Вздутая поверхность
Во время планового осмотра обслуживающий персонал обнаруживает небольшие вздутия-выпуклости диаметром 1-3 мм на внешней поверхности трубок теплообменника из ПТФЭ. Волдыри концентрируются на трубках в самой горячей зоне пучка, возле входа пара. Некоторые волдыри лопнули, оставив на поверхности трубы неглубокие кратеры.
Волдыри вызывают немедленную обеспокоенность. Трубки выходят из строя? Это химическая атака? Трубки не текут? Ответы требуют понимания механизма образования волдырей, который не является ни химической атакой, ни надвигающимся нарушением границы давления. Это физическое явление, вызванное поглощением влаги и наличием микропор в материале ПТФЭ.
Вздутия ухудшают гладкость поверхности и могут локально немного снижать теплопередачу, но они редко проникают в стенку трубы или вызывают утечку. Однако их присутствие указывает на то, что качество материала ПТФЭ или качество пара требуют внимания.
Механизм поглощения влаги и микропор
ПТФЭ гидрофобен. Вода не смачивает поверхность. Но при повышенных температурах водяной пар может медленно проникать в структуру полимера. Проникающие молекулы воды занимают свободный объем между полимерными цепями-тот же свободный объем, который придает ПТФЭ его гибкость.
За тысячи часов при температуре 130–150 градусов в насыщенном паре вода накапливается в микроскопических пустотах внутри ПТФЭ. Эти пустоты присущи материалу; Весь ПТФЭ содержит микропоры, образовавшиеся в процессе спекания во время производства. Вода в этих пустотах находится в равновесии с давлением пара снаружи.
Когда теплообменник отключается и охлаждается, захваченная вода конденсируется. Объем жидкой воды намного меньше объема пара, который ее произвел, создавая вакуум внутри пустоты. Пустота частично схлопывается. При следующем цикле-нагрева жидкая вода снова превращается в пар. Быстрое объемное расширение-воды в пар происходит примерно в соотношении 1600:1-создает импульс давления внутри пустоты. Импульс растягивает окружающий полимер.
В течение многих термических циклов повторяющиеся импульсы расширения увеличивают пустоты. Маленькие пустоты сливаются в более крупные. Истонченный полимер над растущей пустотой выпирает наружу, образуя видимый волдырь. В конце концов, стенка волдыря может истончиться до точки разрыва, выпустив захваченный пар и оставив кратер.
Таблица 1: Факторы образования волдырей и меры профилактики
| Фактор | Вклад в образование волдырей | Меры профилактики | Эффективность |
|---|---|---|---|
| High steam temperature (>150 градусов) | Ускоряет скорость проникновения воды | Уменьшите давление пара, если процесс позволяет. | Высокий |
| Частые термоциклы | Импульсы расширения создают пустоты | Сведите к минимуму ненужные отключения | Умеренный |
| ПТФЭ низкого-качества (высокое содержание микропор) | Обеспечивает места зарождения волдырей | Укажите высококачественную-смолу из ПТФЭ с низким-пустотой | Высокий |
| Быстрый нагрев-от холода | Максимизирует импульс теплового расширения | Постепенное повышение температуры пара | Умеренный |
| Влажный пар (низкая фракция сухости) | Увеличивает доступную влагу для проникновения | Improve steam separation; ensure >98% сухость | Высокий |
| Thick tube wall (>1,5 мм) | Более длинный путь диффузии; задерживает больше воды | Используйте минимальную толщину стенки для номинального давления. | Умеренный |
Факторы качества при производстве труб из ПТФЭ
Содержание микропор в трубках из ПТФЭ зависит от производственного процесса. Пастообразные-трубки из экструдированного ПТФЭ производятся путем смешивания порошка ПТФЭ со смазкой, экструдирования пасты в форму трубки и спекания при высокой температуре для сплавления частиц. В процессе спекания смазка удаляется, а частицы ПТФЭ объединяются в непрерывную матрицу.
Неполное спекание оставляет остаточные микропустоты на границах между частично сросшимися частицами. Эти пустоты являются предпочтительными местами для накопления влаги и образования пузырей. Высококачественные-трубки из ПТФЭ подвергаются оптимизированному спеканию для минимизации содержания пустот.
Выбор трубок с содержанием пустот менее 1% (измеряется путем сравнения плотности с теоретической плотностью ПТФЭ 2,15–2,20 г/см³) значительно снижает вероятность образования волдырей. Эту спецификацию следует включить в закупочную документацию для теплообменников из ПТФЭ, работающих при температуре выше 130 градусов.
Отличие волдырей от химической атаки
Волдыри из-за впитывания влаги отличаются от химического воздействия. Химическое воздействие обычно приводит к обесцвечиванию, шероховатости поверхности или равномерному истончению стенок. Волдыри локализованы, без изменения цвета. ПТФЭ, окружающий блистер, механически прочный.
Если есть сомнения, волдырь можно вскрыть и осмотреть. Вздутие, вызванное влагой-, показывает чистую внутреннюю полость с гладкими стенками. В зоне химического воздействия наблюдается разрушение материала, обесцвечивание или изменение механических свойств. Если волдыри сопровождаются любым из этих признаков, следует пере-оценить химическую совместимость.
Краткое содержание
Вздутия на трубках теплообменника из ПТФЭ возникают в результате накопления влаги в микропорах внутри полимера с последующим циклическим расширением пара во время термоциклирования. Механизм физический, а не химический. Вздутия указывают на проблемы с качеством материала или пара, но редко приводят к утечке через трубку.
Профилактика направлена на использование трубок из ПТФЭ с низким-пустотой, поддержание высокой сухости пара, сокращение ненужных термоциклов и постепенное повышение температуры во время запуска. Пробирки с обширными вздутиями следует контролировать, но не требуют немедленной замены, если только толщина стенок в местах вздутий не ниже минимальной.
Технические рекомендации по оценке вздутий и спецификации материалов из ПТФЭ доступны после предоставления данных о рабочей температуре и давлении, качестве пара, частоте циклов и сертификатах на материал трубок.
