Jak se mění pokles tlaku na PTFE výměníku s časem v důsledku tečení?

Tepelný výměník, který spolehlivě poskytuje stejnou tlakovou ztrátu po mnoho let, může nakonec začít vykazovat mírně vyšší rozdílové hodnoty. Trubky často nejsou ucpané nečistotami nebo chemicky znečištěné. Místo toho se tvar samotných PTFE trubic v průběhu času jemně měnil. Vývrt trubky v blízkosti spoje trubkovnice se postupně zužuje jako pomalu-uzavírací ventil, protože PTFE je viskoelastický materiál a při dlouhodobém mechanickém namáhání se teče.

Tato nepatrná změna rozměrů je zřídkakdy okázalá, ale může způsobit zjistitelné hydraulické důsledky během dlouhých servisních intervalů. V trubkových výměnících tepla z PTFE používaných v korozivních chemických procesech je tento jev předvídatelnou součástí dlouhodobého- mechanického stárnutí spíše než neočekávaného selhání.

Spolehlivý design výměníku a čerpadla vyžaduje pochopení souvislostí mezi výkonem hydraulického systému a změnou poklesu tlaku PTFE výměníku v závislosti na čase.

Porozumění tečení PTFE
PTFE reaguje jinak než kovy při trvalém zatížení. Materiál se v průběhu času postupně deformuje místo toho, aby zůstal rozměrově stabilní pod neustálým napětím.

Tento zvyk je známý jako plížení.

Co způsobuje creep?
Creep nastává, když se polymerní řetězce postupně reorganizují při dlouhodobém mechanickém namáhání nebo namáhání. Na rozdíl od elastické deformace, která po odstranění síly okamžitě zmizí, tečení se vyvíjí plynule po tisíce provozních hodin.

U tepelných výměníků z PTFE se největší trvalá tlaková napětí často nacházejí tam, kde trubky procházejí sestavou trubkovnice.

Trubky jsou ve zpomaleném{0}}pohybu.

Objímky, kompresní kroužky nebo systémy těsnění vyvíjejí v těchto bodech konstantní tlak, aby vytvořily neproniknutelné těsnění mezi trubkou a trubkovnicí. V průběhu času materiál stěny PTFE pod tímto zatížením pomalu teče.

Jak se vyvíjí omezení vrtání trubek
Lokalizovaná deformace na trubkovnici
Oblast kolem stlačeného spoje je místem, kde je proces tečení nejvíce koncentrovaný.

Malá část stěny trubky se postupně vytlačuje dovnitř do proudu, jak se PTFE deformuje. Tím se sníží účinný vnitřní průměr trubky v místě spojení.

I mírné zmenšení vrtání zvyšuje průtokový odpor, i když rozměrová změna je často minimální.

Omezení se chová podobně jako trvale instalovaný škrticí bod v každé trubce.

Dlouhodobé-hydraulické důsledky
Pokles tlaku-na straně trubky se postupně zvyšuje se zmenšujícím se vnitřním průměrem.

Tento vzestup je obecně:

Pomalý

Trvalý

Předvídatelný

Neobnovitelné

Na rozdíl od znečištění způsobeného usazeninami nebo usazeninami nelze omezení odstranit mechanicky ani chemicky, protože pochází z fyzické deformace materiálu.

Jev je nevratný.

Proč je dopad obvykle minimální
Ve většině dobře{0}}navržených PTFE výměníků zůstává nárůst poklesu tlaku relativně minimální.

Typické dlouhodobé-nárůsty mohou za několik let provozu činit pouze několik procent. Za určitých okolností je však účinek zjevnější:

Dlouhé délky trubek

Vysoké rychlosti proudění

Malé průměry trubek

Vysoké provozní teploty

Vysokotlaké-systémy

Tlaková napětí na těsných trubkovnicích

I malá redukce vrtání v těchto systémech může vést ke kvantifikovatelnému hydraulickému postihu.

Z tohoto důvodu, spíše než aby to bylo řešeno jako nepředvídaný provozní problém, se často bere v úvahu změna poklesu tlaku PTFE výměníku s časovým tečením již od počáteční fáze hydraulického návrhu.

Vliv teploty na rychlost tečení
Vyšší teplota urychluje deformaci
Chování tečení PTFE je výrazně ovlivněno:

stupeň stresu

Teplota

Čas pod zátěží

Proces tečení je urychlen výrazným zvýšením molekulární mobility při vysokých teplotách.

Při 100 stupních postupuje tečení podstatně rychleji než při okolní teplotě.

Tato teplotní závislost je zvláště důležitá u výměníků pro chemické zpracování, které manipulují se zahřátými kyselinami, zásadami nebo proudy rozpouštědel.

Systém pracující nepřetržitě při zvýšené teplotě může zaznamenat většinu svých dlouhodobých{0}}rozměrových změn během prvních několika let provozu.

Saturace a redukce stresu
Efekt tečení se nerozšiřuje věčně stejnou rychlostí.

