It-Tabella tal-Fwar Li tiddefinixxi l-Limitu
Impjant kimiku li jeħtieġ 150 kW ta 'sħana f'temperatura ta' proċess ta '160 grad għandu aċċess għal fwar fi 12 bar, li jipprovdi temperatura saturata ta' 191 grad. L-iskambjatur tas-sħana metalliku speċifikat għal dan id-dmir huwa unità ta' qoxra-u-tubu b'ħajt ta' tubu tal-istainless steel ta' 6 mm. L-alternattiva tal-PTFE għandha tiġi evalwata kontra l-istess dmir.
Fi 12 bar u 191 grad, il-pressjoni tal-fwar saturat hija sew fil-medda ta 'skambjaturi tas-sħana metalliċi. Għall-PTFE, l-ewwel restrizzjoni hija l-pressjoni operattiva massima. L-iskambjaturi tas-sħana PTFE standard huma kklassifikati għal 0.5-1.0 MPa (5-10 bar) f'temperatura moderata, iżda l-klassifikazzjoni tal-pressjoni tonqos hekk kif tiżdied it-temperatura. F'190 grad, il-pressjoni tax-xogħol permissibbli għal tubu PTFE tipiku tista 'tkun 0.3–0.5 MPa, li hija taħt il-pressjoni tal-fwar meħtieġa.
It-tieni restrizzjoni hija s-saħħa li tiddependi fuq it-temperatura-. PTFE iżomm madwar 50% tas-saħħa tat-tensjoni tat-temperatura tal-kamra tiegħu f'190 grad , u r-rata ta 'creep tiżdied b'mod sinifikanti. Il-ħajt tat-tubu għandu jkun eħxen biex jiflaħ il-pressjoni f'temperatura elevata, li żżid ir-reżistenza termali u tnaqqas il-koeffiċjent tat-trasferiment tas-sħana.
It-tielet restrizzjoni hija l-istress intern li jiżviluppa meta l-ħajt tat-tubu jissaħħan mill-fwar. In-naħa tal-fwar tat-tubu hija f'191 grad, u n-naħa tal-proċess hija f'160 grad, li toħloq differenza fit-temperatura ta '31 grad madwar il-ħajt. F'materjal ta'-konduttività baxxa, din id-differenza fit-temperatura tipproduċi stress termali sinifikanti li jżid mal-istress tal-pressjoni.
Il-Limitu ta' Konteniment tal-Pressjoni
It-trażżin tal-pressjoni huwa l-aktar limitazzjoni fundamentali. L-istress taċ-ċrieki f'tubu b'ħitan-rqiq taħt pressjoni interna huwa proporzjonali għall-pressjoni u d-dijametru tat-tubu u inversament proporzjonali għall-ħxuna tal-ħajt. Għal tubu PTFE b'dijametru ta 'barra ta' 6 mm u ħajt ta '1.0 mm, l-istress taċ-ċrieki f'pressjoni interna ta' 10 bar huwa bejn wieħed u ieħor 30 MPa. Is-saħħa tat-tensjoni tal-PTFE f'190 grad hija bejn wieħed u ieħor 10-12 MPa, li jfisser li t-tubu ma jistax ikun fih il-pressjoni b'fattur ta 'sikurezza adegwat.
Iż-żieda tal-ħxuna tal-ħajt tnaqqas l-istress taċ-ċrieki iżda żżid ir-reżistenza termali. Ħajt ta '2.0 mm inaqqas l-istress taċ-ċrieki għal 15 MPa, li huwa fil-limitu ta' saħħa, iżda r-reżistenza termali tirdoppja, u l-koeffiċjent tat-trasferiment tas-sħana jonqos. L-iskambjatur tas-sħana għandu jkun akbar biex jikkumpensa, li jżid l-ispiża kapitali u r-rekwiżit tal-ispazju.
L-alternattiva hija li jitnaqqas id-dijametru tat-tubu. Tubu b'dijametru ta 'barra ta' 3 mm b'ħajt ta '1.0 mm għandu stress taċ-ċrieki ta' 15 MPa f'10 bar, li huwa fil-limitu ta 'saħħa. It-tubu ta 'dijametru iżgħar għandu erja tal-wiċċ ogħla għal kull volum ta' unità, li jikkumpensa parzjalment għall-koeffiċjent ta 'trasferiment tas-sħana aktar baxx.
Il-Limitu tal-Qawwa Dipendenti tat-Temperatura-
Is-saħħa tat-tensjoni tal-PTFE tonqos bit-temperatura. F'20 grad, is-saħħa tat-tensjoni hija bejn wieħed u ieħor 25-30 MPa. F'100 grad , huwa bejn wieħed u ieħor 15-18 MPa. F'190 grad, huwa bejn wieħed u ieħor 10-12 MPa. F'250 grad , huwa bejn wieħed u ieħor 5-6 MPa.
