Как падането на налягането в PTFE обменник се променя с времето поради пълзене?

Топлообменник, който надеждно е осигурявал същия спад на налягането в продължение на много години, може в крайна сметка да започне да показва малко по-високи диференциални показания. Тръбите често не са запушени от мръсотия или химически замърсени. Вместо това, формата на самите PTFE тръби леко се е променила с времето. Отворът на тръбата близо до съединението на тръбната плоча постепенно се свива като бавно-затварящ се клапан, тъй като PTFE е вискоеластичен материал и пълзи при продължително механично напрежение.

Тази лека промяна на размерите рядко е впечатляваща, но може да причини забележими хидравлични последици при дълги сервизни интервали. В PTFE тръбните топлообменници, използвани в корозивни химически процеси, явлението е предвидима част от дългосрочното механично стареене, а не неочакван режим на повреда.

Надеждният дизайн на топлообменника и помпата изисква разбиране на връзката между производителността на хидравличната система и промяната на спада на налягането в PTFE обменника с пълзене във времето.

Разбиране на PTFE Creep
PTFE реагира различно от металите при продължително натоварване. Материалът постепенно се деформира с течение на времето, вместо да остане стабилен в размерите си при непрекъснато напрежение.

Този навик е известен като пълзене.

Какво причинява пълзене?
Пълзене възниква, когато полимерните вериги постепенно се реорганизират при продължително механично напрежение или напрежение. За разлика от еластичната деформация, която изчезва мигновено при премахване на силата, пълзенето се развива стабилно в продължение на хиляди работни часове.

В PTFE топлообменниците най-големите продължителни напрежения на натиск често се срещат там, където тръбите преминават през монтажа на тръбния лист.

Тръбите са в бавно-свиване.

Накрайници, компресионни пръстени или уплътнителни системи упражняват постоянно налягане в тези точки, за да образуват непроницаемо уплътнение между тръбата и тръбния лист. С течение на времето PTFE материалът за стена бавно тече под това натоварване.

Как се развива ограничението на отвора на тръбата
Локализирана деформация на тръбния лист
Областта около компресираната фуга е мястото, където процесът на пълзене е най-концентриран.

Малък участък от стената на тръбата постепенно се екструдира навътре в потока на потока, докато PTFE се деформира. Това намалява ефективния вътрешен диаметър на тръбата в точката на свързване.

Дори леко намаляване на отвора повишава съпротивлението на потока, въпреки че промяната на размерите често е минимална.

Ограничението се държи подобно на постоянно инсталирана дроселна точка във всяка тръба.

Дългосрочни-хидравлични последствия
Спадът на налягането-от страната на тръбата постепенно се увеличава с намаляването на вътрешния диаметър.

Това увеличение обикновено е:

бавно

Постоянно

Предсказуем

Невъзстановим

За разлика от замърсяването, причинено от отлагания или котлен камък, ограничението не може да бъде отстранено механично или химически, тъй като произлиза от физическа деформация на материала.

Явлението е необратимо.

Защо въздействието обикновено е минимално
В повечето добре{0}}разработени PTFE топлообменници увеличението на спада на налягането остава сравнително минимално.

Типичните дългосрочни-увеличения могат да достигнат само няколко процента за няколко години работа. При някои обстоятелства обаче ефектът е по-очевиден:

Дълги дължини на тръбите

Високи скорости на потока

Диаметри на тръбите, които са малки

Високи работни температури

Системи за високо{0}}налягане

Напрежения на натиск върху стегнати тръбни листове

Дори незначителни намаления на отвора в тези системи могат да доведат до количествено измеримо хидравлично наказание.

Поради това, вместо да се третира като непредвиден оперативен проблем, промяната на спада на налягането в PTFE обменника с пълзене във времето често се взема предвид от началния етап на хидравлично проектиране.

Влиянието на температурата върху скоростта на пълзене
По-високата температура ускорява деформацията
Поведението на PTFE при пълзене е силно повлияно от:

степен на стрес

Температурата

Време под товар

Процесът на пълзене се ускорява от значителното увеличаване на молекулярната подвижност при високи температури.

При 100 градуса пълзенето напредва значително по-бързо, отколкото при температура на околната среда.

Тази температурна зависимост е особено важна в топлообменници за химическа обработка, работещи с нагрети киселини, основи или потоци от разтворители.

Система, работеща непрекъснато при повишена температура, може да види по-голямата част от дългосрочната си-промяна на размерите през първите няколко години на експлоатация.

Насищане и намаляване на стреса
Ефектът на пълзене не продължава да се разширява вечно със същата скорост.

Тъй като PTFE се деформира, вътрешните напрежения постепенно се отпускат. Промяната на размерите постепенно се забавя с течение на времето в резултат на намаленото напрежение, което намалява скоростта на пълзене.