Jak se PTFE deformuje, vnitřní napětí se postupně uvolňují. Rozměrová změna se postupem času postupně zpomaluje v důsledku snížení napětí, což snižuje rychlost tečení.

Nakonec se systém blíží kvazi-stabilní situaci, kdy se další deformace stanou zanedbatelné.

Tento jev je obvykle definován jako creepová saturace.

Úvahy o konstrukci hydrauliky
Povolení rezervy při dimenzování čerpadla
Zvýšení tlaku-související s tečením lze obvykle řešit během počátečního návrhu systému, protože je předvídatelné.

Při výběru oběhových čerpadel pro systémy výměníků PTFE se často bere v úvahu malý dodatečný tlakový zásobník.

Tento konstrukční příspěvek pomáhá zaručit, že specifikované průtoky zůstanou možné i po letech provozu.

Bez této mezery se může hydraulický odpor progresivně zvyšovat a způsobit dlouhodobé-snížení průtoku.

Sledování tlakových trendů
Monitorování rozdílu tlaku ve výměníku poskytuje zásadní přehled o dlouhodobém-výkonu systému.

Stabilní a stabilní nárůst během několika let může naznačovat přirozené omezení související s tečením- spíše než kontaminaci nebo znečištění.

Analýza trendů pomáhá rozlišovat mezi:

Postupné mechanické stárnutí

Náhlé znečišťující události

Zhoršení čerpadla

Podmínky částečné obstrukce

Pochopení tohoto rozlišení eliminuje zbytečné operace čištění nebo demontáže.

Snížení tečení na spoji trubkovnice
Zvětšení nosné plochy
Namáhání působící na PTFE lze minimalizovat rozložením kompresní síly na větší kontaktní plochu.

Objímky s většími ložiskovými oblastmi snižují lokalizované tlakové napětí a snižují tendenci toku materiálu dovnitř.

Rychlost tečení je přímo snížena menším napětím.

Používání pružinových-těsnicích systémů
Pružinová{0}}těsnicí nebo vyhovující těsnicí řešení pomáhají udržovat těsnicí sílu a zároveň omezují nadměrnou tuhou kompresi.

Ve srovnání se zcela tuhými upínacími řešeními tyto systémy lépe zvládají progresivní rozměrové změny.

Výhody se skládají z:

Snížená koncentrace lokalizovaného stresu

Zvýšená stabilita těsnění

Nižší dlouhodobá-deformace vrtání

Lepší přizpůsobení tepelného cyklování

Dlouhodobé-konstrikce trubice je obvykle méně závažné s měkčími metodami těsnění.

Porovnání PTFE a kovových výměníkových trubek
Kovové trubky výměníku typicky vykazují nízké tečení při běžných teplotách chemického procesu. PTFE se chová odlišně kvůli své polymerní struktuře.

PTFE však nabízí výhody, kterým se kovy jen tak nevyrovnají:

Vynikající chemická inertnost

Odolnost vůči agresivním kyselinám

Nekontaminující povrchy

Vynikající odolnost proti korozi

Kompromis-je v tom, že PTFE obsahuje složitější profil mechanického stárnutí.

Návrháři musí současně zohledňovat chemickou kompatibilitu i dlouhodobé{0}}mechanické chování.

Provozní důsledky po desetiletí služby
Dobře{0}}navržené PTFE výměníky často zůstávají v provozu po desetiletí v silně korozivních situacích, kdy by se kovové systémy brzy rozbily.

Zřídka je pomalý nárůst tlaku způsobený plížením katastrofálním omezením. Spíše funguje jako postupná, kontrolovatelná změna hydraulického výkonu v průběhu času.

Ještě dlouho poté, co dojde ke stabilizaci dotvarování, výměník v mnoha systémech stále vyhovuje procesním požadavkům.

Klíčovou podmínkou je jednoduše to, že původní návrh systému předvídá důsledky.

Na závěr
Po delší pracovní době může tečení PTFE, uznávaný a kontrolovatelný proces mechanického stárnutí, progresivně zvyšovat tlakovou ztrátu výměníku. Trvalá komprese na spoji trubkovnice pomalu deformuje stěnu trubky z PTFE směrem dovnitř, mírně snižuje průměr otvoru trubky a vytváří trvalé zvýšení hydraulického odporu.

I když je účinek často minimální, vztah mezi změnou tlakové ztráty PTFE výměníku s časovým tečením je třeba vzít v úvahu při počátečním návrhu hydrauliky, zejména u aplikací s vysokými -teplotami nebo dlouhými{1}} trubkami. Správné dimenzování čerpadla, zvětšená ložisková-plocha objímek a pružinové-těsnící systémy pomáhají minimalizovat dlouhodobé-změny výkonu a zachovat konstrukční průtoky po celá desetiletí provozu.

I ten chemicky nejinertnější materiál má nakonec příběh mechanické životnosti ovlivněný stresem, teplotou a časem.