Cum se schimbă presiunea într-un schimbător PTFE în timp din cauza fluajului?

Un schimbător de căldură care a furnizat în mod fiabil aceeași cădere de presiune timp de mulți ani poate începe în cele din urmă să prezinte citiri diferențiale ușor mai mari. Tuburile nu sunt adesea înfundate de murdărie sau contaminate chimic. În schimb, forma tuburilor PTFE în sine s-a schimbat ușor în timp. Alezajul tubului din apropierea îmbinării foii tubulare se strânge treptat ca o supapă cu închidere lentă-, deoarece PTFE este un material vâscoelastic și se strecoară sub presiune mecanică prelungită.

Această ușoară modificare dimensională este rareori spectaculoasă, dar poate provoca implicații hidraulice detectabile pe intervale lungi de service. În schimbătoarele de căldură cu tuburi PTFE utilizate în procesele chimice corozive, fenomenul este o parte previzibilă a îmbătrânirii mecanice pe termen lung-mai degrabă decât un mod de defecțiune neprevăzut.

Proiectarea fiabilă a schimbătorului și a pompei necesită înțelegerea legăturii dintre performanța sistemului hidraulic și schimbarea căderii de presiune a schimbătorului PTFE odată cu trecerea timpului.

Înțelegerea PTFE Creep
PTFE reacționează diferit față de metale sub sarcină susținută. Materialul se deformează treptat în timp, în loc să rămână stabil dimensional sub tensiune continuă.

Acest obicei este cunoscut sub numele de creep.

Ce cauzează fluajul?
Fluajul apare atunci când lanțurile polimerice se reorganizează treptat în condițiile unor solicitări sau solicitări mecanice prelungite. Spre deosebire de deformarea elastică, care dispare instantaneu atunci când forța este îndepărtată, fluajul se dezvoltă constant pe parcursul a mii de ore de funcționare.

În schimbătoarele de căldură din PTFE, cele mai mari solicitări de compresiune susținute se găsesc frecvent acolo unde tuburile trec prin ansamblul foii tubulare.

Tuburile se strâng cu mișcare-lentă.

Ferulele, inelele de compresie sau sistemele de garnituri exercită o presiune constantă în aceste puncte pentru a forma o etanșare impenetrabilă între tub și foaia tubulară. De-a lungul timpului, materialul de perete PTFE curge încet sub această sarcină.

Cum se dezvoltă restricția tubului
Deformare localizată la placa tubulară
Zona din jurul îmbinării comprimate este locul în care procesul de fluaj este cel mai concentrat.

O secțiune minusculă a peretelui tubului se extrudă progresiv spre interior în fluxul de curgere pe măsură ce PTFE se deformează. Acest lucru scade diametrul intern efectiv al tubului la punctul de joncțiune.

Chiar și o scădere ușoară a alezajului crește rezistența la curgere, chiar dacă modificarea dimensională este adesea minimă.

Restricția se comportă în mod similar cu un punct de accelerare instalat permanent în fiecare tub.

Consecințele hidraulice pe termen lung{0}
Căderea-de presiune laterală a tubului crește treptat pe măsură ce diametrul intern scade.

Această creștere este în general:

Lent

Permanent

Previzibil

Nerecuperabil

Spre deosebire de murdărirea cauzată de depuneri sau depuneri, limitarea nu poate fi îndepărtată mecanic sau chimic, deoarece provine din deformarea fizică a materialului.

Fenomenul este ireversibil.

De ce impactul este de obicei minim
În majoritatea schimbătoarelor-de PTFE bine proiectate, creșterea căderii de presiune rămâne relativ minimă.

Creșterile tipice-pe termen lung se pot ridica la doar câteva procente în mai mulți ani de funcționare. Cu toate acestea, în unele circumstanțe, efectul este mai evident:

Tuburi lungi

Viteze mari de curgere

Diametrele tuburilor care sunt mici

Temperaturi ridicate de funcționare

Sisteme de{0}}înaltă presiune

Tensiuni de compresie pe foile tubulare strânse

Chiar și reducerile minore ale alezajului în aceste sisteme pot duce la o penalizare hidraulică cuantificabilă.

Din această cauză, mai degrabă decât să fie tratată ca o problemă operațională neprevăzută, modificarea căderii de presiune a schimbătorului de PTFE odată cu trecerea timpului este adesea luată în considerare încă din etapa inițială de proiectare hidraulică.

Influența temperaturii asupra ratei de fluaj
Temperatura mai mare accelerează deformarea
Comportamentul la fluaj al PTFE este foarte influențat de:

gradul de stres

Temperatura

Timp sub sarcină

Procesul de fluaj este accelerat de creșterea semnificativă a mobilității moleculare la temperaturi ridicate.

La 100 de grade, fluajul progresează substanțial mai repede decât la temperatura ambiantă.

Această dependență de temperatură este relevantă în special în schimbătoarele de procesare chimică care manipulează acizi încălziți, alcalii sau fluxuri de solvenți.

Un sistem care funcționează continuu la temperatură ridicată poate vedea cea mai mare parte a modificării dimensionale pe termen lung{0}}în timpul primilor câțiva ani de funcționare.

Saturația și reducerea stresului
Efectul de fluaj nu continuă să se extindă veșnic în același ritm.

