Áp suất giảm trên bộ trao đổi PTFE thay đổi như thế nào theo thời gian do nhiễu loạn?

Một bộ trao đổi nhiệt đã cung cấp mức giảm áp suất tương tự một cách đáng tin cậy trong nhiều năm cuối cùng có thể bắt đầu có số đọc chênh lệch cao hơn một chút. Các ống thường xuyên không bị tắc do bụi bẩn hoặc nhiễm hóa chất. Thay vào đó, hình dạng của các ống PTFE đã thay đổi nhẹ nhàng theo thời gian. Lỗ khoan gần khớp nối của ống ống co lại dần dần giống như một-van đóng chậm vì PTFE là vật liệu đàn hồi nhớt và bị biến dạng khi chịu áp lực cơ học kéo dài.

Sự thay đổi kích thước nhỏ này hiếm khi gây ấn tượng mạnh nhưng nó có thể gây ra những ảnh hưởng về mặt thủy lực có thể phát hiện được trong thời gian sử dụng lâu dài. Trong các bộ trao đổi nhiệt dạng ống PTFE được sử dụng trong các quy trình hóa học ăn mòn, hiện tượng này là một phần có thể dự đoán được của quá trình lão hóa cơ học lâu dài- chứ không phải là một dạng hư hỏng không lường trước được.

Thiết kế máy bơm và bộ trao đổi nhiệt đáng tin cậy đòi hỏi sự hiểu biết về mối liên hệ giữa hiệu suất của hệ thống thủy lực và sự thay đổi độ giảm áp suất của bộ trao đổi nhiệt PTFE theo thời gian.

Hiểu về PTFE Creep
PTFE phản ứng khác với kim loại dưới tải trọng liên tục. Vật liệu dần dần biến dạng theo thời gian thay vì giữ ổn định kích thước dưới sức căng liên tục.

Thói quen này được gọi là leo.

Điều gì gây ra leo?
Sự rão xảy ra khi các chuỗi polymer dần dần sắp xếp lại dưới áp lực hoặc sức căng cơ học kéo dài. Không giống như biến dạng đàn hồi biến mất ngay lập tức khi loại bỏ lực, từ biến phát triển đều đặn sau hàng nghìn giờ hoạt động.

Trong các bộ trao đổi nhiệt PTFE, ứng suất nén duy trì lớn nhất thường thấy ở nơi các ống đi qua cụm mâm ống.

Các ống đang chuyển động chậm-.

Vòng đai, vòng nén hoặc hệ thống đệm tạo áp suất không đổi tại các điểm này để tạo thành lớp bịt kín không thể xuyên thủng giữa ống và mâm ống. Theo thời gian, vật liệu thành PTFE sẽ chảy chậm dưới tải trọng này.

Hạn chế về lỗ khoan ống phát triển như thế nào
Biến dạng cục bộ ở tấm ống
Khu vực xung quanh mối nối bị nén là nơi tập trung quá trình rão nhiều nhất.

Một phần nhỏ của thành ống dần dần đùn vào trong dòng chảy khi PTFE biến dạng. Điều này làm giảm đường kính trong hiệu dụng của ống tại điểm nối.

Ngay cả việc giảm lỗ khoan một chút cũng làm tăng sức cản dòng chảy, mặc dù sự thay đổi kích thước thường là tối thiểu.

Hạn chế hoạt động tương tự như một điểm tiết lưu được lắp đặt cố định trong mỗi ống.

Hậu quả thủy lực dài hạn-
Độ giảm áp suất bên ống-tăng dần khi đường kính trong giảm.

Sự gia tăng này nói chung là:

Chậm

Vĩnh viễn

Có thể dự đoán được

Không thể phục hồi

Không giống như sự tắc nghẽn gây ra bởi cặn hoặc cặn, giới hạn này không thể được loại bỏ về mặt cơ học hoặc hóa học vì nó bắt nguồn từ sự biến dạng vật lý của vật liệu.

Hiện tượng này là không thể đảo ngược.

Tại sao tác động thường là tối thiểu
Trong hầu hết các bộ trao đổi PTFE được thiết kế tốt-, mức giảm áp suất tăng lên tương đối nhỏ.

