Làm thế nào để chọn thiết kế khe co giãn chính xác cho vỏ trao đổi PTFE dạng ống cố định?

Bộ trao đổi nhiệt PTFE dạng ống-cố định đơn giản về mặt cơ học và thường hấp dẫn về mặt kinh tế, nhưng thiết kế này có xung đột nhiệt cơ bản. Các ống PTFE giãn nở mạnh khi nhiệt độ tăng cao, nhưng lớp vỏ thép xung quanh giãn nở rất ít. Nếu chuyển động bị hạn chế, sự không khớp có thể gây ra ứng suất dọc trục rất lớn. Một số bộ phận của bộ trao đổi nhiệt phải uốn cong để hấp thụ sự giãn nở vi sai này. Câu trả lời là một khớp nối giãn nở ống thổi bằng kim loại được hàn vào vỏ - một đoạn giống như đàn accordion{6}}linh hoạt, có thể giãn nở và co lại khi bó ống PTFE tỏa nhiệt trong khi vận hành.

Cụm ống thổi là bộ phận cơ khí quan trọng nhất trong toàn bộ hệ thống trao đổi nhiệt đối với bất kỳ lựa chọn bộ trao đổi PTFE dạng ống cố định có khe co giãn nào.

Tại sao cần có khe co giãn trên bộ trao đổi PTFE
Sự giãn nở nhiệt cực độ của PTFE
Hệ số giãn nở nhiệt của PTFE cao hơn nhiều so với thép cacbon hoặc thép không gỉ. Các ống PTFE có thể giãn nở gấp nhiều lần độ lớn của cấu trúc vỏ xung quanh chúng khi có sự thay đổi về nhiệt độ hoạt động.

Nếu không có hệ thống bồi thường linh hoạt, các vấn đề quan trọng có thể phát sinh:

Biến dạng trong tấm ống

Vỡ ống

Lực dọc trục quá mức

Nứt vỏ

Mỏi hàn

Lỗi rò rỉ

Khe co giãn là vùng chuyển động được kiểm soát và không cho phép tập trung ứng suất nhiệt trong thân bộ trao đổi.

Ống thổi như một ranh giới áp suất linh hoạt
Ống thổi là lá phổi kim loại của bộ trao đổi nhiệt, hít vào và thở ra theo từng chu kỳ nhiệt nhưng vẫn duy trì tính toàn vẹn của rào cản áp suất. Miễn là có độ linh hoạt thích hợp, bó ống PTFE có thể giãn nở và co lại một cách tự nhiên mà không-làm căng vỏ quá mức.

Khả năng thích ứng này cần phải được thiết kế có chủ ý, thay vì bắt chước các thiết bị đường ống thông thường.

Tiêu chí thiết kế chính để lựa chọn khe co giãn
Hành trình hoàn toàn trên trục
Thông số quan trọng nhất trong việc xác định kích thước khe co giãn là khả năng di chuyển theo chiều dọc. Các hộp xếp phải đáp ứng một cách an toàn tổng độ giãn nở nhiệt ước tính do các ống PTFE gây ra trên toàn bộ phạm vi nhiệt độ hoạt động.

Tính toán thiết kế điển hình có tính đến:

Chiều dài của ống

Hệ số giãn nở nhiệt của PTFE

Chênh lệch nhiệt độ khởi động

Co lại khi tắt máy

Tình huống khó xử trong quá trình

Nhiệt độ thiết kế tối đa (MDT)

Hành trình quá ngắn có thể khiến ống thổi bị kéo căng quá mức hoặc gây ra hỏng hóc do mỏi do nén.

Tại sao chúng tôi thích loại hộp xếp-có tường đơn-dày
Yêu cầu về khả năng chịu áp lực
Đối với bộ trao đổi PTFE dạng ống-cố định, ống xếp chịu áp suất vỏ bên trong nhưng cũng có khả năng chuyển động. Các ống xếp mỏng, nhiều{2}}thường được sử dụng trong hệ thống đường ống áp suất thấp có thể không đủ chắc chắn cho mục đích này.

