It-Tubi li Jiddeformaw Bil-mod
Skambjatur tas-sħana PTFE li jservi proċess ta 'aċidu sulfuriku kkonċentrat f'175 grad jopera mingħajr problemi ovvji għal sentejn. Matul it-tielet sena, l-operaturi jinnutaw li l-konsum tal-fwar jiżdied gradwalment biex iżommu t-temperatura. Spezzjoni matul l-għeluq annwali tiżvela l-kawża: it-tubi tawwal u rqaq. Id-dijametru ta 'barra tagħhom naqas ftit. Il-qatta tat-tubi tidher imġebbda.
Ma seħħ l-ebda falliment f'daqqa. L-ebda tnixxija żviluppata. It-tubi sempliċement iddeformaw bil-mod fuq eluf ta' sigħat taħt l-influwenza magħquda tat-temperatura, il-pressjoni interna tal-fwar, u l-piż proprju-. Dan huwa creep: deformazzjoni permanenti dipendenti fuq il-ħin-taħt stress kostanti taħt is-saħħa ta' rendiment-qasira tal-materjal.
F'175 grad, PTFE huwa kimikament stabbli u tajjeb fi ħdan it-temperatura nominali tas-servizz kontinwu tiegħu ta '260 grad. Iżda l-istabbiltà kimika u l-istabbiltà mekkanika huma proprjetajiet differenti. Il-klassifikazzjoni tal-materjal ma tiggarantixxix ħelsien minn deformazzjoni creep fuq perjodi estiżi fit-tarf ta 'fuq tal-firxa tat-temperatura.
Il-Mekkaniżmu Creep fil-PTFE
Creep iseħħ fil-polimeri kollha f'temperaturi elevati. Il-ktajjen molekulari, normalment imħabblin u jirreżistu d-deformazzjoni, jiksbu biżżejjed enerġija termali biex jiżżerżqu minn xulxin taħt stress applikat. Ir-rata ta 'li jiżżerżqu tiddependi fuq it-temperatura, il-kobor tal-istress, u l-ħin.
F'tubu ta 'skambjatur tas-sħana PTFE, l-istress primarju huwa l-istress taċ-ċrieki mill-pressjoni interna tal-fwar. Għal tubi OD ta '10mm b'ħajt ta' 1mm bi pressjoni interna ta '4 barg, l-istress taċ-ċrieki huwa bejn wieħed u ieħor 2 MPa. F'temperatura ambjentali, ir-rata ta 'creep tal-PTFE f'dan l-istress hija negliġibbli. F'175 grad, ir-rata tal-creep issir miżurabbli.
It-tubu jesperjenza wkoll stress assjali minn espansjoni termali ristretta u stress tal-liwi mill-piż waħdu-bejn l-appoġġi. Dawn it-tensjonijiet huma iżgħar mill-istress taċ-ċrieki iżda jikkontribwixxu għad-deformazzjoni totali tal-creep.
Creep jimmanifesta fi tliet bidliet osservabbli: it-titwil tat-tubu, it-tirqiq tal-ħajt, u t-tnaqqis tad-dijametru. It-titwil iseħħ minħabba li l-istress taċ-ċrieki jipproduċi tensjoni axjali permezz tal-effett Poisson. It-tnaqqija tal-ħajt jirriżulta minn deformazzjoni tal-volum-kostanti: hekk kif it-tubu jittawwal u jiddejjaq, il-ħxuna tal-ħajt tonqos biex jikkonserva l-volum tal-materjal.
Tabella 1: Deformazzjoni Stima tal-Creep vs Temperatura Operattiva għal Tubu PTFE (10mm OD, 1mm Ħajt, 4 barg Fwar)
| Temperatura operattiva (grad) | Rata Relattiva ta' Creep | Ħxuna tal-ħajt wara sena (mm) | Ħxuna tal-ħajt wara 3 Snin (mm) | Pressjoni tal-Fqigħ Wara 3 Snin (bar) | Ħajja tas-Servizz Rakkomandata |
|---|---|---|---|---|---|
| 100 | Negliġibbli | 1.00 | 0.98 | 35 | >20 sena |
| 120 | Baxxa ħafna | 0.99 | 0.96 | 30 | >15-il sena |
| 140 | Baxx | 0.97 | 0.91 | 24 | 10-15-il sena |
| 160 | Moderat | 0.93 | 0.82 | 16 | 5-8 snin |
| 180 | Għoli | 0.85 | 0.65 | 8 | 2-4 snin |
| 200 | Għolja ħafna | 0.72 | 0.45 | 3 | <2 years |
Valuri stmati bbażati fuq dejta tal-creep PTFE ippubblikata u estrapolazzjoni ta' Arrhenius. Ir-rati attwali jiddependu fuq il-grad speċifiku tar-reżina, il-kristallinità, u l-istorja tal-ipproċessar. Ħajja tas-servizz definita bħala ħin biex tilħaq 50% tal-pressjoni tat-tifqigħ oriġinali.
