Den varierende nivåtilstanden
En kjemisk behandlingstank behandler partier som begynner med tanken 100 % full og slutter med den 70 % full etter hvert som løsningen forbrukes eller overføres. Væskenivået synker jevnt over en 4-timers syklus, deretter fylles tanken på nytt og syklusen gjentas. PTFE-varmeveksleren, installert nær tankbunnen, er helt nedsenket ved syklusstart og 30 % av rørlengden er utsatt for damprommet ved syklusenden.
De eksponerte rørene fører damp ved 143 grader mens de er omgitt av luft og prosessdamp i stedet for væske. Dette er delvis tørr-brann-ikke det fullstendige tapet av væske ved en katastrofal hendelse, men en kronisk, syklisk eksponering. Spørsmålet er om PTFE-varmeveksleren tåler denne tilstanden uten skade eller usikker drift.
PTFE-toleransen for damp-faseeksponering
PTFE tåler kontinuerlige driftstemperaturer opp til 260 grader. Damp ved 3 barg metter ved 143 grader. Et PTFE-rør som fører 143 graders damp og eksponert for luft, forblir godt under materialtemperaturgrensen. Rørveggen brytes ikke ned. Ingen kjemisk endring skjer. PTFE-en er trygg mot termisk skade i den dampeksponerte delen-.
Bekymringen er ikke selve PTFE, men støttesystemet. Hvis støtteplater eller avstandsstykker i den dampeksponerte sonen er laget av PVDF (bruksgrense ca. 150 grader), kan de mykne eller deformeres over gjentatte sykluser ved 143 grader. PTFE-støttekomponenter, vurdert for 260 grader, påvirkes ikke. Varmeveksleren må spesifiseres med alle komponenter i den potensielle dampsonen laget av PTFE, ikke PVDF eller andre polymerer med lavere-temperatur.
Toppkoblingene ved tankgjennomføringen, hvis de er plassert over maksimalt væskenivå, er også i dampsonen. Disse koblingene må være PTFE gjennomgående. Metalliske koblinger, hvis de brukes, må plasseres utvendig der de ikke utsettes for den korrosive tankatmosfæren.
| Driftstilstand | Effekt på PTFE varmeveksler |
|---|---|
| Rør utsatt for 143 graders damp i luft | Ingen skade (PTFE vurdert til 260 grader) |
| PTFE støtteplater i dampsone | Ingen skade (samme materialklassifisering som rør) |
| PVDF støtteplater i dampsone | Mulig forvrengning (PVDF-grense ~150 grader; marginal ved 143 grader) |
| Syklisk fukting og tørking | Ingen effekt (PTFE er hydrofob, ingen korrosjonsmekanisme) |
| Kondensering av prosessdamp på eksponerte rør | Ingen kjemisk angrep (PTFE kjemisk inert) |
| Termisk sykling (nedsenking til eksponering) | Ingen tretthet (viskoelastisk innkvartering) |
Varmeoverføring under delvis nedsenking
Den eksponerte rørseksjonen bidrar med ubetydelig varmeoverføring til prosessvæsken-den er omgitt av luft og damp, ikke væske. Den effektive varmeoverføringsoverflaten er kun den nedsenkede delen. Dampen i den eksponerte delen fortsetter å strømme, men den kondenserer først og fremst i den nedsenkede delen der varme fjernes.
Reduksjonen i effektivt overflateareal når væskenivået synker reduserer vekslerens totale varmeeffekt. Temperaturkontrollsystemet må kompensere-enten ved å øke damptrykket eller ved å akseptere en lavere oppvarmingshastighet. Veksleren må være dimensjonert for minimum nedsenket tilstand, med designvarmeeffekten levert når bare 70 % av rørlengden er nedsenket.
Overgangen mellom nedsenket og utsatt sone skaper en temperaturgradient langs rørveggen. Ved væskeoverflaten endres veggtemperaturen fra omtrent 55-65 grader (nedsenket) til nær 143 grader (eksponert) over en kort avstand. Denne gradienten skaper termisk spenning i rørveggen. PTFE imøtekommer dette stresset gjennom viskoelastisk avslapning. Ingen skade samler seg over gjentatte sykluser.
Tørr-brannbeskyttelseskravet
Selv om PTFE tåler delvis dampeksponering, bør fullstendig tørr-ild-damp uten væske i tanken- forhindres. Det er ikke sikkert at de synlige samlerørene og de eksterne rørforbindelsene er klassifisert for kontinuerlig tørrdrift. En forrigling på lavt-nivå bør stenge av damptilførselen hvis væskenivået faller under et minimumssettpunkt, vanligvis 150 mm over bunnen av rørbunten. Dette gir en sikkerhetsmargin mot fullstendig væsketap.
Sammendrag
En PTFE-varmeveksler kan fungere trygt i en tank med 30 % væskenivåsvingninger under normal produksjon, forutsatt at alle komponentene i den dampeksponerte sonen er laget av PTFE (ikke PVDF) og veksleren er dimensjonert for minimum nedsenket tilstand. PTFE tåler 143 graders damptemperatur i luft uten nedbrytning. Syklisk fukting og tørking har ingen kjemisk eller mekanisk effekt. En forrigling på lavt-nivå anbefales for å forhindre fullstendig tørr-brann.
Teknisk støtte for PTFE-varmevekslerspesifikasjoner i tanker med variabelt-nivå er tilgjengelig ved innsending av minimums- og maksimumsvæskenivåer, damptrykk, tankatmosfæresammensetning og prosesstemperaturkrav.
