Как се сравняват заварени и уплътнени съединения от PTFE тръба-към-тръбна плоча по отношение на надеждността и възможността за обслужване?

Всяка връзка от PTFE тръба-към-тръбна плоча е потенциален канал за теч. Този интерфейс е запечатан по два различни начина, механично уплътнение с компресия или термично заваряване на PTFE. Този избор оказва влияние върху първоначалната херметичност и дългосрочните възможности за поддръжка. В приложенията за обработка на повърхности и химически процеси, където корозивните течности и термичните цикли са често срещани, е изключително важно да се разберат компромисите между заварени и уплътнени тръбни -към-тръбни шевове за надежден топлообменник.

Решаващият запечатващ интерфейс
В PTFE кожух-и-топлообменник всяка тръба трябва да бъде здраво закрепена към тръбния лист в единия или двата края. Съединението трябва да издържа на диференциално налягане, топлинно разширение, химическа атака и да възпрепятства изтичането между течностите от страната на тръбата и течностите от страната на черупката. Този проблем с уплътняването се усложнява от ниската повърхностна енергия и значителното термично разширение на PTFE, което е по-трудно за уплътняване от металните тръби.

Разработени са два съществено различни подхода:

Уплътнени (механични компресионни) съединения - Краят на тръбата е разширен и отделен уплътнител (PTFE, еластомер или капсулован) е компресиран между разширяването на тръбата и тръбния лист чрез фитинг с резба или поддържащ пръстен.

Заварени (термофузионни) съединения. Краят на тръбата е термично затопен директно към PTFE тръбен лист или PTFE облицовка, която е прикрепена към метален тръбен лист, което води до непрекъсната, хомогенна PTFE структура.

Уплътнена PTFE връзка-към-тръбна плоча
При уплътнен дизайн всяка тръба от PTFE се прекарва през отвор в тръбния лист. Тръбата се нагрява в края и се разширява, за да образува яка. Вторично уплътнение (обикновено PTFE, PFA или PTFE-капсулиран еластомер) се поставя между разширението на тръбата и зенкера в тръбния лист. Аксиалната сила на гайка с резба, поддържащ пръстен или компресионна плоча притиска уплътнението и създава уплътнение.

Предимства на уплътнените съединения
Възможност за обслужване на място - Отделните тръби могат да се сменят на място, без да се подменя целият пакет. Ако една тръба изтече или е повредена, гайката се разхлабва, старата тръба се отстранява, нова тръба се разширява и монтира и уплътнението се заменя. Това е ключово предимство в съоръжения, където времето за престой трябва да бъде сведено до минимум и има налични резервни тръби.

По-ниски първоначални разходи за инструменти - Инструментите за разваляне и приспособленията за сглобяване са много достъпни в сравнение със специализираното оборудване за заваряване. Като цяло връзките с уплътнения са по--рентабилни за малки-конструкции на топлообменници или по поръчка.

Толерантност към неправилно подравняване на тръбата - Механичната компресионна връзка може да приеме малки разлики в дължината и позицията на тръбата, което улеснява сглобяването.

Разглобяване за проверка - Тръбният сноп може да се разглоби частично, за да се проверят отделните краища на тръбите, уплътненията и тръбната пластина, без да се повреди някой от компонентите.

Предимства и недостатъци на уплътнените съединения
Отпускане и пълзене на уплътнението - PTFE и еластомерните уплътнения са склонни да се отпускат с времето, особено по време на температурни цикли. Натоварването на натиск върху уплътнението е намалено и може да възникне изтичане. Компресионните гайки изискват периодично повторно-затягане, което може да бъде проблематично в ограничен обменен канал.

Множество пътища за изтичане - Всяко тръбно съединение има три възможни интерфейса за изтичане: тръба-към-уплътнение, уплътнение-към-тръбна плоча и резби или уплътнение на поддържащ пръстен. Статистически погледнато, със стотици тръби в пакет шансовете за изтичане са по-високи.

Риск от корозия в пукнатини - PTFE има добра устойчивост на корозия, но зоната на компресия на уплътнението може да генерира пукнатини, където корозивните технологични течности могат да се задържат и да атакуват долните метални тръбни компоненти, ако PTFE обвивката е счупена.

Управление на въртящия момент - Правилният контрол на въртящия момент е от решаващо значение за правилното сглобяване. Недостатъчното затягане води до течове, прекомерното затягане може да счупи PTFE разширението или да повреди тръбния лист.

По-голям отпечатък - Компресионното зъбно колело (гайки, опорни пръстени) изисква допълнително място при тръбния лист, което ограничава броя на тръбите, които могат да бъдат опаковани в даден диаметър на корпуса.

