Spørsmålet om trykkvurdering
Et resirkulerende surt kobberbeleggsystem pumper elektrolytt gjennom et eksternt PTFE-skall-og-rørvarmeveksler ved et systemtrykk på 3 bar. Pumpen kan deadhead ved 5,5 bar. Dampsiden opererer på 4 barg. Spørsmålet fra prosessingeniøren: hva er det maksimale sikre arbeidstrykket for PTFE-rørene, og er dette systemet innenfor grensene?
Trykkklassifiseringer for PTFE-slanger er ikke enkelttall. De avhenger av temperatur, veggtykkelse, rørdiameter og om trykket er jevnt eller syklisk. En vurdering som er gyldig ved 25 grader er ikke gyldig ved 80 grader. En klassifisering for statisk trykk gjelder kanskje ikke for pulserende strøm fra en fortrengningspumpe.
Sprengtrykk vs. arbeidstrykk
Produsenter publiserer sprengningstrykkdata for PTFE-slanger ved romtemperatur. Sprengtrykk er det indre trykket som forårsaker umiddelbar katastrofal svikt. Arbeidstrykket er en brøkdel av sprengningstrykket, og inkluderer sikkerhetsfaktorer for temperaturreduksjon, syklisk tretthet og langvarig-kryping.
For 8 mm OD × 1 mm vegg PTFE-rør ved 25 grader, er typisk sprengningstrykk 40-50 bar. Anbefalt arbeidstrykk med standard 3:1 sikkerhetsfaktor er 13-16 bar ved romtemperatur. Dette virker godt for et 3 bar system.
Temperaturen endrer bildet. Ved 80 grader reduseres PTFE-strekkstyrken til omtrent 60 % av romtemperaturverdien. Sprengningstrykket faller proporsjonalt til 24-30 bar. Arbeidstrykk med 3:1 sikkerhetsfaktor blir 8-10 bar.
Ved 120 grader er strekkstyrken omtrent 40 % av omgivelsene. Sprengtrykket faller til 16-20 bar. Arbeidstrykket blir 5-7 bar. Et 4 barg dampsystem ved 143 grader presser nærmere denne grensen.
Tabell 1: PTFE-rørtrykkvurderinger vs. temperatur (8 mm OD × 1 mm vegg)
| Driftstemperatur (grad) | Ca. Sprengtrykk (bar) | Anbefalt arbeidstrykk (bar, 3:1 SF) | Egnet damptrykk (barg) |
|---|---|---|---|
| 25 | 45 | 15 | Opptil 10 |
| 60 | 34 | 11 | Opptil 6 |
| 80 | 27 | 9 | Opptil 5 |
| 100 | 22 | 7 | Opptil 4 |
| 120 | 18 | 6 | Opptil 3 |
| 140 | 15 | 5 | Opptil 2 |
Verdier for virgin PTFE-rør. Faktiske vurderinger avhenger av spesifikk harpikskvalitet og produksjonskvalitet. Reduksjonsfaktorer basert på publiserte PTFE-mekaniske egenskaper vs. temperaturkurver.
Betraktninger om syklisk trykk
Resirkulerende systemer med fortrengningspumper genererer trykkpulsasjoner. Hver pulsering er en miniatyr tretthetssyklus. PTFE har utmerket motstand mot bøyningsutmatting, men pulserende indre trykk skaper bøylespenningssykluser som skiller seg fra bøyetrøtthet.
For systemer med betydelig trykkpulsering er en ekstra sikkerhetsfaktor på 1,5-2,0 på arbeidstrykk forsvarlig. Et 3 bar system med ±1 bar pulsering bør evalueres mot utmattelsesreduksjon, ikke bare statiske trykkgrenser.
Fleksible PTFE-spoler i resirkulasjonssløyfen opplever også eksternt trykk fra den pumpede væsken. Rørveggen ser differensialtrykk mellom inne og ute. Under oppstart og avstenging av pumpen kan trykktransienter kort overskride stabile-verdier. Maksimalt anbefalt arbeidstrykk bør tilpasses disse transientene uten å nærme seg utmattelsesgrensen.
Systemdesign trykkgrenser
Det sure kobberresirkuleringssystemet beskrevet-3 bar drift, 5,5 bar deadhead, 4 barg damp-krever kontroll av begge sider av PTFE-rørveggen.
På prosesssiden er maksimalt trykk 5,5 bar ved pumpens dødhode. PTFE-røret ved 80 graders prosesstemperatur (surt kobber opererer typisk ved 25-35 grader, men lokal oppvarming nær dampinntaket kan nå høyere) har et arbeidstrykk på 9 bar. Maksimum på 5,5 bar er innenfor grensene.
På dampsiden presser 4 barg ved 152 graders metningstemperatur PTFE-rørets veggtemperatur nær 140 grader. Arbeidstrykket ved denne temperaturen er ca. 5 bar. Damptrykket på 4 barg er innenfor grensene, men med redusert sikkerhetsmargin.
Den konservative anbefalingen: reduser damptrykket til 3 barg der arbeidstrykkmarginen er mer behagelig, eller spesifiser 1,2 mm veggrør for økt trykkklassifisering ved forhøyet temperatur.
Sammendrag
Maksimalt anbefalt arbeidstrykk for fleksible PTFE varmevekslere avhenger av temperatur, veggtykkelse og om trykket er jevnt eller syklisk. Romtemperaturklassifiseringer er misvisende for oppvarmet service. Ved 120-140 grader faller arbeidstrykket til 5-6 bar for 1 mm veggrør.
Resirkulerende syrekobbersystemer opererer vanligvis innenfor PTFE-trykkgrenser, men valg av damptrykk må ta hensyn til temperaturreduksjon. Pulserende strøm fra fortrengningspumper garanterer ytterligere sikkerhetsmargin.
Teknisk analyse for PTFE-varmevekslertrykkklassifisering under spesifikke systemforhold er tilgjengelig ved innsending av driftstemperaturer, prosess- og varmemedietrykk, pumpetype, rørspesifikasjoner og eventuelle trykktransientdata.