Modifiki tad-Disinn għal Servizz Estiż
It-tnaqqis tal-istress taċ-ċrieki jestendi l-ħajja tas-servizz f'temperatura partikolari. L-aktar metodu sempliċi huwa li tnaqqas il-pressjoni tal-fwar. L-operat f'2 barg minflok 4 barg inaqqas bin-nofs l-istress taċ-ċrieki, bejn wieħed u ieħor jirdoppja l-ħin biex tintlaħaq strain ta' creep partikolari.
Iż-żieda fil-ħxuna tal-ħajt tat-tubu tipprovdi marġni dirett kontra t-tnaqqija. Tubu tal-ħajt ta '1.5mm li jaħdem f'175 grad jilħaq l-istess ħxuna minima tal-ħajt bħal tubu ta' 1.0mm f'madwar id-doppju tal-ħin. Il-penali hija t-trasferiment tas-sħana mnaqqsa, li teħtieġ proporzjonalment aktar erja tal-wiċċ.
L-użu ta' grad ta'-kristallinità ogħla ta' PTFE itejjeb ir-reżistenza għat-tkaxkir. Formulazzjonijiet ta 'PTFE modifikati b'piż molekulari kkontrollat u kristallinità juru rati ta' creep 30-50% aktar baxxi minn gradi standard fl-istess temperatura u stress. Iż-żieda fl-ispiża tal-materjal hija modesta relattiva għall-estensjoni tal-ħajja tas-servizz.
Kriterji ta' Spezzjoni u Irtirar
Tubi li joperaw f'temperaturi 'l fuq minn 150 grad għandhom jiġu spezzjonati kull sena għal deformazzjoni creep. Il-kejl tad-dijametru ta 'barra u l-ħxuna tal-ħajt f'postijiet rappreżentattivi jsegwu l-progressjoni tat-tnaqqija. Il-kejl tal-ħxuna ultrasoniku jipprovdu dejta mhux-distruttiva dwar il-ħxuna tal-ħajt.
Il-kriterji tal-irtirar għandhom jiġu stabbiliti fl-installazzjoni. Kriterju tipiku huwa t-tnaqqis tal-ħxuna tal-ħajt għal 60% tal-valur oriġinali. F'dan il-punt, il-fattur tas-sigurtà tal-pressjoni tat-tifqigħ jitnaqqas minn bejn wieħed u ieħor 8:1 sa 3:1, li jibqa 'adegwat għall-pressjoni operattiva iżda jħalli marġni mnaqqas għal eskursjonijiet tal-pressjoni.
Tubi li juru tnaqqis viżibbli tad-dijametru jew elongazzjoni li jaqbeż l-10% għandhom jiġu sostitwiti irrispettivament mill-ħxuna assoluta, peress li d-deformazzjoni tindika li l-materjal eżawrixxa ħafna mid-duttilità tat-tkaxkir tiegħu.
Sommarju
It-tħaddim kontinwu tal-iskambjatur tas-sħana PTFE qrib 180 grad jipproduċi deformazzjoni creep li gradwalment irqaq il-ħitan tat-tubi u tnaqqas il-marġini tal-pressjoni tat-tifqigħ. Ir-rata ta 'deformazzjoni tiddependi b'mod esponenzjali fuq it-temperatura u lineari fuq l-istress taċ-ċrieki.
Il-ħajja tas-servizz f'175 grad bi gradi standard PTFE u 4 barg fwar hija bejn wieħed u ieħor 2-4 snin ibbażata fuq creep thinning. Pressjoni tal-fwar aktar baxxa, ħitan eħxen, u gradi PTFE ta 'kristallinità ogħla jestendu dan b'mod sinifikanti. Il-kejl annwali tal-ħxuna tal-ħajt isegwi l-progressjoni u jappoġġja deċiżjonijiet ta 'rtirar.
Analiżi tal-inġinerija għall-previżjoni tal-ħajja tas-servizz tal-iskambjatur tas-sħana PTFE f'kundizzjonijiet operattivi speċifiċi hija disponibbli fuq is-sottomissjoni tal-istorja tat-temperatura operattiva, pressjoni tal-fwar, dimensjonijiet tat-tubu, grad tal-materjal, u kwalunkwe kejl eżistenti ta 'deformazzjoni.