Is-saħħa li tonqos tillimita l-istress permissibbli u l-pressjoni permissibbli. Skambjatur tas-sħana li huwa kklassifikat għal 10 bar f'100 grad jista' jiġi kklassifikat għal 4–5 bar biss f'190 grad. Il-fattur ta' derating huwa tipikament 0.5–0.6 f'190 grad meta mqabbel mal-klassifikazzjoni tat-temperatura tal-kamra-.
Id-derating mhix funzjoni lineari tat-temperatura. Is-saħħa tonqos bil-mod sa 150 grad u aktar malajr 'il fuq minn 200 grad. Il-limitu prattiku għas-servizz tal-fwar bi pressjoni għolja-huwa bejn wieħed u ieħor 150–180 grad, li 'l fuq minnu l-klassifikazzjoni tal-pressjoni ssir baxxa wisq għall-biċċa l-kbira tas-sistemi tal-fwar industrijali.
Il-Limitu tal-Creep
Creep huwa d-deformazzjoni bil-mod ta 'materjal taħt tagħbija sostnuta. PTFE creeps f'temperatura tal-kamra u r-rata creep tiżdied mat-temperatura. F'190 grad, ir-rata ta 'creep tista' tkun 10-20 darba ogħla minn 20 grad.
Fi skambjatur tas-sħana, il-creep jimmanifesta bħala żieda bil-mod fid-dijametru tat-tubu u tnaqqis bil-mod fil-ħxuna tal-ħajt. It-tubu jespandi taħt il-pressjoni interna, u l-ħajt irqaq. Maż-żmien, it-tubu jista' jinqasam jew il-ġonta tat-tubu-ma-tubu sheet sheet tista' tnixxi.
Il-limitu tal-creep huwa tipikament espress bħala l-istress massimu li jipproduċi inqas minn 1% strain f'10,000 siegħa. Għal PTFE f'190 grad, dan l-istress huwa bejn wieħed u ieħor 3-4 MPa, li huwa ħafna inqas mis-saħħa tat-tensjoni. Il-limitu ta' creep, mhux is-saħħa tat-tensjoni, huwa l-parametru ta' kontroll għal servizz fit-tul-.
Il-Limitu ta' Stress Termali
L-istress termali fil-ħajt tat-tubu huwa proporzjonali għad-differenza fit-temperatura madwar il-ħajt, il-koeffiċjent ta 'espansjoni termali, u l-modulu ta' elastiċità. Għal PTFE, il-koeffiċjent ta 'espansjoni termali huwa bejn wieħed u ieħor 12 × 10⁻⁵ / grad, u l-modulu f'190 grad huwa madwar 200 MPa.
Għal differenza fit-temperatura ta '31 grad madwar il-ħajt, l-istress termali huwa bejn wieħed u ieħor 7.4 MPa. Dan l-istress iżid l-istress tal-pressjoni u jnaqqas il-pressjoni permissibbli. F'applikazzjoni tal-fwar bi pressjoni għolja -, l-istress termali jista 'jkun frazzjoni sinifikanti tal-istress totali, u għandu jiġi inkluż fil-kalkolu tad-disinn.
L-istress termali jista 'jitnaqqas billi titnaqqas id-differenza fit-temperatura madwar il-ħajt, li jfisser li jitnaqqas il-fluss tas-sħana. Fluss ta 'sħana aktar baxx jeħtieġ erja tal-wiċċ akbar, li żżid l-ispiża kapitali.
Tqabbil ta' PTFE u Unitajiet Metalliċi f'Servizz ta' Fwar ta' -Pressjoni Għolja
It-tabella li ġejja tiġbor fil-qosor il-prestazzjoni u l-karatteristiċi tal-ispiża tal-iskambjaturi tas-sħana tal-PTFE u tal-istainless steel f'servizz tal-fwar bi pressjoni għolja-bi 12 bar u 191 grad .
