Как да изберем правилния дизайн на разширителната фуга за обвивка на PTFE обменник с фиксирана тръбна плоча?

Фиксираният -тръбен PTFE топлообменник е механично прост и често икономически привлекателен, но дизайнът включва основен термичен конфликт. PTFE тръбите се разширяват силно при повишаване на температурата, но околната стоманена обвивка се разширява много малко. Ако движението е ограничено, несъответствието може да причини огромно аксиално напрежение. Част от топлообменника трябва да се огъне, за да поеме това диференциално разширение. Отговорът е метален силфонен компенсатор, заварен в корпуса - гъвкав сегмент, подобен на акордеон-, който се разширява и свива, докато PTFE тръбният сноп диша термично по време на работа.

Силфонният възел е единственият най-важен механичен компонент в цялата топлообменна система за всеки избор на топлообменник с фиксирана тръбна плоча PTFE.

Защо са необходими компенсатори на PTFE топлообменници
Екстремното термично разширение на PTFE
Коефициентът на термично разширение на PTFE е много по-висок от въглеродната стомана или неръждаемата стомана. PTFE тръбите могат да се разширят няколко пъти над размера на конструкцията на корпуса около тях с промени в работната температура.

Без гъвкава система за компенсация могат да възникнат значителни проблеми:

Изкривявания в тръбния лист

Разкъсване на тръбата

Прекомерни аксиални сили

Напукване на черупката

Умора на заваръчния шев

Неизправности при течове

Компенсаторът е зоната на контролирани движения и не позволява концентрирането на топлинните напрежения в тялото на топлообменника.

Силфонът като гъвкава граница на налягането
Силфоните са металните бели дробове на топлообменника, вдишват и издишват с всеки топлинен цикъл, като същевременно поддържат целостта на бариерата под налягане. Стига да има подходяща гъвкавост, PTFE тръбният сноп може да се разширява и свива естествено, без-да натоварва прекалено обвивката.

Тази адаптивност трябва да бъде проектирана умишлено, вместо да се имитира с обикновени тръбопроводи.

Основни проектни критерии за избор на компенсатори
Пълен ход по аксиала
Най-критичният параметър при оразмеряването на разширителната фуга е способността за аксиално движение. Силфонът трябва да поеме безопасно общото изчислено термично разширение, дължащо се на PTFE тръбите в целия работен температурен диапазон.

Типичните проектни изчисления вземат предвид:

Дължина на тръбата

Коефициент на термично разширение на PTFE

Температурни разлики при стартиране

Свиване при изключване

Процес на разстроена ситуация

Максимална проектна температура (MDT)

Твърде краткото пътуване може да преразтегне маншона или да доведе до повреда поради умора от компресия.

Защо харесваме дебели-стенни еднослойни-силфони
Изисквания за устойчивост на натиск
При тефлонови топлообменници с неподвижна{0}}тръбна плоча силфоните са подложени на вътрешно налягане, но също така могат да се движат. Тънки, много-слойни силфони, както често се използват в тръбопроводни системи с ниско налягане, може да не са достатъчно здрави за тази цел.

Поради тази причина често се приемат дебелостенни еднослойни-дизайни на силфони.

Предимствата включват:

Повишена здравина на конструкцията

По-добро задържане на налягането

Повишена квота за корозия

По-добра устойчивост на повреди

По-ниска чувствителност към отделяне на пластове

Механизмът на силфона не е просто гъвкав съединител. Това е част от съд под налягане, която е подложена едновременно на натоварвания от топлина, налягане и умора.

Избор на материал за духало
Защо неръждаемата стомана 316L е толкова често срещана
Най-популярният материал за силфонни корпуси на топлообменник е неръждаема стомана 316L, тъй като предлага комбинация от:

Устойчивост на корозия

Заваръчни умения

Характеристики на умора

Наличност:

Механична огъваемост

Тогава устойчивостта на атмосферна корозия е решаващ фактор, тъй като силфоните обикновено са от страната на външната обвивка, а не в пряк контакт с агресивна химия на процеса.

Опасности от външна корозия
Растителната среда, в която са разположени маншоните, може да ги изложи на:

Киселинни изпарения

Сол{0}}силна влажност

Измийте химикали

* Процедура при разливи

Замърсяване с хлорид

По-специално, следите от хлориди са много вредни, тъй като могат да причинят външно корозионно напукване на силфони от неръждаема стомана при напрежение на опън.