Заварени съединения на PTFE тръба към тръбна плоча
В заварена конфигурация краищата на PTFE тръбите са термично свързани към PTFE тръбен лист или към PTFE облицовка, която е механично фиксирана към метален тръбен лист. При процедурата на заваряване краят на тръбата и повърхността на тръбния лист се нагряват до температура над точката на топене на PTFE (около 327 градуса), като се прилага налягане, за да се получи хомогенна зона на топене. Тръбата и тръбният лист се превръщат в едно непрекъснато парче PTFE след охлаждане.

Предимства на заварените съединения
Абсолютна цялост на течове – завареното съединение е хомогенен PTFE, без интерфейси, уплътнения или пукнатини. Ако е направено правилно, той е-непропусклив през целия живот на обменника. Няма уплътнения за разхлабване или повторно затягане.

Без поддръжка - Заварената връзка не изисква периодична поддръжка. Това е голямо предимство при недостъпни места или когато работата по поддръжката е скъпа.

Повишена плътност на тръбата - Без хардуер за компресиране, тръбите могат да бъдат опаковани по-плътно, което осигурява увеличена повърхност за пренос на топлина при същия диаметър на корпуса.

По-добра химическа съвместимост - Липсата на еластомер или затворени уплътнения означава, че няма притеснения за химическа атака върху не-PTFE материали. Чист PTFE върху цялата намокрена повърхност.

Подобрена устойчивост на топлинни цикли - Напълно разтопеното съединение се разширява и свива последователно с тръбата. Няма уплътнение, което да губи компресия при цикличните температурни колебания.

Недостатъци на заварените съединения
Не-обслужваем - Ако една тръба изтече, тя не може да се смени поотделно. Конвенционалната процедура за ремонт е да се запуши пропускащата тръба (забиване на PTFE тапа в края на тръбата и заваряването й). Активната топлообменна площ се намалява чрез запушване. Ако тече повече от една тръба, целият пакет трябва да се смени.

Необходима е специалност в процеса на заваряване – заваряването на PTFE не е обичаен експертен опит в магазина. Нуждае се от прецизен температурен контрол, чисти повърхности и сложно оборудване (горещи плочи, апликатори под налягане) Лошо направените заварки със скрити кухини или замърсители могат да доведат до ранен отказ.

Високите първоначални разходи за малки обеми - Инструментите и разработването на процеси за заварени съединения са по-скъпи от основните инструменти за развалцоване. За малки снопове (по-малко от 50 тръби), уплътнените съединения може да са по-евтини.

Трудност при проверка - Заварените съединения са трудни за проверка без-разрушаване. PTFE заварките обикновено не се проверяват с рентгенови лъчи или ултразвук. Качеството се поддържа чрез контрол на процеса и проби с разрушителен тест.

Не може да се заварява на място - Заваряването на съединенията трябва да се извършва във фабриката при контролирани условия. Тръба не може да се смени на полето. Ако се появи теч по време на обслужване, целият пакет се затваря или се заменя.

Съображения за процеса на заваряване на PTFE
Чистият PTFE не тече бързо поради много високия си вискозитет на стопилка и следователно не се заварява лесно. Следователно много "заварени" PTFE топлообменници всъщност използват PFA (перфлуороалкокси) тръби и тръбни листове. PFA има подобна химическа устойчивост и температурни характеристики като PTFE, но може да се обработва-и да се заварява посредством традиционна гореща-плоча или процеси с нагрят-инструмент. При определяне на заварено съединение е от решаващо значение да се посочи дали материалът е PTFE или PFA, тъй като надеждността на заваряването е различна.

Използва се специфична техника за синтероване или термично -топене за приложения, изискващи истински PTFE. Както краят на тръбата, така и тръбната пластина се нагряват почти до стапяне и се притискат заедно и се охлаждат при контролирани условия. Този метод е по-чувствителен към замърсители и се нуждае от чиста стая за най-добри резултати.

Заварената техника предлага монолитна PTFE рамка без уплътнения, без пукнатини и без периодична поддръжка. Заварени съединения: Критични вериги с висока -чистота като медицинска вода, производство на полупроводници и свръхчисти химически процеси използват заварени съединения като норма.