| Karatteristiku | Skambjatur tas-Sħana Stainless Steel | Skambjatur tas-Sħana PTFE | Vantaġġ |
|---|---|---|---|
| Pressjoni massima operattiva f'191 grad | 25 bar | 4–5 bar | Azzar li ma jsaddadx |
| Temperatura massima operattiva | 400 grad | 260 grad | Azzar li ma jsaddadx |
| Saħħa tat-tensjoni f'191 grad | 140 MPa | 10–12 MPa | Azzar li ma jsaddadx |
| Limitu ta' creep f'191 grad | Mhux applikabbli | 3–4 MPa | Azzar li ma jsaddadx |
| Konduttività termali | 16 W/m·K | 0.25 W/m·K | Azzar li ma jsaddadx |
| Koeffiċjent ġenerali tat-trasferiment tas-sħana | 800 W/m²·K | 200 W/m²·K | Azzar li ma jsaddadx |
| Erja tal-wiċċ meħtieġa għal 150 kW | 5 m² | 20 m² | Azzar li ma jsaddadx |
| Stress termali f'31 grad ΔT | 15 MPa | 7.4 MPa | PTFE |
| Reżistenza kimika għall-kondensat tal-fwar | Tajjeb | Eċċellenti | PTFE |
| Ħajja tas-servizz fis-servizz tal-fwar | 20–30 sena | 8–12-il sena | Azzar li ma jsaddadx |
| Spiża kapitali għal dazju ta' 150 kW | $45,000 | $38,000 | PTFE |
| Spiża ta 'installazzjoni | $6,000 | $5,000 | PTFE |
| Spiża ta 'manutenzjoni annwali | $1,500 | $3,000 | Azzar li ma jsaddadx |
| Spiża totali ta' ħames-snin | $82,500 | $90,000 | Azzar li ma jsaddadx |
Il-valuri tal-ispiża totali ta' ħames-snin jassumu valur ta' produzzjoni ta' $500 fis-siegħa u jinkludu l-ispiża kapitali, l-ispiża tal-installazzjoni, u l-ispiża tal-manutenzjoni fuq ħames snin.
Meta PTFE Għadu l-Għażla Aħjar
Minkejja l-limitazzjonijiet mekkaniċi, il-PTFE għadu l-aħjar għażla f'diversi applikazzjonijiet tal-fwar bi pressjoni għolja-.
Servizz ta’ kondensat korrużiv.Jekk il-kondensat tal-fwar fih speċi korrużivi bħal kloruri jew fluworidi, l-unità tal-istainless steel tista 'tissaddad, filwaqt li l-unità PTFE hija reżistenti.
Servizz ta' fwar ta'-pressjoni baxxa.Fi pressjonijiet tal-fwar taħt il-5 bar u temperaturi taħt il-150 grad, il-limitazzjonijiet mekkaniċi tal-PTFE huma inqas severi, u l-unità PTFE tista 'tkun kompetittiva.
Servizz ta'-purità għolja.Jekk il-fluwidu tal-proċess huwa sensittiv għall-kontaminazzjoni minn joni tal-metall, l-unità PTFE hija l-aħjar għażla minħabba li ma jnixxix joni tal-metall.
Servizz ta 'tagħbija ta' sħana żgħira.Għal tagħbijiet ta 'sħana żgħar, l-erja tal-wiċċ akbar tal-unità PTFE hija inqas ta' restrizzjoni, u l-ispiża kapitali aktar baxxa tista 'tiffavorixxi PTFE.
Servizz ta' retrofit.Jekk l-iskambjatur tas-sħana eżistenti huwa unità PTFE u l-pressjoni tal-fwar tiżdied, l-unità PTFE xorta tista 'tkun adegwata jekk il-pressjoni tkun fil-limitu derated.
Modifiki tad-Disinn Li Jestendu l-Limitu tal-Pressjoni PTFE
Diversi modifiki tad-disinn jestendu l-limitu tal-pressjoni tal-iskambjaturi tas-sħana PTFE f'servizz tal-fwar bi pressjoni għolja-.
Dijametru iżgħar tat-tubu.Tubu ta 'dijametru iżgħar għandu stress taċ-ċrieki aktar baxx għall-istess pressjoni u ħxuna tal-ħajt. Tubu ta '3 mm jista' jiflaħ pressjoni ogħla minn tubu ta '6 mm bl-istess ħxuna tal-ħajt.
Ħajt eħxen tat-tubu.Ħajt eħxen inaqqas l-istress taċ-ċrieki iżda jżid ir-reżistenza termali. Il-ħxuna tal-ħajt għandha tkun ottimizzata għall-pressjoni speċifika u r-rekwiżiti tat-trasferiment tas-sħana.
Kostruzzjoni ta 'tubi rinfurzati.Tubu PTFE b'rinfurzar metalliku jew kompost jista 'jiflaħ pressjoni ogħla minn tubu mhux rinfurzat. It-tisħiħ jista 'jkun żagarella tal-wajer, wrap spirali, jew saff kompost.
Temperatura operattiva mnaqqsa.It-tnaqqis tat-temperatura tal-fwar inaqqas l-istress termali u jżid is-saħħa tal-materjal. Pressjoni tal-fwar aktar baxxa jew desuperheater jistgħu jnaqqsu t-temperatura.