В крайна сметка системата се приближава до квази{0}}стабилна ситуация, при която по-нататъшната деформация става незначителна.

Това явление обикновено се определя като насищане при пълзене.

Съображения за хидравличен дизайн
Разрешаване на марж при оразмеряване на помпата
Свързаните-увеличения на налягането при пълзене обикновено могат да бъдат разгледани по време на първоначалния дизайн на системата, тъй като те са предвидими.

Когато се избират циркулационни помпи за PTFE обменни системи, често се взема предвид малък буфер за допълнително налягане.

Това разрешение за проектиране помага да се гарантира, че зададените дебити остават възможни дори след години на работа.

Без тази празнина хидравличното съпротивление може прогресивно да се увеличи и да причини дългосрочно-намаляване на потока.

Мониторинг на тенденциите в налягането
Мониторингът на диференциалното налягане в топлообменника осигурява жизненоважна представа за дългосрочната-производителност на системата.

Стабилно, стабилно увеличение в продължение на няколко години може да предполага естествено ограничение,-свързано с пълзене, а не замърсяване или замърсяване.

Анализът на тенденциите помага да се направи разлика между:

Постепенно механично стареене

Внезапни замърсявания

Влошаване на помпата

Състояния на частична обструкция

Разбирането на това разграничение елиминира ненужните операции по почистване или разглобяване.

Намаляване на пълзенето при съединението на тръбната пластина
Увеличаване на опорната площ
Напрежението, доставяно на PTFE, може да бъде сведено до минимум чрез разпределяне на силата на компресия върху по-голяма контактна повърхност.

Накрайниците с по-големи лагерни зони намаляват локализираното напрежение на натиск и намаляват тенденцията за вътрешен поток на материала.

Скоростта на пълзене се намалява директно от по-малко напрежение.

Използване на пружинни{0}}уплътнителни системи
Пружинно-натоварените или съвместими уплътнителни решения спомагат за поддържане на уплътнителната сила, като същевременно ограничават прекомерната твърда компресия.

В сравнение с напълно твърдите решения за затягане, тези системи са по-способни да се справят с прогресивни промени в размерите.

Ползите се състоят от:

Намалена концентрация на локализиран стрес

Повишена стабилност на уплътнението

По-ниска дългосрочна{0}}деформация на отвора

По-добра адаптация на термичния цикъл

Дългосрочното{0}}свиване на тръбата обикновено е по-малко силно при по-меки методи за запечатване.

Сравняване на PTFE с метални обменни тръби
Металните обменни тръби обикновено показват ниско пълзене при конвенционални температури на химически процеси. PTFE се държи по различен начин поради полимерната си структура.

Въпреки това, PTFE предлага предимства, които металите не могат лесно да съпоставят:

Превъзходна химическа инертност

Устойчивост на агресивни киселини

Не{0}}замърсяващи повърхности

Изключителна устойчивост на корозия

Компромисът-е, че PTFE съдържа по-сложен механичен профил на стареене.

Дизайнерите трябва да вземат предвид както химическата съвместимост, така и дългосрочното механично поведение едновременно.

Оперативни последици за десетилетия служба
Добре{0}}проектираните тефлонови топлообменници често остават да работят десетилетия в силно корозивни ситуации, когато металните системи биха се счупили скоро.

Рядко бавното покачване на налягането, причинено от пълзене, е катастрофално ограничение. По-скоро функционира като постепенна, контролируема промяна в хидравличната производителност с течение на времето.

Дълго след стабилизирането на пълзенето топлообменникът в много системи все още отговаря на изискванията на процеса.

Ключовото условие е просто първоначалният дизайн на системата да предвижда последствията.

В заключение
При продължително работно време пълзенето на PTFE, признат и контролируем механичен процес на стареене, може прогресивно да увеличи загубата на налягане в обменника. Продължителната компресия при съединението на тръбната плоча бавно деформира стената на PTFE тръбата навътре, като леко намалява диаметъра на отвора на тръбата и генерира постоянно увеличение на хидравличното съпротивление.

Въпреки че ефектът често е минимален, връзката между промяната на спада на налягането в PTFE обменника с пълзенето във времето трябва да се вземе предвид по време на първоначалния хидравличен дизайн, особено при приложения с висока-температура или дълга{1}}тръба. Правилното оразмеряване на помпата, увеличената носеща-площ на накрайниците и пружинно-натоварените уплътнителни системи спомагат за минимизиране на дългосрочните-промени в производителността и запазват проектните дебити през десетилетията на експлоатация.

Дори и най-химически инертният материал в крайна сметка има механичен разказ за живота, повлиян от стрес, температура и време.