Откриването на деформираната тръба
По време на рутинна годишна проверка персоналът по поддръжката изважда PTFE топлообменник от 150-градусова баня с концентрирана киселина. Няколко тръби между опорните плочи показват видимо увисване. Една тръба е развила прегъване близо до опорна скоба. Намотката все още се нагрява, но деформацията е прогресивна-всяка година провисването се увеличава.
PTFE при повишена температура не е твърд материал. Той омеква, пълзи при продължително натоварване и се разширява значително. Без подходящо опорно разстояние, комбинацията от собствено -тегло, топлинно разширение и налягане на парата предизвиква постоянна деформация. Деформираните тръби губят предвиденото си разстояние, създавайки ограничения на потока и потенциални контактни точки, където вибрациите могат да причинят повреда.
Механизмът на пълзене при повишена температура
Пълзенето е зависима-време деформация при постоянно натоварване. За PTFE при температури над 100 градуса пълзенето става измеримо при напрежения доста под краткосрочната-граница на провлачане. Хоризонтална PTFE тръба, поддържана само в краищата си, изпитва напрежение на огъване от собственото си тегло. В продължение на месеци при 140 градуса това напрежение води до постепенно увисване.
Скоростта на пълзене нараства експоненциално с температурата. При 80 градуса пълзенето е незначително за правилно поддържани тръби. При 120 градуса пълзенето става съображение за дизайн. При 150 градуса и повече пълзенето доминира в механичния дизайн-разстоянието между опорите трябва да е достатъчно близко, за да ограничи напрежението на огъване до нива, които предизвикват приемливо пълзене през проектния живот.
Термичното разширение усложнява проблема. PTFE се разширява с приблизително 0,12 mm на метър на градус Целзий, приблизително десет пъти повече от стоманата. 2-метрова тръба, загрята от 25 градуса до 140 градуса, нараства с близо 28 мм. Ако опорите ограничават това разширение, възниква деформация при натиск. Тръбата се извива настрани между опорите, създавайки постоянна странична деформация.
Таблица 1: Препоръчително разстояние между опорите на PTFE тръба спрямо температурата (10 mm OD × 1 mm стена, хоризонтална ориентация)
| Работна температура (градус) | Максимално опорно разстояние - все още течно (mm) | Максимално опорно разстояние - разбъркваща баня (mm) | Основна грижа |
|---|---|---|---|
| 60 | 600 | 500 | Управление на топлинното разширение |
| 80 | 500 | 400 | Скромно пълзене, разширяване |
| 100 | 400 | 300 | Пълзенето става значително |
| 120 | 300 | 250 | Пълзенето доминира в дизайна |
| 140 | 250 | 200 | Риск от пълзене и изкривяване |
| 160 | 200 | 150 | Изисква се максимално внимание |
Разстояния, изчислени така, че да ограничат деформацията в средата на обхвата до по-малко от 3 mm и напрежението на огъване под 0,5 MPa при температура. Разбъркваните вани изискват по-близко разстояние поради хидродинамичното натоварване от движението на разтвора.
Принципи на дизайна на поддръжката
Поддържащите плочи за PTFE тръби трябва да позволяват аксиално движение, като същевременно предотвратяват странично изместване. Водачите с прорези, изработени от плътен PTFE или PVDF, служат за тази цел. Тръбата се плъзга свободно през слота по време на термично разширение и свиване, но стените на слота предотвратяват провисване или странично изкривяване.
Слотът трябва да е малко по-голям-с 0,5 до 1,0 mm по-голям от външния диаметър на тръбата, за да се предотврати залепване, като същевременно се поддържа странична опора. Тесните слотове ограничават термичното движение, превръщайки опората в ограничение, което предизвиква изкривяване. Прекалено разхлабените слотове позволяват на тръбата да вибрира при разбъркване, причинявайки умора в контактната точка на опората.
Крайните фиксатори изискват специално внимание. Връзката-към-колектор обикновено е компресионен фитинг. Тръбата трябва да може свободно да се разширява между колектора и първата опора. Разстоянието от колектора до първата опора трябва да бъде половината от нормалното разстояние между опорите, за да се ограничи напрежението на огъване по време на разширяване.
Съображения за вертикална ориентация
Вертикалните тръби изпитват пълзене по различен начин от хоризонталните тръби. Собственото -тегло предизвиква напрежение на опън, а не напрежение на огъване. Пълзенето на опън причинява удължаване и изтъняване на стените, а не увисване. Подпорното разстояние за вертикални тръби е насочено към съпротивлението на изкълчване и контрола на вибрациите, а не само-деформацията на теглото.
Вертикалните PTFE тръби между колекторите трябва да се поддържат странично на интервали, които не надвишават разстоянието за хоризонтални тръби при същата температура. Опорите предотвратяват изкривяването на Ойлер при термични натоварвания на натиск и ограничават амплитудата на вибрациите от потока на течността.
Резюме
Деформацията на PTFE топлообменната тръба при високи температури е резултат от пълзене под собствено-тегло и изкривяване от ограничено термично разширение. Правилното разстояние между опорите ограничава напрежението при огъване до нива, които предизвикват приемливо пълзене през целия живот на оборудването.
Разстоянието между опорите намалява с повишаване на работната температура от 600 mm при 60 градуса до 200 mm при 160 градуса за тръби с 10 mm OD. Направляващи опори с прорези позволяват свободно аксиално термично движение, като същевременно предотвратяват странично изместване. Разстоянието-от-първата-подпора изисква намалено наполовина разстояние, за да се управлява напрежението при разширяване.
Инженерен анализ за опорно разстояние на PTFE тръба при специфични условия на работа е наличен при подаване на диаметър на тръбата, дебелина на стената, ориентация, работна температура, интензитет на разбъркване на течността и изисквания за проектен експлоатационен живот.