Fluss tas-sħana mnaqqas.Fluss ta 'sħana aktar baxx inaqqas id-differenza fit-temperatura madwar il-ħajt u l-istress termali. Hija meħtieġa żona tal-wiċċ akbar, li żżid l-ispiża kapitali.
Folja ta 'tubu li jżomm f'wiċċ l-ilma.Folja ta 'tubu li jżomm f'wiċċ l-ilma tnaqqas l-istress assjali fuq it-tubi u l-folja tat-tubu, li ttejjeb it-trażżin tal-pressjoni.
Parametri ta' Speċifikazzjoni għal -Servizz ta' Fwar ta' Pressjoni Għolja
Inġiniera tat-tagħmir li jevalwaw l-iskambjaturi tas-sħana PTFE għal servizz tal-fwar bi pressjoni għolja-għandhom jikkonfermaw il-parametri li ġejjin mal-fornitur.
Pressjoni tal-fwar u temperatura.Speċifika l-pressjoni massima tal-fwar u t-temperatura saturata.
Temperatura tal-proċess.Speċifika t-temperatura tal-fluwidu tal-proċess u t-temperatura tal-avviċinament.
Dijametru tat-tubu u ħxuna tal-ħajt.Speċifika d-dijametru tat-tubu u l-ħxuna tal-ħajt ibbażati fuq ir-rekwiżiti tal-pressjoni u t-trasferiment tas-sħana.
Klassifikazzjoni tal-pressjoni.Speċifika l-klassifikazzjoni tal-pressjoni fit-temperatura operattiva, mhux f'temperatura tal-kamra.
Limitu tal-creep.Speċifika l-limitu ta' creep u l-istress massimu permissibbli għal servizz fit-tul-.
Stress termali.Speċifika l-kalkolu tal-istress termali u l-istress permissibbli.
Tisħiħ.Speċifika jekk it-tubu huwiex imsaħħaħ u t-tip ta 'rinforz.
Rekwiżit tal-ħajja tas-servizz.Speċifika l-ħajja tas-servizz mistennija u l-iskeda ta 'sostituzzjoni.
Tqabbil tad-Disinn tal-PTFE mal-Kundizzjonijiet tal-Fwar
Il-limitazzjonijiet tal-iskambjaturi tas-sħana PTFE f'servizz tal-fwar bi pressjoni għolja- huma trażżin tal-pressjoni, saħħa dipendenti fuq it-temperatura-, creep, u stress termali. Dawn il-limitazzjonijiet jistgħu jiġu ġestiti b'modifiki tad-disinn bħal dijametru ta 'tubu iżgħar, ħajt eħxen, rinfurzar, u fluss ta' sħana mnaqqas. Il-limitu prattiku għall-PTFE f'servizz tal-fwar bi pressjoni għolja -huwa bejn wieħed u ieħor 5 bar f'190 grad, li 'l fuq minnu d-disinn isir imprattikabbli jew l-ispiża kapitali ssir projbittiva.
Id-deċiżjoni tal-għażla għandha tkun ibbażata fuq analiżi speċifika tal-faċilità-li tinkorpora l-kundizzjonijiet tal-fwar, ir-rekwiżiti tal-proċess, l-ispiża kapitali, u l-ispiża tal-manutenzjoni. Mudell ta’ spreadsheet sempliċi b’dawn il-parametri jipprovdi l-informazzjoni meħtieġa biex tittieħed id-deċiżjoni.
Għal faċilitajiet ta' servizz tal-fwar bi pressjoni għolja-li jevalwaw l-għażliet tal-iskambjatur tas-sħana, l-għażla tal-materjal għandha tkun ibbażata fuq l-ispiża totali tal-pussess fuq il-ħajja tas-servizz mistennija, mhux biss l-ispiża kapitali jew il-prestazzjoni termali. Unità metallika bi spiża kapitali ogħla jista 'jkollha spiża tul il-ħajja aktar baxxa jekk tista' timmaniġġja l-kundizzjonijiet tal-fwar mingħajr derating.
L-inġiniera tat-tagħmir u l-ispeċjalisti tal-akkwist li jevalwaw l-ispeċifikazzjonijiet tal-iskambjatur tas-sħana PTFE għal-fwar bi pressjoni għolja jew servizz impenjattiv ieħor jistgħu jitolbu reviżjoni tad-disinn li tkopri pressjoni tal-fwar, temperatura tal-fwar, dijametru tat-tubu, ħxuna tal-ħajt, klassifikazzjoni tal-pressjoni, limitu ta’ creep, u stress termali biex jikkonfermaw li l-unità hija mqabbla mal-kundizzjonijiet attwali tal-fwar u r-rekwiżiti tal-proċess tal-faċilità.