Mức tăng-dài hạn điển hình có thể chỉ lên tới vài phần trăm trong vài năm hoạt động. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, hiệu quả sẽ rõ ràng hơn:

Chiều dài ống dài

Vận tốc dòng chảy cao

Đường kính ống nhỏ

Nhiệt độ hoạt động cao

Hệ thống-áp suất cao

Ứng suất nén lên các tấm ống kín

Ngay cả việc giảm lỗ khoan nhỏ trong các hệ thống này cũng có thể dẫn đến thiệt hại thủy lực có thể định lượng được.

Do đó, thay vì được xử lý như một vấn đề vận hành không lường trước được, sự thay đổi độ giảm áp suất của bộ trao đổi PTFE theo thời gian giảm dần thường được tính đến từ giai đoạn thiết kế thủy lực ban đầu.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ rão
Nhiệt độ cao hơn làm tăng tốc độ biến dạng
Hành vi leo của PTFE bị ảnh hưởng rất lớn bởi:

mức độ căng thẳng

Nhiệt độ

Thời gian dưới tải

Quá trình rão được tăng tốc nhờ sự gia tăng đáng kể độ linh động của phân tử ở nhiệt độ cao.

Ở 100 độ, hiện tượng rão tiến triển nhanh hơn đáng kể so với nhiệt độ môi trường.

Sự phụ thuộc vào nhiệt độ này đặc biệt có liên quan trong các bộ trao đổi xử lý hóa học xử lý các dòng axit, kiềm hoặc dung môi nóng.

Một hệ thống hoạt động liên tục ở nhiệt độ cao có thể nhận thấy hầu hết sự thay đổi về chiều dài-trong vài năm sử dụng đầu tiên.

Bão hòa và giảm căng thẳng
Hiệu ứng leo không tiếp tục mở rộng vĩnh viễn với tốc độ như cũ.

Khi PTFE biến dạng, ứng suất bên trong giảm dần. Sự thay đổi kích thước dần dần chậm lại theo thời gian do ứng suất giảm, làm giảm tốc độ rão.

Cuối cùng, hệ thống đạt đến trạng thái gần như ổn định trong đó biến dạng tiếp theo trở nên không đáng kể.

Hiện tượng này thường được định nghĩa là bão hòa leo.

Cân nhắc thiết kế thủy lực
Cho phép ký quỹ trong kích thước máy bơm
Việc tăng áp suất liên quan đến đường rò thường có thể được giải quyết trong quá trình thiết kế hệ thống ban đầu vì chúng có thể dự đoán được.

Khi chọn bơm tuần hoàn cho hệ thống trao đổi PTFE, người ta thường tính đến một bộ đệm áp suất bổ sung nhỏ.

Khoản trợ cấp thiết kế này giúp đảm bảo rằng tốc độ dòng chảy quy định vẫn có thể duy trì được ngay cả sau nhiều năm hoạt động.

Nếu không có khoảng trống này, lực cản thủy lực có thể tăng dần và gây ra tình trạng giảm dòng chảy-trong thời gian dài.

Theo dõi xu hướng áp lực
Việc giám sát chênh lệch áp suất trên bộ trao đổi nhiệt cung cấp thông tin chi tiết quan trọng về hiệu suất hệ thống lâu dài-.

Mức tăng ổn định, đều đặn trong vài năm có thể gợi ý hạn chế liên quan đến rão{0}}tự nhiên hơn là ô nhiễm hoặc tắc nghẽn.

Phân tích xu hướng giúp phân biệt giữa:

Lão hóa cơ học dần dần

Sự cố tắc nghẽn đột ngột

Sự xuống cấp của máy bơm

Điều kiện tắc nghẽn một phần

Hiểu được sự khác biệt này sẽ loại bỏ các hoạt động làm sạch hoặc tháo gỡ không cần thiết.

Giảm độ rão tại mối nối tấm ống
Tăng diện tích chịu lực
Ứng suất truyền tới PTFE có thể được giảm thiểu bằng cách phân phối lực nén trên bề mặt tiếp xúc lớn hơn.

