Моделът на пукнатините на входа за пара
PTFE топлообменник, изваден за проверка след 6 години експлоатация, показва отличителен модел на пукнатини. Множество тръби показват фини периферни пукнатини по външните си повърхности, концентрирани в първите 150-300 mm от входния колектор за пара. Пукнатините са плитки-проникващи 10-30% от дебелината на стената и ориентирани перпендикулярно на оста на тръбата. Не се виждат пукнатини в средните или изходните части на тръбите.
Този модел сочи към механизъм за повреда, локализиран в зоната на входа на парата. Входът е мястото, където най-горещата пара влиза за първи път в контакт със стената на тръбата, където термичният градиент през стената е най-стръмен и където топлинният цикъл има най-голяма амплитуда. Пукнатините са резултат от взаимодействието на пълзене (от продължително налягане на парата при повишена температура) и термична умора (от цикличното разширение и свиване на стената на тръбата по време на температурните промени на процеса).
Взаимодействието-на умора
На входа на парата стената на тръбата работи при най-високата температура навсякъде в обменника-близо до температурата на насищане на парата отвътре и малко по-хладна отвън поради преноса на топлина към работния флуид. Температурният градиент през стената създава градиент в термичното разширение. Вътрешната стена иска да се разшири повече от външната стена. Това диференциално разширение създава напрежение на опън на външната повърхност.
По време на постоянна работа това напрежение на опън се отпуска чрез пълзене. Полимерните вериги се плъзгат, за да поемат напрежението. По време на температурен преход-изключване на процеса, прекъсване на парата, смяна на партида-температурата на стената на тръбата се променя бързо. Външната повърхност, в контакт с технологичния флуид, се охлажда по-бързо от вътрешната повърхност. Термичната деформация се обръща, наслагвайки циклично напрежение върху продължително напрежение при пълзене.
Комбинацията от продължително пълзене (което отнема пластичността на материала) и циклично топлинно напрежение (което изисква пластичност) води до започване на пукнатини на повърхността. Пукнатините се образуват перпендикулярно на максималното напрежение на опън, което е в посоката на обръча-оттук и ориентацията по периферията.
| Работно състояние | Принос за щети от пълзене | Принос за повреда от умора | Риск от започване на пукнатини |
|---|---|---|---|
| Непрекъсната 24/7 работа; редки спирания | високо | ниско | Умерен (доминиран-от пълзене) |
| Ежедневни партидни цикли; 1-2 спирания на ден | Умерен | високо | Висока (взаимодействие при пълзене{0}}умора) |
| Седмични цикли; непрекъснато между изключванията | Умерен | Умерен | Умерено-Високо |
| Ниско налягане на парата (< 2 barg) | ниско | ниско | ниско |
Стратегиите за смекчаване
Няколко стратегии намаляват риска от напукване по периферията на входа на парата. Намаляването на налягането на парата понижава температурата на стената на тръбата и намалява скоростта на пълзене. Ако процесът може да понесе по-ниска скорост на нагряване, работата при 2 barg вместо 4 barg значително удължава времето за възникване на пукнатини.
Паропрегревател или-редуцириращ вентил, монтиран близо до входа на топлообменника, може да гарантира, че парата, влизаща в тръбите, е наситена, а не прегрята. Прегрятата пара има по-висока температура от наситената пара при същото налягане и ускорява повредата от пълзене.
За нови конструкции на топлообменник входната секция на тръбите може да бъде определена с по-дебела стена-1,5 mm вместо 1,0 mm-, за да се осигури допълнителен живот при пълзене в зоната с най-голямо напрежение. По-дебелата стена намалява напрежението на обръча и удължава времето за образуване на пукнатини. Останалата част от тръбата може да остане със стандартната дебелина на стената, за да се избегне ненужно наказание за пренос на топлина.
Инспекция и мониторинг
Тръбите на входа на парата трябва да бъдат проверени за пукнатини по периферията по време на плановата поддръжка. Тест за проникване на багрило, адаптиран за PTFE, както е описано в предишен анализ, може да открие повърхностни{1}}разрушаващи се пукнатини до 0,1 mm. Ултразвуковото измерване на дебелината проследява изтъняването на стената от пълзене. Комбинацията от откриване на пукнатини и измерване на дебелина осигурява пълна оценка на състоянието на тръбата на най-критичното място.
Резюме
Периферентно напукване при входа на парата на PTFE топлообменните тръби се причинява от пълзене-взаимодействие при умора-продължително напрежение на опън от диференциално термично разширение в най-горещата зона, съчетано с циклично топлинно напрежение от температурните промени на процеса. Смекчаването включва намалено налягане на парата, елиминиране на прегряването и по-дебели стени на тръбата във входната секция. Периодичната инспекция с проникващ багрил и ултразвуковото измерване на дебелината следят състоянието на тази критична зона.
Инженерна поддръжка за анализ на повреда на PTFE топлообменник и удължаване на живота е достъпна при подаване на история на работната температура, налягане на парата, честота на цикъла и всички наблюдавани модели на пукнатини.
