се осъществяват чрез гъвкави секции на маркучи от PTFE, които поемат относителното движение между неподвижния отвор на резервоара и топлообменника.
Тъй като стената на резервоара се разширява по време на пълнене, топлообменникът, закотвен в центъра, не се движи със стената. Разстоянието между рамката на топлообменника и стената леко се увеличава. Гъвкавите връзки на маркуча при проникването в стената се огъват, за да поемат това движение, без да натоварват свързващите фитинги.
Самите PTFE тръби имат висока гъвкавост и нисък модул на еластичност. Всяко остатъчно движение, което достига до тръбния сноп, се абсорбира от еластично огъване на тръбите, което може да поеме деформации от няколко милиметра, без да надвишава тяхната граница на умора.
| Параметър за движение на резервоара | Стабилно монтиран метален топлообменник | Гъвкав PTFE топлообменник |
|---|---|---|
| Метод на монтаж | Закрепен към пода и стената | Единична централна котва; безплатно другаде |
| Напрежение на тръбата от 10 mm движение на стената | Висок (твърда структура предава изместване) | Незначително (гъвкавият монтаж абсорбира движението) |
| Риск от умора на връзката | Високо (циклично изместване при проникване на резервоара) | Ниска (гъвкавите секции на маркуча абсорбират движението) |
| Срок на експлоатация под 500 цикъла на пълнене-изпразване | 3-7 години (с ограничение на умората) | 15+ години |
Приносът за гъвкавост на PTFE материала
PTFE има модул на еластичност от приблизително 0,5 GPa-приблизително 400 пъти по-нисък от стоманата. Тази присъща гъвкавост позволява на PTFE тръбите и рамките да се огъват и да абсорбират изместване, вместо да го предават като напрежение. PTFE тръба може да се отклони няколко милиметра под натоварване и да се върне в първоначалната си форма без повреда.
Термичното разширение на PTFE-приблизително 120 × 10⁻⁶/градус -е високо в сравнение с металите. Конструкцията на топлообменника трябва да поеме това разширение. Същият гъвкав монтаж, който се приспособява към движението на стените на резервоара, също така приспособява собственото топлинно разширение на топлообменника. Двете движения са адитивни, но се управляват от едни и същи гъвкави елементи.
Гъвкавост на тръбопроводната връзка
Тръбопроводът за подаване на пара и връщане на кондензат проникват през стената на резервоара през фиксирана дюза. Колекторите на топлообменника, вътре в резервоара, се движат спрямо тази дюза, докато резервоарът диша и докато обменникът се разширява топлинно. Твърда тръбна връзка между дюзата и колектора би била подложена на напрежение от това движение.
Гъвкави PTFE-облицовани маркучи от неръждаема стомана или PTFE силфонни секции свързват дюзата на резервоара към колекторите на обменника. Гъвкавите секции са достатъчно дълги, за да поемат пълния обхват на относително движение, без да надвишават минималния радиус на огъване на маркуча. Връзките са достъпни от външната страна на резервоара за проверка и подмяна.
Резюме
PTFE топлообменниците се справят с движението на стените на резервоара по време на пълнене чрез гъвкав монтажен дизайн с един централен анкер и гъвкави връзки на маркуча при проникването на стената. Присъщата гъвкавост на PTFE абсорбира остатъчното изместване без увреждане от умора. Дизайнът елиминира цикличното напрежение, което причинява повреда на връзката в твърдо монтирани топлообменници. Експлоатационният живот се удължава от 3-7 години на 15+ години в резервоари с чести цикли на пълнене-изпразване.
Инженерна поддръжка за проектиране на PTFE топлообменник в големи атмосферни резервоари е достъпна при подаване на размери на резервоара, честота на цикъла на пълнене-изпразване, измервания или изчисления на движението на стената и текуща конфигурация за монтаж на обменника.
