The Thinning at the Bend
Vedlikeholdspersonell fjerner en PTFE-varmeveksler etter fem års bruk. Ultralydtykkelsesmåling avslører at rørveggene er innenfor spesifikasjonene på rette seksjoner, og måler 0,95-1,00 mm mot en original 1,00 mm. Ved bøyningene måler den ytre veggtykkelsen imidlertid 0,70-0,75 mm - en reduksjon på 25-30 %. Benden er det livsbegrensende stedet.
Veggfortynning ved bøyninger er en forutsigbar konsekvens av bøyeprosessen kombinert med lang-kryping ved forhøyet temperatur. Under bøying strekker den ytre veggen av røret seg for å romme den lengre buelengden rundt utsiden av bøyningen. Veggen tynnes for å spare volum. Ved driftstemperatur under internt damptrykk, kryper den tynne ytterveggen raskere enn de tykkere rette seksjonene, og reduserer tykkelsen ytterligere over tid.
Bøyeradiusen bestemmer den innledende tynningen. Strammere bøyninger gir større tynning. Spesifisering av en minste bøyeradius under design forhindrer overdreven innledende tynning og begrenser den påfølgende krypehastigheten til akseptable nivåer over levetiden.
Bøyebelastningen og tynningsforholdet
Når et rett rør bøyes, overskrider den ytre buelengden den indre buelengden. Materialet på utsiden av bøyningen må strekke seg; materialet på innsiden komprimeres. Tøyningen på den ytre overflaten er ε=r / R, der r er rørets ytre radius og R er bøyens senterlinjeradius.
Veggtykkelsen etter bøyning, forutsatt konstant volumdeformasjon, er omtrent t_bent=t_original / (1 + ε). For et 10 mm OD-rør (r=5mm) bøyd til en radius R=150mm, er den ytre fibertøyningen 5/150=3.33%. Veggtykkelsen ved den ytre bøyningen reduseres til omtrent 0,968 mm fra 1 000 mm-en reduksjon på 3,2 %.
For en tettere bøy ved R=100mm er tøyningen 5/100=5 %. Veggen tynnes til 0,952 mm-en 4,8 % reduksjon.
Ved driftstemperatur under internt trykk er krypehastigheten i den tynne delen høyere enn i den rette delen med full-tykkelse. Tynningen akselererer over tid. Den første 3-5 % tynningen fra bøying kan bli 15-30 % tynning etter flere års bruk.
Tabell 1: Bøyeradius og veggfortynning for PTFE varmevekslerrør (10 mm OD × 1 mm vegg)
| Bøy senterlinjeradius (mm) | Radius-til-diameterforhold (F/D) | Ytre fiberstamme (%) | Innledende veggtykkelse ved bøy (mm) | Estimert 5-års vegg ved 143 grader (mm) | Egnethet |
|---|---|---|---|---|---|
| 250 (anbefalt minimum) | 25 | 2.0 | 0.980 | 0.90-0.94 | Utmerket (10+ års levetid) |
| 200 | 20 | 2.5 | 0.975 | 0.85-0.90 | God |
| 150 | 15 | 3.33 | 0.968 | 0.78-0.85 | Akseptabelt med inspeksjon |
| 120 | 12 | 4.17 | 0.960 | 0.70-0.80 | Marginal (reduser damptrykket) |
| 100 | 10 | 5.0 | 0.952 | 0.60-0.72 | Anbefales ikke for dampservice |
| 75 | 7.5 | 6.67 | 0.938 | < 0.60 (high failure risk) | Ikke akseptabelt |
Ovaliseringstillegget
Bøyning tynner ikke bare ytterveggen, men ovaliserer også rørtverrsnittet.- Røret blir lett elliptisk ved bøyningen, med den lille aksen i bøyningens plan. Ovaliteten konsentrerer bøylespenningen fra indre trykk ved punktene med maksimal krumning, og akselererer krypningen ytterligere.
Et rør bøyd til anbefalt minimumsradius på 25D opprettholder ovaliteten under 5 %. Strammere bøyninger gir større ovalitet. De kombinerte effektene av tynning av vegger, ovalitet og spenningskonsentrasjon gjør bøyningen til det kritiske stedet for bestemmelse av levetiden.
Spesifikasjoner for forebyggende design
Det primære forebyggende tiltaket er å spesifisere en minste bøyeradius på 25 ganger rørets ytre diameter-den samme radiusen som anbefales for å forhindre knekk. Denne radien begrenser innledende tynning til 2 % og sikrer at ovaliteten forblir under 5 %.
Bends bør inspiseres etter fabrikasjon ved hjelp av en go/no-go-måler og ultralydtykkelsesmåling. Minimum veggtykkelse ved bøyens ytre radius bør dokumenteres som utgangspunkt for fremtidig sammenligning.
Under service bør bøyninger inkluderes i programmet for måling av ultralydtykkelse. Bend som viser veggtykkelse under 0,75 mm for 1,0 mm nominell vegg bør planlegges for utskifting.
Sammendrag
Lokalisert veggfortynning ved bøyninger i PTFE-varmevekslerrøret er et resultat av strekking av ytterveggen under bøyning, forsterket av akselerert kryp ved den fortynnede delen under driftstemperatur og trykk. Minste anbefalte bøyeradius på 25 ganger rørdiameter begrenser innledende tynning til 2 % og gir akseptabel krypeytelse på lang sikt.
Strammere bend gir proporsjonalt større tynning og redusert levetid. Etter-fabrikasjon og i-bruk ultralydtykkelsesmåling ved bøyninger gir kvantitative data for erstatningsbeslutninger.
Tekniske spesifikasjoner for bøying og inspeksjon av PTFE-rør er tilgjengelige ved innsending av rørdimensjoner, bøyeradier, driftstemperatur og trykk og nødvendig levetid.
