Предизвикателството за разширяване
PTFE топлообменник се захранва с пара през дълъг прав участък от PTFE-облицовани или твърди PTFE тръби. При нагряване от 25 градуса до 143 градуса (наситена пара при 3 barg), тръбата се разширява с приблизително 14 mm на метър дължина. 10-метрова права линия се разширява със 140 mm. Ако тръбата е здраво фиксирана в двата края, това разширение се превръща в напрежение на натиск. Напрежението може да огъне тръбата, да счупи връзките или да повреди колектора на топлообменника.
Разширителен контур-U-образна или омега-образна чупка в тръбопровода-поема термичното разширение чрез огъване. Примката преобразува аксиалното разширение в деформация на огъване в краката на примката. Правилно оразмерен, контурът ограничава напрежението на огъване в PTFE до под еластичната граница на материала, предотвратявайки повреда при повтарящи се термични цикли.
Методът за оразмеряване на контура на разширяване
Необходимите размери на контура зависят от общото топлинно разширение, което трябва да се поеме (ΔL), външния диаметър на тръбата (D) и допустимото напрежение на огъване за PTFE (ε). Общото разширение е: ΔL=× L × ΔT, където е коефициентът на топлинно разширение на PTFE (120 × 10⁻⁶/градус), L е дължината на тръбата между фиксираните точки и ΔT е температурната промяна.
Минималната ширина на контура (W) и дължината на крака на контура (H) се изчисляват от формулата за направлявана конзолна греда. За U-образен контур с равни крака: H=(3 × E × D × ΔL / (2 × σ))^(1/2), където E е модулът на огъване на PTFE при работна температура, D е OD на тръбата и σ е допустимото напрежение на огъване (приблизително 2-3 MPa за PTFE при работна температура за циклично обслужване).
Примката трябва да бъде поддържана, за да се предотврати увисване под собственото си тегло при работна температура. PTFE опорни скоби, разположени на интервали, подходящи за температурата, предотвратяват отклонението на контура извън равнината.
| Параметър на дизайна | Стойност |
|---|---|
| Материал на тръбата | Твърд PTFE, 25 mm OD × 3 mm стена |
| Дължина на тръбата между фиксираните анкери | 10 метра |
| Промяна на температурата (20 градуса до 143 градуса) | 123 градуса |
| PTFE коефициент на топлинно разширение | 120 × 10⁻⁶/градус |
| Общо разширение за абсорбиране (ΔL) | 10 × 120 × 10⁻⁶ × 123=0.148m=148mm |
| PTFE модул на огъване при 143 градуса | ~150 MPa |
| Допустимо напрежение на огъване (циклично) | 2,5 MPa |
| Изчислена дължина на крака на примката (H) | ~1200 мм |
| Ширина на контура (W) | ~600 мм |
| Минимален радиус на огъване (завъртания на контура) | 25 × 25 мм=625 мм |
Ориентация и поддръжка на контура
Разширителният контур трябва да бъде ориентиран в хоризонталната равнина, за да се избегне създаването на уловител на кондензат. Ако контурът трябва да е вертикален, подаването на пара трябва да тече нагоре през контура, а в долната точка на контура трябва да се осигури дренаж за кондензат. Примка, която провисва надолу в подаването на пара, създава точка за събиране на кондензат, която причинява воден удар.
Краката на примката трябва да се водят от опори, които позволяват аксиално движение в посока на разширение, като същевременно предотвратяват странично изкривяване. Опорите са разположени на интервали, изчислени така, че да предотвратят прекомерно изкривяване на неподдържания участък при работната температура.
Защита на връзката
Разширителният контур предпазва връзките в двата края на тръбопровода -колектора на топлообменника в единия край и колектора за подаване на пара в другия-от силите, генерирани от топлинното разширение. Без контура силата на разширение (F=A × E × × ΔT, където A е площта на напречното-сечение на тръбата) се прехвърля директно към свързващите фитинги. Силата може да надхвърли -силата на издърпване на фитинг за натиск, причинявайки отделяне на тръбата от фитинга под налягане.
Примката намалява силата при връзките почти до нула. Термичното разширение се поема от огъване в контура, а не от силите на реакция при анкерите.
Резюме
Разширителните контури за дълготрайни PTFE паропроводи се оразмеряват въз основа на общото топлинно разширение, размерите на тръбата и допустимото напрежение на огъване за PTFE. За тръбопровод с дължина 10 метра, 25 mm OD с повишаване на температурата от 123 градуса, контур с дължина на крака от 1200 mm и ширина 600 mm поема разширението от 148 mm. Контурът предотвратява прекомерни сили в топлообменника и връзките за подаване на пара. Хоризонталната ориентация предотвратява задържането на кондензат.
Инженерна поддръжка за проектиране на разширителен контур на PTFE тръбопровод е достъпна при подаване на дължина на тръбата, диаметър, работна температура и местоположение на точките на закрепване.