Vòng đai có vùng chịu lực lớn hơn làm giảm ứng suất nén cục bộ và giảm xu hướng dòng vật liệu hướng vào trong.

Tốc độ leo được giảm trực tiếp do ít căng thẳng hơn.

Sử dụng hệ thống đệm kín có tải-lò xo
Các giải pháp bịt kín tuân thủ hoặc chịu tải bằng lò xo giúp duy trì lực bịt kín đồng thời hạn chế lực nén cứng quá mức.

So với các giải pháp kẹp hoàn toàn cứng nhắc, các hệ thống này có khả năng xử lý các thay đổi kích thước lũy tiến tốt hơn.

Lợi ích bao gồm:

Giảm nồng độ căng thẳng cục bộ

Tăng cường độ ổn định của con dấu

Giảm biến dạng lỗ khoan dài hạn-

Thích ứng tốt hơn với chu trình nhiệt

Sự co thắt ống dài hạn thường ít nghiêm trọng hơn bằng các phương pháp bịt kín mềm hơn.

So sánh PTFE với ống trao đổi kim loại
Các ống trao đổi kim loại thường có độ rão thấp ở nhiệt độ quá trình hóa học thông thường. PTFE hoạt động khác biệt do cấu trúc polyme của nó.

Tuy nhiên, PTFE mang lại những ưu điểm mà kim loại không thể dễ dàng sánh bằng:

Độ trơ hóa học vượt trội

Đề kháng với axit mạnh

Bề mặt không-gây ô nhiễm

Khả năng chống ăn mòn vượt trội

Sự cân bằng-là PTFE có cấu hình lão hóa cơ học phức tạp hơn.

Nhà thiết kế phải tính đến cả khả năng tương thích hóa học và hoạt động cơ học lâu dài-.

Ý nghĩa hoạt động qua nhiều thập kỷ phục vụ
-Các bộ trao đổi nhiệt PTFE được thiết kế tốt thường vẫn hoạt động trong nhiều thập kỷ trong các tình huống ăn mòn nghiêm trọng khi hệ thống kim loại sẽ sớm bị hỏng.

Hiếm khi áp lực tăng chậm do leo thang gây ra một hạn chế tai hại. Đúng hơn, nó hoạt động như một sự thay đổi dần dần, có thể kiểm soát được về hiệu suất thủy lực theo thời gian.

Rất lâu sau khi quá trình ổn định từ biến diễn ra, bộ trao đổi nhiệt trong nhiều hệ thống vẫn đáp ứng được yêu cầu của quy trình.

Điều kiện then chốt chỉ đơn giản là thiết kế hệ thống ban đầu thấy trước được hậu quả.

Tóm lại
Trong thời gian làm việc kéo dài, độ rão của PTFE, một quá trình lão hóa cơ học được công nhận và kiểm soát được, có thể làm tăng dần tổn thất áp suất của bộ trao đổi nhiệt. Lực nén liên tục tại mối nối của tấm ống làm biến dạng từ từ thành ống PTFE vào trong, làm giảm nhẹ đường kính lỗ khoan của ống và tạo ra sự gia tăng vĩnh viễn lực cản thủy lực.

Mặc dù ảnh hưởng thường rất nhỏ nhưng mối quan hệ giữa sự thay đổi độ giảm áp suất của bộ trao đổi PTFE theo thời gian biến dạng cần được xem xét trong quá trình thiết kế thủy lực ban đầu, đặc biệt là trong các ứng dụng-nhiệt độ cao hoặc ống{1} dài. Định cỡ máy bơm phù hợp, tăng các vòng đệm-khu vực ổ trục và hệ thống đệm kín-lò xo giúp giảm thiểu những thay đổi về hiệu suất-dài hạn và duy trì tốc độ dòng chảy thiết kế trong suốt nhiều thập kỷ sử dụng.

Ngay cả những vật liệu trơ nhất về mặt hóa học cuối cùng cũng có tuổi thọ cơ học bị ảnh hưởng bởi áp lực, nhiệt độ và thời gian.