Таблица 2 Сравнение на заварена и уплътнена PTFE тръба към тръбна плоча
Функция Заварено съединение Уплътнено (механично) съединение
Цялост на теча Отлично - хомогенно сливане, без интерфейсиДобро - в зависимост от компресията на уплътнението и въртящия момент
Възможни пътища на изтичане Един (повреда на съединението, не само разкъсване на тръба) Три или повече на тръба (тръба-към-уплътнение, уплътнение-към-тръбен лист, хардуер)
Отпускане/Пълзене на уплътнението Не е приложимо Да – повторно -затягане на интервали
Възможност за ремонт на място Няма – спуканите тръби трябва да бъдат запечатани; смяна на сноп за множество течове Да – отделните тръби могат да се сменят на място
Ефект от термичния цикъл. Отлично – съединението се отваря и затваря равномерно. Честното - циклизиране може да намали натоварването върху уплътнението
Първа цена (малък пакет, по-малко от 50 тръби) По-висока (специализирани инструменти) По-ниска (основно компресиране и раздуване)
Initial Cost (Large Bundle, >200 тръби) По-малко хардуер (повече тръби на квадратен инч) По-висок (много гайки и поддържащи пръстени)
Плътност на опаковката на тръбата Висока (без хардуер за компресия) По-ниска (необходимо място за хардуер)
Честота на поддръжка Няма – периодично запушване само при повреда на тръбата Периодично – смяна на уплътнение и повторна-затягане
Риск от корозия на процепа PTFE, не-Хомогенен Нисък до умерен - Наличие на процепи на уплътнението
Типичен материал PFA (предпочитан) PTFE (специален процес) PTFE (разширена тръба) с PTFE или FEP уплътнение
Метод на инспекция Контрол на процеса + тест за проби за разрушаване Визуално, проверка на въртящия момент, тест за налягане
Ръководство за конкретно приложение
Кога да използвате уплътнени връзки
Уплътнените съединители от PTFE тръба-към-тръбна плоча са предназначени за:

Важното е лекотата на обслужване на място. Подмяната на отделни тръби може да бъде от полза в съоръжение с ограничен резервен капацитет на снопа или дълги срокове за доставка на снопове за смяна.

Топлообменникът е скромен (площ под 1 m2) или има малко тръби (по-малко от 50). Цената на инструментите за заваряване не си струва.

Очаква се пакетът да бъде повреден механично (напр. поради груби почистващи инструменти или твърди частици в технологичния флуид) и се очаква подмяна на тръбата.

Екипът по поддръжката знае как да -затегне и има достъп до краищата на тръбите за периодична проверка.

Употребата е в стандартен промишлен химичен процес, при който малки течове могат да бъдат толерирани и коригирани периодично.

Конструкциите-с възможност за обслужване на място използват уплътнени съединения като доказан промишлен стандарт.

Кога да използвате заварени съединения
Когато заварените съединения са за предпочитане:

Целостта на теча трябва да бъде абсолютна. Контури с висока чистота, фармацевтични водни системи, полупроводникови влажни стендове и ядрени приложения не позволяват никакво кръстосано замърсяване между течностите от страната на тръбата и страната на корпуса.

Топлообменникът ще се използва в положение, където периодичното повторно -завъртане не е възможно (напр. потопен в резервоар, в съд под налягане или в зона на радиация).

Термичният цикъл често е тежък. Едно от основните предимства на завареното съединение е способността му да се разширява равномерно без разхлабване на уплътнението.

Пакетът е огромен (стотици тръби). Увеличената плътност на тръбата и премахването на хардуера намаляват общия размер и разходите на топлообменника.

Без{0}}поддръжка, необходим е дълъг експлоатационен живот. Правилно заварен PFA сноп може да издържи 10-15 години без никаква поддръжка на кръстовището.

В случай на критични вериги с висока{0}}чистота, само заварената опция е допустима.

Смесени дизайни
Някои производители използват хибриден дизайн. Едната тръбна плоча е прикрепена към тръбите чрез заваряване, а другата тръбна плоча има или уплътнено, или разширено съединение, за да поеме топлинното разширение. Или тръбната пластина може да има PTFE облицовка, заварена към тръбите. Обшивката е физически закрепена към метална тръбна решетка. Тези хибриди се стремят да съчетаят целостта на течовете при заваряване с възможността за обслужване на механичните съединения, но те добавят сложност и цена.

Практически съображения за довършване на повърхността
В повечето приложения за довършване на повърхности (галванопластика, анодиране, ецване и т.н.) решението за използване на заварени или уплътнени връзки е функция на химията на ваната и философията за поддръжка:

Безелектрическо никелиране - Тези бани могат спонтанно да се разложат, ако са замърсени с определени метали. Може да възникне изхвърляне на ваната, ако течността от страната на корпуса (пара или гореща вода) изтече във ваната. За да се предотврати това, обикновено се осигуряват заварени съединения.

Твърдо хромирано покритие - Ваната е донякъде корозивна, но не е много чувствителна към замърсяване. Уплътнените съединения са чести, тъй като е желателно да се сменят отделните тръби, когато настъпи механична повреда по време на зареждането на стелажа.

Анодиращи вани (сярна киселина) – Изисквания за умерена чистота Използват се и двата вида съединения.

Вани за ецване (солна или азотна/флуороводородна киселина) - Силно корозивно.

Също така трябва да се отбележи, че връзката между тръбата и тръбната плоча не е единственият възможен път за изтичане. Освен това прегледайте уплътнението на тръбния лист към корпуса, дюзите на корпуса и компенсаторите. Заварено тръбно съединение на иначе уплътнен топлообменник все още разчита на уплътнението на корпуса, за да осигури цялостна цялост.

Изводи.