Въпросът за оценка на налягането
Рециркулираща система за киселинно медно покритие изпомпва електролит през външна обвивка от PTFE-и-тръбен топлообменник при системно налягане от 3 бара. Помпата може да се задържи при 5,5 бара. Страната на парата работи при 4 barg. Въпросът от инженера по процеса: какво е максималното безопасно работно налягане за PTFE тръбите и дали тази система е в границите?
Номиналните стойности на налягането за PTFE тръби не са единични числа. Те зависят от температурата, дебелината на стената, диаметъра на тръбата и дали налягането е стабилно или циклично. Оценка, валидна при 25 градуса, не е валидна при 80 градуса. Оценка за статично налягане може да не се прилага за пулсиращ поток от обемна помпа.
Налягане на разрушаване спрямо работно налягане
Производителите публикуват данни за налягането на спукване за PTFE тръби при стайна температура. Налягането на разрушаване е вътрешното налягане, което причинява незабавна катастрофална повреда. Работното налягане е част от налягането на разрушаване, включващо коефициенти на безопасност за намаляване на температурата, циклична умора и дългосрочно-пълзене.
За 8 mm OD × 1 mm стена PTFE тръба при 25 градуса, типичното налягане на спукване е 40-50 бара. Препоръчителното работно налягане със стандартен коефициент на безопасност 3:1 е 13-16 бара при стайна температура. Това изглежда достатъчно за система с 3 бара.
Температурата променя картината. При 80 градуса якостта на опън на PTFE намалява до приблизително 60% от стойността на стайната температура. Налягането на спукване пада пропорционално на 24-30 бара. Работното налягане с коефициент на безопасност 3:1 става 8-10 бара.
При 120 градуса, якостта на опън е приблизително 40% от околната среда. Налягането на спукване пада до 16-20 бара. Работното налягане става 5-7 бара. Парна система с 4 бара при 143 градуса се доближава до тази граница.
Таблица 1: Оценка на налягането на PTFE тръба спрямо температура (8 mm OD × 1 mm стена)
| Работна температура (градус) | Прибл. Налягане на разрушаване (бар) | Препоръчително работно налягане (бар, 3:1 SF) | Подходящо налягане на парата (barg) |
|---|---|---|---|
| 25 | 45 | 15 | До 10 |
| 60 | 34 | 11 | До 6 |
| 80 | 27 | 9 | До 5 |
| 100 | 22 | 7 | До 4 |
| 120 | 18 | 6 | До 3 |
| 140 | 15 | 5 | До 2 |
Стойности за необработени PTFE тръби. Действителните оценки зависят от конкретния клас смола и качеството на производство. Коефициенти на понижаване въз основа на публикувани криви на механичните свойства на PTFE спрямо температурата.
Съображения за циклично налягане
Рециркулационните системи с обемни помпи генерират пулсации на налягането. Всяка пулсация е миниатюрен цикъл на умора. PTFE има отлична устойчивост на умора при огъване, но пулсиращото вътрешно налягане създава цикли на напрежение, които се различават от умората при огъване.
За системи със значителни пулсации на налягането, допълнителен коефициент на безопасност от 1,5-2,0 върху работното налягане е разумно. Система от 3 бара с пулсации ±1 бар трябва да се оценява спрямо намаляването на умората, а не само границите на статичното налягане.
Гъвкавите PTFE намотки в рециркулационния контур също изпитват външно налягане от изпомпвания флуид. Стената на тръбата вижда диференциално налягане между вътрешно и външно. По време на стартиране и изключване на помпата, преходните процеси на налягането могат за кратко да надвишат стойностите на стабилно-състояние. Максималното препоръчително работно налягане трябва да поеме тези преходни процеси, без да се доближава до границата на умора.
Граници на налягането при проектиране на системата
Описаната система за рециркулация на киселинна мед-3 бара при работа, 5,5 бара при мъртво налягане, 4 бара при пара – изисква проверка от двете страни на стената на PTFE тръбата.
От страна на процеса, максималното налягане е 5,5 бара при мъртва височина на помпата. PTFE тръбата при температура на процеса от 80 градуса (киселинната мед обикновено работи при 25-35 градуса, но локализираното нагряване близо до входа на парата може да достигне по-високо) има работно налягане от 9 бара. Максимумът от 5,5 бара е в границите.
От страна на парата, 4 barg при температура на насищане от 152 градуса повишава температурата на стената на PTFE тръбата близо до 140 градуса. Номиналното работно налягане при тази температура е приблизително 5 бара. Налягането на парата от 4 barg е в границите, но с намален резерв на безопасност.
Консервативната препоръка: намалете налягането на парата до 3 barg, където границата на работното налягане е по-удобна, или посочете 1,2 mm тръба за стена за повишено налягане при повишена температура.
Резюме
Максималното препоръчително работно налягане за гъвкави PTFE топлообменници зависи от температурата, дебелината на стената и дали налягането е стабилно или циклично. Оценките на стайната температура са подвеждащи за отопление. При 120-140 градуса работните стойности на налягането падат до 5-6 бара за 1 mm тръба на стената.
Рециркулиращите киселинни медни системи обикновено работят в границите на налягането на PTFE, но изборът на налягане на парата трябва да отчита понижението на температурата. Пулсиращият поток от обемни помпи гарантира допълнителен запас на безопасност.
Инженерен анализ за номинално налягане на PTFE топлообменник при специфични условия на системата е наличен при подаване на работни температури, налягания на процеса и нагряващата среда, тип помпа, спецификации на тръбата и всякакви данни за преходно налягане.