Процесът на избор на материал трябва да вземе предвид както работния процес, така и излагането на околната среда около инсталацията на обменника.

Проектиране на уморен живот и навиване
Ролята на конволюционната геометрия
Извивките са гофри, които се компресират и разширяват с топлинно движение, за да създадат гъвкавост на меховете.

Проектът се състои от:

Брой навивки

Височина на навивката

Форма на терена

Дебелина на стените

Константа на аксиалната пружина

Твърде малко навивки могат да причинят твърде голяма твърдост, а твърде много навивки могат да причинят по-малка способност за натиск и устойчивост на умора.

Проблеми с термичния цикъл
Топлообменници, които претърпяват много-пускания, спирания или условия на партиден процес, са подложени на повтарящи се температурни цикли, причинявайки циклично напрежение на материала на силфона.

За високо{0}}циклични приложения са необходими конструкции на силфони, устойчиви на умора.

Други инженерни мерки могат да включват:

Оптимизирана форма на намотката

Зони с намалена концентрация на напрежение

Подобрен контрол на качеството на заваръчния шев

Ограничения за движение

Секции от подсилени яки

Разрушаването поради умора обикновено възниква прогресивно чрез започване на пукнатини в силно напрегнатите корени на навивката.

Съответствие със стандартите EJMA и ASME
Критерии за дизайн на EJMA
Компенсаторите в корпусите на топлообменника, поддържащи налягането, трябва да бъдат проектирани в съответствие с критериите, определени от Асоциацията на производителите на компенсатори (EJMA).

Подходът на EJMA предоставя предложения относно:

Изчисляване на напрежението

Анализ на умората

Оценка на налягането

Ограничения за движение

Прогноза за силата на пружината

Прогноза за жизнения цикъл

ASME Приложение 26
При приложения на съдове под налягане, ASME Приложение 26 може също да ръководи дизайна на силфона и допустимата оценка на напрежението.

Използването на установени проектни кодове помага да се гарантира, че разширителната фуга се счита за напълно проектиран компонент под налягане, а не за спомагателен елемент.

Защита на маншони от механични повреди
Значението на външните ванти
Външни механични повреди на навивките на силфона от инструменти, пешеходно движение, падащи предмети или работа по поддръжката могат да причинят уязвимост.

Следователно групата от силфони трябва да бъде снабдена с външен защитен кожух.

Покривалото предпазва от:

Щети от удар

Случайна деформация

Натрупване на отломки

Излагане на атмосферни влияния

Контакт с персонала.

Физическата защита е от жизненоважно значение за дългосрочната надеждност, тъй като малки вдлъбнатини или деформации могат значително да намалят живота на умора.

Защо--разширителните фуги на рафта не работят
Персонализирани инженерни изисквания
PTFE топлообменник с фиксиран-тръбен лист води до много специализирани условия на натоварване от:

Високо термично изместване

налягане »

Циклично натоварване

Излагане на корозивна среда

Механично разклащане

Компенсаторите на --рафтовете рядко са адекватни в експлоатация, тъй като не са предназначени да отговарят на комбинираните изисквания за движение и налягане на услугата PTFE обменник.

Вместо това всеки силфонен възел трябва да бъде конструиран така, че да отговаря на геометрията на топлообменника и работните условия.

Резюме
Компенсаторът е гениално конструираната гъвкава връзка, която преодолява основната дилема с термично напрежение с фиксиран -тръбен PTFE топлообменник. Силфонът компенсира по безопасен начин голямата температурна разлика между PTFE тръбите и заобикалящата ги стоманена обвивка и предотвратява повреждащото механично натоварване на топлообменника, като същевременно поддържа целостта на налягането.

Изборът на PTFE топлообменник с фиксирана тръбна плоча с подходящо оразмерен компенсатор е резултат от внимателно разглеждане на капацитета за аксиално движение, дебелината на стената, геометрията на навивката, устойчивостта на умора, устойчивостта на корозия и спазването на стандартите за проектиране на EJMA или ASME. Еднакво важни за дългосрочния-експлоатационен живот са правилната външна защита и съвместимостта с околната среда.

Една от най-надеждните машини в инженерството на топлинно оборудване често е тази, която е предназначена да поеме собственото си вътрешно движение с изящество, вместо да му се съпротивлява твърдо.