Вопрос о рейтинге давления
Система рециркуляционного кислотного меднения прокачивает электролит через внешний корпус из ПТФЭ-и-трубчатый теплообменник при давлении в системе 3 бар. Насос может работать при давлении 5,5 бар. Сторона пара работает при давлении 4 бар (изб.). Вопрос от технолога: какое максимально безопасное рабочее давление для фторопластовых трубок и находится ли эта система в допустимых пределах?
Номинальные значения давления для трубок из ПТФЭ не являются простыми цифрами. Они зависят от температуры, толщины стенок, диаметра трубки, а также от того, является ли давление постоянным или циклическим. Рейтинг действителен при 25 градусах, недействителен при 80 градусах. Номинальное статическое давление может не применяться к пульсирующему потоку объемного насоса.
Разрывное давление и рабочее давление
Производители публикуют данные о давлении разрыва для трубок из ПТФЭ при комнатной температуре. Разрывное давление — это внутреннее давление, вызывающее немедленный катастрофический отказ. Рабочее давление представляет собой часть давления разрыва и включает коэффициенты безопасности для температурного снижения номинальных характеристик, циклической усталости и длительной-ползучести.
Для трубок из ПТФЭ диаметром 8 мм × стенка 1 мм при 25 градусах типичное давление разрыва составляет 40–50 бар. Рекомендуемое рабочее давление со стандартным коэффициентом безопасности 3:1 составляет 13–16 бар при комнатной температуре. Этого вполне достаточно для системы с давлением 3 бара.
Температура меняет картину. При 80 градусах прочность на разрыв ПТФЭ снижается примерно до 60% от значения комнатной температуры. Разрывное давление падает пропорционально до 24-30 бар. Рабочее давление при коэффициенте запаса 3:1 составляет 8-10 бар.
При 120 градусах прочность на растяжение составляет примерно 40% от температуры окружающей среды. Разрывное давление падает до 16-20 бар. Рабочее давление становится 5-7 бар. Паровая система с давлением 4 бар и температурой 143 градуса приближается к этому пределу.
Таблица 1. Номинальное давление трубки из ПТФЭ в зависимости от температуры (наружный диаметр 8 мм × стенка 1 мм)
| Рабочая температура (градусы) | Прибл. Давление разрыва (бар) | Рекомендуемое рабочее давление (бар, 3:1 SF) | Подходящее давление пара (бар изб.) |
|---|---|---|---|
| 25 | 45 | 15 | До 10 |
| 60 | 34 | 11 | До 6 |
| 80 | 27 | 9 | До 5 |
| 100 | 22 | 7 | До 4 |
| 120 | 18 | 6 | До 3 |
| 140 | 15 | 5 | До 2 |
Значения для трубок из первичного ПТФЭ. Фактические номинальные значения зависят от конкретной марки смолы и качества изготовления. Факторы снижения номинальных характеристик основаны на опубликованных кривых зависимости механических свойств ПТФЭ от температуры.
Рекомендации по циклическому давлению
Рециркуляционные системы с объемными насосами создают пульсации давления. Каждая пульсация представляет собой миниатюрный цикл усталости. ПТФЭ обладает превосходной устойчивостью к усталости при изгибе, но пульсирующее внутреннее давление создает циклы кольцевых напряжений, которые отличаются от усталости при изгибе.
Для систем со значительной пульсацией давления целесообразен дополнительный коэффициент запаса рабочего давления 1,5-2,0. Систему с давлением 3 бар и пульсацией ±1 бар следует оценивать на предмет снижения усталостных характеристик, а не только на пределы статического давления.
Гибкие змеевики из ПТФЭ в контуре рециркуляции также испытывают внешнее давление со стороны перекачиваемой жидкости. Стенка трубы испытывает перепад давления между внутренней и внешней средой. Во время запуска и остановки насоса переходные процессы давления могут на короткое время превысить значения установившегося-состояния. Максимальное рекомендуемое рабочее давление должно выдерживать эти переходные процессы, не приближаясь к пределу усталости.
Пределы проектного давления системы
Описанная система рециркуляции кислой меди -рабочее давление 3 бар, мертвый напор 5,5 бар, давление пара 4 бара требует проверки обеих сторон стенок трубы из ПТФЭ.
На технологической стороне максимальное давление составляет 5,5 бар при напоре насоса. Трубка из ПТФЭ при температуре процесса 80 градусов (кислотная медь обычно работает при температуре 25-35 градусов, но локальный нагрев возле входа пара может достигать более высоких значений) имеет номинальное рабочее давление 9 бар. Максимальное давление 5,5 бар находится в допустимых пределах.
Со стороны пара давление 4 бар при температуре насыщения 152 градуса приводит к тому, что температура стенки трубки из ПТФЭ приближается к 140 градусам. Номинальное рабочее давление при этой температуре составляет примерно 5 бар. Давление пара 4 бара находится в допустимых пределах, но с уменьшенным запасом прочности.
Консервативная рекомендация: снизить давление пара до 3 бар (изб.), где запас рабочего давления более комфортен, или использовать трубку со стенкой 1,2 мм для увеличения номинального давления при повышенной температуре.
Краткое содержание
Максимальное рекомендуемое рабочее давление для гибких теплообменников из ПТФЭ зависит от температуры, толщины стенок, а также от того, является ли давление постоянным или циклическим. Номинальные значения комнатной температуры вводят в заблуждение в отношении услуг с подогревом. При температуре 120–140 градусов рабочее давление падает до 5–6 бар для труб со стенкой 1 мм.
Системы рециркуляции кислой меди обычно работают в пределах давления ПТФЭ, но выбор давления пара должен учитывать температурное снижение номинальных характеристик. Пульсирующий поток объемных насосов гарантирует дополнительный запас прочности.
Технический анализ номинального давления теплообменника из ПТФЭ в конкретных условиях системы доступен после предоставления рабочих температур, давления технологического процесса и теплоносителя, типа насоса, характеристик трубок и любых данных о переходных процессах давления.
