Открытие деформированной трубки
Во время планового ежегодного осмотра обслуживающий персонал извлекает теплообменник из ПТФЭ из ванны с концентрированной кислотой при температуре 150 градусов. Несколько трубок между опорными пластинами имеют видимые провисания. Одна трубка перегнулась возле опорного зажима. Змеевик все еще нагревается, но деформация прогрессирует-с каждым годом провисание увеличивается.
ПТФЭ при повышенной температуре не является жестким материалом. Он размягчается, расползается при длительной нагрузке и значительно расширяется. Без надлежащего расстояния между опорами сочетание собственного-веса, теплового расширения и давления пара приводит к необратимой деформации. Деформированные трубки теряют расчетное расстояние, создавая ограничения потока и потенциальные точки контакта, где вибрация может вызвать повреждение от истирания.
Механизм ползучести при повышенной температуре.
Ползучесть – это-зависимая от времени деформация под действием постоянной нагрузки. Для ПТФЭ при температуре выше 100 градусов ползучесть становится измеряемой при напряжениях, значительно ниже кратковременного-предела текучести. Горизонтальная трубка из ПТФЭ, поддерживаемая только на концах, испытывает изгибающее напряжение под действием собственного веса. В течение нескольких месяцев при температуре 140 градусов этот стресс приводит к постепенному провисанию.
Скорость ползучести увеличивается экспоненциально с температурой. При угле 80 градусов ползучесть незначительна для правильно закрепленных труб. При угле 120 градусов ползучесть становится конструктивным фактором. При угле 150 градусов и выше ползучесть преобладает в механической конструкции-Расстояние между опорами должно быть достаточно малым, чтобы ограничить напряжение изгиба до уровней, которые обеспечивают приемлемую ползучесть в течение расчетного срока службы.
Тепловое расширение усугубляет проблему. ПТФЭ расширяется примерно на 0,12 мм на метр на градус Цельсия, что примерно в десять раз больше, чем сталь. Двухметровая трубка, нагретая от 25 до 140 градусов, вырастает почти на 28 мм. Если опоры сдерживают это расширение, происходит коробление при сжатии. Трубка изгибается вбок между опорами, создавая необратимую боковую деформацию.
Таблица 1. Рекомендуемое расстояние между опорами труб из ПТФЭ в зависимости от температуры (наружный диаметр 10 мм × стенка 1 мм, горизонтальная ориентация)
| Рабочая температура (градусы) | Максимальное расстояние между опорами -, еще жидкая (мм) | Максимальное расстояние между опорами - ванна с перемешиванием (мм) | Основная проблема |
|---|---|---|---|
| 60 | 600 | 500 | Управление тепловым расширением |
| 80 | 500 | 400 | Умеренная ползучесть, расширение |
| 100 | 400 | 300 | Ползучесть становится значительной |
| 120 | 300 | 250 | Ползучесть доминирует в дизайне |
| 140 | 250 | 200 | Риск ползучести и коробления |
| 160 | 200 | 150 | Требуется максимальная осторожность |
Расстояния рассчитаны таким образом, чтобы ограничить прогиб в середине-пролета менее 3 мм и напряжение изгиба ниже 0,5 МПа при температуре. Ванны с перемешиванием требуют более близкого расположения из-за гидродинамической нагрузки от движения раствора.
Поддержка принципов проектирования
Опорные пластины для трубок из ПТФЭ должны допускать осевое перемещение и предотвращать боковое смещение. Для этой цели служат направляющие с прорезями, изготовленные из твердого ПТФЭ или ПВДФ. Трубка свободно скользит через прорезь во время теплового расширения и сжатия, но стенки прорези предотвращают провисание или боковой изгиб.
Прорезь должна быть немного большего размера-на 0,5–1,0 мм больше внешнего диаметра трубки, чтобы предотвратить заедание и при этом сохранить боковую поддержку. Плотные пазы ограничивают тепловое движение, превращая опору в ограничение, вызывающее коробление. Слишком свободные пазы позволяют трубке вибрировать при перемешивании, вызывая усталость в точке контакта с опорой.
Концевые крепления требуют особого ухода. Соединение трубы-с-коллектором обычно представляет собой компрессионный фитинг. Трубка должна иметь возможность свободно расширяться между коллектором и первой опорой. Расстояние от коллектора до первой опоры должно составлять половину нормального расстояния между опорами, чтобы ограничить изгибающее напряжение во время расширения.
Рекомендации по вертикальной ориентации
Вертикальные трубы испытывают ползучесть иначе, чем горизонтальные. Собственный-вес создает растягивающее напряжение, а не изгибающее. Ползучесть при растяжении вызывает скорее удлинение и утончение стенок, чем провисание. Расстояние между опорами для вертикальных труб направлено на сопротивление короблению и контроль вибрации, а не на само-прогиб веса.
Вертикальные трубы из ПТФЭ между коллекторами должны поддерживаться сбоку с интервалами, не превышающими расстояния для горизонтальных трубок при той же температуре. Опоры предотвращают коробление Эйлера при сжимающих термических нагрузках и ограничивают амплитуду вибрации от потока жидкости.
Краткое содержание
Деформация трубки теплообменника из ПТФЭ при высоких температурах возникает в результате ползучести под действием собственного веса и коробления из-за ограниченного теплового расширения. Правильное расстояние между опорами ограничивает напряжение изгиба до уровня, обеспечивающего приемлемую ползучесть в течение всего срока службы оборудования.
Расстояние между опорами уменьшается по мере увеличения рабочей температуры: с 600 мм при 60 градусах до 200 мм при 160 градусах для трубок с наружным диаметром 10 мм. Направляющие опоры с прорезями обеспечивают свободное осевое тепловое перемещение, предотвращая при этом боковое смещение. Расстояние от жатки-до-первой-опоры требует вдвое меньшего расстояния, чтобы справиться с нагрузкой при расширении.
Инженерный анализ расстояния между опорами труб из ПТФЭ в конкретных условиях эксплуатации доступен после предоставления данных о диаметре трубы, толщине стенки, ориентации, рабочей температуре, интенсивности перемешивания жидкости и расчетном сроке службы.