Pe măsură ce PTFE se deformează, tensiunile interne se relaxează progresiv. Schimbarea dimensională încetinește treptat în timp, ca urmare a scăderii stresului, ceea ce scade rata de fluaj.

În cele din urmă, sistemul se apropie de o situație cvasi-stabilă în care deformarea ulterioară devine neglijabilă.

Acest fenomen este de obicei definit ca saturație de fluaj.

Considerații de proiectare hidraulică
Permiterea marjei în dimensionarea pompei
Creșterile presiunii legate de fluaj-de obicei pot fi abordate în timpul proiectării inițiale a sistemului, deoarece sunt previzibile.

Atunci când alegeți pompe de circulație pentru sistemele de schimbător din PTFE, se ia în considerare frecvent un mic tampon de presiune suplimentar.

Această alocație de proiectare ajută la garantarea faptului că debitele specificate rămân posibile chiar și după ani de funcționare.

Fără acest decalaj, rezistența hidraulică poate crește progresiv și poate cauza o reducere-debitului pe termen lung.

Monitorizarea tendințelor presiunii
Monitorizarea presiunii diferențiale în schimbător oferă o perspectivă vitală asupra performanței sistemului pe termen lung{0}.

O creștere constantă și stabilă de-a lungul mai multor ani poate sugera o restricție legată de fluaj-natural, mai degrabă decât contaminare sau murdărie.

Analiza tendințelor ajută la distingerea între:

Îmbătrânire mecanică treptată

Evenimente bruște de murdărie

Deteriorarea pompei

Condiții de obstrucție parțială

Înțelegerea acestei distincții elimină operațiunile inutile de curățare sau dezasamblare.

Reducerea fluajului la îmbinarea foii tubulare
Creșterea suprafeței de rulment
Tensiunea transmisă PTFE poate fi redusă la minimum prin distribuirea forței de compresie pe o suprafață de contact mai mare.

Ferulele cu regiuni de lagăr mai mari reduc tensiunile de compresiune localizate și reduc tendința de curgere a materialului în interior.

Rata de fluaj este direct redusă de mai puțin stres.

Utilizarea sistemelor de etanșare cu arc-încărcate
Soluțiile de etanșare cu arc-încărcate sau conforme ajută la menținerea forței de etanșare limitând în același timp compresia excesivă rigidă.

În comparație cu soluțiile de prindere complet rigide, aceste sisteme sunt mai capabile să facă față schimbărilor dimensionale progresive.

Beneficiile constau in:

Scăderea concentrației de stres localizat

Stabilitate sporită a etanșării

Scăderea-deformației alezajului pe termen lung

O mai bună adaptare a ciclului termic

Strângerea-tubului pe termen lung este de obicei mai puțin severă cu metode de etanșare mai moi.

Compararea PTFE cu tuburile schimbătoare metalice
Tuburile schimbătoare metalice prezintă de obicei fluaj scăzut la temperaturile convenționale ale procesului chimic. PTFE se comportă diferit datorită structurii sale polimerice.

Cu toate acestea, PTFE oferă avantaje pe care metalele nu le pot egala cu ușurință:

Inerție chimică superioară

Rezistenta la acizii agresivi

Suprafețe ne-contaminante

Rezistență remarcabilă la coroziune

Schimbul-constă în faptul că PTFE conține un profil mecanic de îmbătrânire mai complex.

Designerii trebuie să țină cont atât de compatibilitatea chimică, cât și de comportamentul mecanic pe termen lung-, simultan.

Implicații operaționale de-a lungul deceniilor de serviciu
Schimbătoarele PTFE bine proiectate-răman adesea să funcționeze timp de zeci de ani în situații extrem de corozive, când sistemele metalice s-ar rupe în curând.

Rareori creșterea lentă a presiunii cauzată de fluaj este o restricție dezastruoasă. Mai degrabă, funcționează ca o schimbare treptată, controlabilă a performanței hidraulice în timp.

La mult timp după stabilizarea fluajului, schimbătorul din multe sisteme încă satisface cerințele procesului.

Condiția cheie este pur și simplu ca proiectul original al sistemului să prevadă consecințele.

În concluzie
Pe timpul prelungit de lucru, fluajul PTFE, un proces de îmbătrânire mecanic recunoscut și controlabil, poate crește progresiv pierderea de presiune a schimbătorului. Compresia susținută la îmbinarea foii tubulare deformează lent peretele tubului PTFE spre interior, scăzând ușor diametrul găurii tubului și generând o creștere permanentă a rezistenței hidraulice.

Deși efectul este adesea minim, relația dintre modificarea căderii de presiune a schimbătorului de PTFE cu fluajul în timp trebuie luată în considerare în timpul proiectării hidraulice inițiale, în special în aplicațiile cu-temperatură înaltă sau cu tuburi lungi-. Dimensionarea adecvată a pompei, mânerele de-zonă crescută a rulmenților și sistemele de etanșare cu arc-încărcate contribuie la minimizarea-modificărilor de performanță pe termen lung și la menținerea debitelor proiectate pe parcursul deceniilor de funcționare.

Chiar și materialul cel mai inert din punct de vedere chimic are în cele din urmă o narațiune de viață mecanică influențată de stres, temperatură și timp.