Проблема удлинения отверстия
На предприятии по химической переработке используются нагревательные пластины из ПТФЭ при температуре 85 градусов при обработке никеля химическим способом. Через 18-24 месяца монтажные отверстия в верхней части пластин становятся заметно удлиненными-круглые отверстия становятся овалами с вертикальной длинной осью. Плиты смещаются вниз под собственным весом. Сдвиг вызывает нагрузку на силовые провода, что в конечном итоге приводит к сбою соединения. Удлинение является ползучим: ПТФЭ медленно течет под постоянной нагрузкой собственного веса.
Ползучесть в монтажных отверстиях — это предсказуемый вид отказа при эксплуатации при высоких-температурах. Материал ПТФЭ вязкоупругий-он деформируется при длительной нагрузке. Деформация ускоряется с увеличением температуры и нагрузки.
Механизм ползучести
ПТФЭ ползет-медленно деформируется под постоянным напряжением. Скорость ползучести зависит от уровня напряжения, температуры и времени. Монтажные отверстия находятся под постоянным растягивающим напряжением из-за веса пластины и любой дополнительной нагрузки из-за теплового расширения. При 85 градусах ползучесть ПТФЭ происходит примерно в 3-5 раз быстрее, чем при 60 градусах. Удлинение отверстия является видимым проявлением ползучести в точке концентрации напряжений.
| Рабочая температура | Скорость ползучести относительно 25 градусов | Время до 10% удлинения отверстия | Уровень стресса | Влияние на срок службы |
|---|---|---|---|---|
| 50 градусов | 2x | 8-10 лет | Низкий | Минимальный |
| 65 градусов | 4x | 4-6 лет | Умеренный | Значительный |
| 75 градусов | 8x | 2-3 года | Высокий | Главный |
| 85 градусов | 15x | 1-2 года | Очень высокий | Критический |
| 95 градусов | 25x | <1 year | Экстрим | неприемлемо |
Фактор нагрузки
Скорость ползучести зависит от уровня напряжения-нагрузки, разделенной на несущую-площадь нагрузки. Шайбы большего размера распределяют нагрузку на большую площадь, снижая нагрузку. Маленькие шайбы концентрируют нагрузку, увеличивая скорость ползучести. Простая замена стандартных шайб на шайбы-большого диаметра может снизить скорость ползучести на 30–50 % без каких-либо других модификаций.
Стратегии профилактики
Большие шайбы: Замена стандартных шайб (диаметром 16-20мм для болтов М8) на шайбы большого диаметра (25-30мм) распределяет нагрузку на большую площадь. Это снижает напряжение на краю отверстия, замедляя ползучесть. Стоимость - копейки за тарелку. Это единственное изменение продлило срок службы монтажных отверстий на одном предприятии с 18 до 36 месяцев.
Пластины распределения нагрузки: металлическая пластина, охватывающая несколько точек крепления, распределяет нагрузку по всей площади кронштейна. Пластина должна иметь толщину 2-3 мм, быть изготовлена из кислотостойкого материала и закрывать всю ширину кронштейна. Такой подход снижает напряжение в отверстиях на 60-80%, практически исключая удлинение.
Более толстые фланцы: Использование более толстого ПТФЭ на монтажном фланце снижает напряжение в отверстии. Дополнительная толщина увеличивает -площадь, воспринимающую нагрузку вокруг отверстия. Толщина фланца 10 мм вместо 6 мм снижает нагрузку на 40%.
Ускорение ползучести, связанное с температурой-
Ползучесть сильно зависит от температуры-. Соотношение Аррениуса означает, что каждые 10 градусов увеличения выше 50 градусов примерно удваивают скорость ползучести. Вот почему ползучесть редко является проблемой при низких-температурах, но становится критической при температуре выше 70 градусов. На установке с химическим никелем под углом 85 градусов монтажное отверстие увеличилось за 18 месяцев. Те же пластины при температуре 65 градусов в другом учреждении прослужили 5 лет.
Обнаружение и мониторинг
Визуальный осмотр: Отверстия становятся заметно овальными. Простой измерительный прибор-болт должен проходить с минимальным зазором-определяет удлинение. Когда зазор превышает 1,0 мм, отверстие значительно удлиняется.
Сдвиг пластины: Пластина может провиснуть или сместиться вниз под собственным весом. Это видно по неравномерному зазору внизу пластины или нагрузке на силовые выводы.
Практические решения
Модернизация существующих пластин: Установить большие шайбы и пластины распределения нагрузки. Это недорогая-модификация, которую можно выполнить во время планового обслуживания.
Закупка новых пластин: Укажите более толстые фланцы (минимум 10 мм) и большие шайбы. Надбавка к стоимости скромная,-обычно составляет 5–10 % от стоимости пластины.
Работа при высоких-температурах: За фланцем из ПТФЭ укажите опорные пластины из нержавеющей стали. Опорная пластина распределяет нагрузку и предотвращает сползание. Опорная пластина увеличивает стоимость пластины на 15-20%, но полностью исключает удлинение.
Когда необходима замена
Если отверстия удлинились более чем на 2 мм, пластину следует заменить. Распределение напряжений изменилось, и удлинение ускорится. Пластина с удлинением 2 мм через 24 месяца обычно выходит из строя из-за разрыва отверстия в течение дополнительных 6-12 месяцев.
Протокол мониторинга
Ежеквартальное измерение зазора отверстия обеспечивает раннее обнаружение. Новый болт должен проходить с зазором 0,2–0,5 мм. При зазоре 1,0 мм пластина демонстрирует значительную подвижность. При 1,5 мм следует планировать замену. Простое измерение манометра занимает 30 секунд для каждой пластины, не требует специального оборудования и предоставляет четкие данные для принятия решения о замене. Предприятия, реализующие этот протокол, исключили незапланированные замены из-за неисправности монтажного отверстия.