Vì lý do này, các thiết kế ống xếp-tường đơn{1}}dày thường được áp dụng.

Lợi ích bao gồm:

Tăng sức mạnh kết cấu

Ngăn chặn áp lực tốt hơn

Tăng trợ cấp ăn mòn

Xử lý khả năng chống hư hỏng tốt hơn

Độ nhạy cảm thấp hơn để tách lớp

Cụm ống thổi không chỉ là một đầu nối linh hoạt. Nó là một phần của bình chịu áp lực đồng thời chịu tải nhiệt, áp suất và độ mỏi.

Lựa chọn vật liệu ống thổi
Tại sao inox 316L lại được ưa chuộng đến vậy
Vật liệu phổ biến nhất cho hộp xếp vỏ trao đổi nhiệt là thép không gỉ 316L vì nó có sự kết hợp của:

Khả năng chống ăn mòn

Kỹ năng hàn

Đặc điểm mỏi

sẵn có:

Độ uốn cơ học

Khi đó, khả năng chống ăn mòn trong khí quyển là yếu tố quan trọng vì các ống xếp thường nằm ở phía vỏ bên ngoài thay vì tiếp xúc trực tiếp với quá trình hóa học mạnh mẽ.

Nguy cơ ăn mòn bên ngoài
Môi trường thực vật nơi đặt ống thổi có thể khiến chúng tiếp xúc với:

Khói axit

muối{0}}độ ẩm cao

Rửa sạch hóa chất

* Quy trình tràn

Ô nhiễm clorua

Đặc biệt, dấu vết clorua rất có hại vì chúng có thể gây ra vết nứt do ăn mòn ứng suất bên ngoài của ống xếp bằng thép không gỉ dưới ứng suất kéo.

Vì vậy, quá trình lựa chọn vật liệu cần phải xem xét cả quá trình làm việc và mức độ tiếp xúc với môi trường xung quanh việc lắp đặt bộ trao đổi nhiệt.

Thiết kế cuộc sống mệt mỏi và sự kết hợp
Vai trò của hình học tích chập
Các nếp gấp là các nếp gấp được nén và giãn ra theo chuyển động của nhiệt để tạo ra sự linh hoạt của ống thổi.

Thiết kế phải bao gồm:

Số lượng cuộn xoắn

Chiều cao chập

Hình dạng sân

Độ dày của tường

Hằng số lò xo dọc trục

Quá ít vòng xoắn có thể gây ra quá nhiều độ cứng và quá nhiều vòng xoắn có thể gây ra khả năng chịu áp lực và khả năng chống mỏi kém hơn.

Vấn đề đạp xe nhiệt
Bộ trao đổi trải qua nhiều lần khởi động, tắt máy hoặc điều kiện xử lý hàng loạt phải chịu chu kỳ nhiệt độ lặp đi lặp lại gây ra biến dạng theo chu kỳ đối với vật liệu ống xếp.

Đối với các ứng dụng có chu kỳ- cao, cần phải có thiết kế ống thổi chống mỏi.

Các biện pháp kỹ thuật khác có thể bao gồm:

Hình dạng tích chập được tối ưu hóa

Giảm vùng tập trung ứng suất

Cải thiện kiểm soát chất lượng mối hàn

Hạn chế di chuyển

Các phần của vòng cổ gia cố

Sự phá hủy do mỏi thường xảy ra dần dần do sự hình thành vết nứt ở các rễ chập bị ứng suất nghiêm trọng.

Tuân thủ các tiêu chuẩn EJMA và ASME
Tiêu chí thiết kế EJMA
Các khe co giãn trong vỏ bộ trao đổi giữ áp phải được thiết kế phù hợp với các tiêu chí do Hiệp hội các nhà sản xuất khe co giãn (EJMA) quy định.

