Discovery av deformert rør
Under en rutinemessig årlig inspeksjon trekker vedlikeholdspersonell ut en PTFE-varmeveksler fra et 150 graders konsentrert syrebad. Flere rør mellom støtteplater viser synlig henging. Ett rør har utviklet en knekk nær en støtteklemme. Spolen varmes fortsatt opp, men deformasjonen er progressiv-hvert år nedhenget øker.
PTFE ved forhøyet temperatur er ikke et stivt materiale. Den mykner, kryper under vedvarende belastning og utvider seg betydelig. Uten riktig støtteavstand gir kombinasjonen av egen-vekt, termisk ekspansjon og damptrykk permanent deformasjon. De deformerte rørene mister sin utformede avstand, noe som skaper strømningsbegrensninger og potensielle kontaktpunkter der vibrasjoner kan forårsake gnagsår.
Krypemekanismen ved forhøyet temperatur
Kryp er tids-avhengig deformasjon under konstant belastning. For PTFE ved temperaturer over 100 grader blir kryp målbart under påkjenninger godt under den kortsiktige-flytegrensen. Et horisontalt PTFE-rør støttet kun i endene opplever bøyebelastning fra sin egen vekt. I løpet av måneder ved 140 grader, gir dette stresset gradvis slapphet.
Krypehastigheten øker eksponentielt med temperaturen. Ved 80 grader er kryping ubetydelig for riktig støttede rør. Ved 120 grader blir kryp en designbetraktning. Ved 150 grader og over dominerer kryp den mekaniske utformingen-støtteavstanden må være nær nok til å begrense bøyespenningen til nivåer som gir akseptabel krypning over designens levetid.
Termisk ekspansjon forsterker problemet. PTFE ekspanderer omtrent 0,12 mm per meter per grad Celsius, omtrent ti ganger mer enn stål. Et 2-meters rør oppvarmet fra 25 grader til 140 grader vokser med nesten 28 mm. Hvis støtter begrenser denne utvidelsen, oppstår kompressiv knekking. Røret bøyer seg sideveis mellom støtter, og skaper permanent sidedeformasjon.
Tabell 1: Anbefalt PTFE-rørstøtteavstand vs. temperatur (10 mm OD × 1 mm vegg, horisontal orientering)
| Driftstemperatur (grad) | Maks støtteavstand - fortsatt væske (mm) | Maks støtteavstand - omrørt bad (mm) | Primær bekymring |
|---|---|---|---|
| 60 | 600 | 500 | Styring av termisk ekspansjon |
| 80 | 500 | 400 | Beskjeden kryp, utvidelse |
| 100 | 400 | 300 | Kryp blir betydelig |
| 120 | 300 | 250 | Kryp dominerer design |
| 140 | 250 | 200 | Kryp- og knekkrisiko |
| 160 | 200 | 150 | Maksimal forsiktighet kreves |
Avstander beregnet for å begrense mid-spennavbøyning til mindre enn 3 mm og bøyespenning under 0,5 MPa ved temperatur. Omrørte bad krever tettere avstand på grunn av hydrodynamisk belastning fra løsningens bevegelse.
Støtte designprinsipper
Støtteplater for PTFE-rør må tillate aksial bevegelse og samtidig forhindre sideforskyvning. Slissede føringer laget av solid PTFE eller PVDF tjener dette formålet. Røret glir fritt gjennom spalten under termisk ekspansjon og sammentrekning, men spalteveggene forhindrer henging eller bøying på siden.
Spalten bør være litt overdimensjonert-0,5 til 1,0 mm større enn rørets ytre diameter - for å forhindre binding samtidig som sidestøtten opprettholdes. Trange spor begrenser termisk bevegelse, og konverterer støtten til en begrensning som induserer knekking. For løse slisser lar røret vibrere under omrøring, noe som forårsaker tretthet ved støttekontaktpunktet.
Endefester krever spesiell forsiktighet. Rør-til-toppkoblingen er vanligvis en kompresjonstilpasning. Røret må være fritt for å utvide seg mellom samlerøret og den første støtten. Avstanden fra topplisten til den første støtten bør være halvparten av den normale støtteavstanden for å begrense bøyestress under ekspansjon.
Hensyn til vertikal orientering
Vertikale rør opplever kryp annerledes enn horisontale rør. Egen-vekt produserer strekkspenning i stedet for bøyespenning. Strekkkryp forårsaker forlengelse og tynning av vegger i stedet for å henge. Støtteavstand for vertikale rør adresserer knekkmotstand og vibrasjonskontroll i stedet for egenvektsavbøyning.
Vertikale PTFE-rør mellom samlerør bør støttes sideveis med intervaller som ikke overskrider avstanden for horisontale rør ved samme temperatur. Støttene forhindrer at Euler knekker seg under kompressive termiske belastninger og begrenser vibrasjonsamplitude fra væskestrøm.
Sammendrag
Deformasjon av PTFE-varmevekslerrør ved høye temperaturer skyldes kryp under egen-vekt og knekking fra begrenset termisk ekspansjon. Riktig støtteavstand begrenser bøyespenning til nivåer som gir akseptabel kryp over utstyrets levetid.
Støtteavstanden reduseres når driftstemperaturen øker, fra 600 mm ved 60 grader til 200 mm ved 160 grader for 10 mm OD-rør. Slissede styrestøtter tillater fri aksial termisk bevegelse samtidig som den forhindrer sideforskyvning. Overskriften-til-første-støtteavstand krever halvert avstand for å håndtere ekspansjonsbelastning.
Teknisk analyse for PTFE-rørstøtteavstand under spesifikke driftsforhold er tilgjengelig ved innsending av rørdiameter, veggtykkelse, orientering, driftstemperatur, væskeomrøringsintensitet og designkrav til levetid.