Phương pháp tiếp cận EJMA đưa ra các gợi ý liên quan đến:

Tính toán ứng suất

Phân tích độ mỏi

Đánh giá áp suất

Hạn chế di chuyển

Dự đoán lực lò xo

Dự đoán vòng đời

ASME Phụ lục 26
Trong các ứng dụng bình chịu áp lực, Phụ lục 26 của ASME cũng có thể hướng dẫn thiết kế ống xếp và đánh giá ứng suất cho phép.

Việc sử dụng các quy chuẩn thiết kế đã được thiết lập giúp đảm bảo rằng khe co giãn được coi là bộ phận chịu áp được thiết kế hoàn chỉnh chứ không phải là một hạng mục phụ kiện.

Bảo vệ ống thổi khỏi hư hỏng cơ học
Tầm quan trọng của tấm che bên ngoài
Hư hỏng cơ học bên ngoài đối với các vòng xoắn của ống thổi do dụng cụ, việc đi lại bằng chân, vật rơi hoặc công việc bảo trì có thể gây ra tổn thương.

Do đó, nhóm ống thổi phải được lắp một tấm che bảo vệ bên ngoài.

Tấm vải liệm bảo vệ chống lại:

Thiệt hại do va chạm

Biến dạng ngẫu nhiên

Tích tụ mảnh vụn

Tiếp xúc với thời tiết

Liên hệ nhân sự.

Bảo vệ vật lý là rất quan trọng để có độ tin cậy lâu dài vì vết lõm hoặc biến dạng nhỏ có thể làm giảm đáng kể tuổi thọ mỏi.

Tại sao Tắt-Các khớp nối mở rộng kệ không hoạt động
Yêu cầu kỹ thuật được tùy chỉnh
Bộ trao đổi PTFE dạng ống-cố định dẫn đến các điều kiện tải rất đặc biệt của:

Độ dịch chuyển nhiệt cao

Áp lực "

Tải theo chu kỳ

Tiếp xúc với môi trường ăn mòn

Rung cơ học

Các khớp nối giãn nở đường ống có sẵn-- hiếm khi được sử dụng đầy đủ vì chúng không nhằm mục đích đáp ứng các yêu cầu về chuyển động và áp suất kết hợp của dịch vụ trao đổi PTFE.

Thay vào đó, mỗi cụm ống thổi phải được chế tạo để phù hợp với hình dạng hình học của bộ trao đổi nhiệt và các điều kiện vận hành.

Bản tóm tắt
Khe co giãn là liên kết linh hoạt được chế tạo khéo léo giúp khắc phục vấn đề nan giải về ứng suất nhiệt cơ bản bằng bộ trao đổi nhiệt PTFE dạng ống-cố định. Các ống thổi bù đắp một cách an toàn sự chênh lệch nhiệt độ lớn giữa các ống PTFE và vỏ thép xung quanh và ngăn chặn tải trọng cơ học gây hư hại lên bộ trao đổi trong khi vẫn duy trì tính toàn vẹn của áp suất.

Việc lựa chọn một bộ trao đổi nhiệt PTFE dạng ống cố định có khe co giãn có kích thước phù hợp là kết quả của việc xem xét cẩn thận khả năng di chuyển dọc trục, độ dày thành, hình học tích chập, khả năng chống mỏi, chống ăn mòn và tuân thủ các tiêu chuẩn thiết kế EJMA hoặc ASME. Điều quan trọng không kém đối với tuổi thọ sử dụng lâu dài-là khả năng bảo vệ bên ngoài thích hợp và khả năng tương thích với môi trường.

Một trong những cỗ máy đáng tin cậy nhất trong kỹ thuật thiết bị nhiệt thường là cỗ máy được thiết kế để điều chỉnh chuyển động bên trong của chính nó một cách uyển chuyển, thay vì chống lại nó một cách cứng nhắc.