Steami katkestuse stsenaarium
Keemilise reaktori küttesüsteem kaotab katla väljalülitumise tõttu auru rõhu. Reaktor sisaldab protsessivedelikku 120 kraadi juures. Soojusvaheti, hetk varem 143-kraadise auru sisetemperatuuri juures, hakkab jahtuma, kui reaktori vedelik eraldab soojust. Jahutus on kiire-aururuum, mis on nüüd rõhu all, võib tõmmata ümbritsevat õhku, mis kiirendab jahtumist. 15-20 minuti jooksul jõuab soojusvaheti reaktori vedeliku temperatuurini 120 kraadi. Kui aur taastub 45 minuti pärast, soojendatakse soojusvaheti kiiresti uuesti.
See planeerimata termiline tsükkel -143 kraadist 120 kraadini ja alla tunniga tagasi-on termilise šoki standardite kohaselt suhteliselt kerge mööduv. Kuid teatud materjalide puhul põhjustab selliste siirdesündmuste korduv kuhjumine tehase tööaastate jooksul progresseeruvat kahju.
Emailitud (klaasiga{0}}vooderdatud) teras ja PTFE reageerivad nendele siirdemõjudele põhimõtteliselt erinevate mehhanismide kaudu. Klaasvooder, rabe keraamika, mis on sulatatud plastilise terasest aluspinnaga, tekitab iga termilise tsükliga klaasi-terase liidese pinget. PTFE, homogeenne viskoelastne polümeer, talub termilist pinget molekulaarse lõdvestuse kaudu ilma liidese pinget akumuleerimata.
Klaasist{0}}Terase termilise mittevastavuse mehhanism
Klaa 2-5× erinevus tähendab, et mis tahes temperatuurimuutuse ajal teras paisub või tõmbub kokku rohkem kui klaas. Klaasi-terase liidesel tekib nihkepinge.
Normaalsete ja aeglaste temperatuurimuutuste korral-kontrollitud kuumenemine-üles ja jahtumine- 2-3 kraadi minutis – pinge jääb allapoole klaasi purunemisläve. Klaasvooder on ümbritseva õhu temperatuuril survepinge all (projekti järgi, tootmisprotsessist tulenev), mis tagab tõmbekahjustuse kaitse.
Kiire aurukatkestuse ajal on temperatuurimuutus kiirem kui kavandatud. Teras tõmbub kokku kiiremini, kui klaas suudab oma piiratud elastsuse tõttu vastu võtta. Klaasi surveline eelpinge-leevendub osaliselt. Järgmisel kuumutamisel paisub teras kiiremini kui klaas, mis võib klaasi pingestada. Selle pinge ümberpööramise korduvad tsüklid tekitavad mikro{5}}pragusid olemasolevate klaasidefektide-mullide, lisandite või hooldusest tekkinud pinnakriimustuste korral.
| Termilise väsimuse parameeter | Emailitud (klaasist{0}}vooderdatud) teras | PTFE |
|---|---|---|
| Materjali struktuur | Habras klaas plastilisel terasel | Homogeenne viskoelastne polümeer |
| Soojuspaisumise mittevastavus | Jah (klaas 3-6, teras 12-15 × 10⁻⁶/kraad) | N/A (homogeenne) |
| Stress kiire jahutamise ajal | Liidese lõikamine; klaas võib pingesse minna | Puudub (viskoelastne lõõgastus) |
| Pragude tekkekohad | Olemasolevad klaasidefektid | Puudub (defekte pole) |
| Pragude levik | rabe; kord alustatud, kasvab iga tsükliga | Ei ole kohaldatav (teeninduspingete korral pragude mehhanism puudub) |
| Rikkerežiim | Klaasi lõhenemine; terasest kokkupuude; korrosioon | Järk-järguline roomav hõrenemine |
| Ohutu termotsüklid enne kahjustusi | 500-2000 (sõltub defektist) | >100 000 (ei kogune) |
| Kahjustuse ülevaatus | Vajalik sädemete katsetamine | Ultraheli paksuse mõõtmine |
PTFE majutusmehhanism
PTFE reageerib temperatuurimuutustele viskoelastse deformatsiooni kaudu. Polümeerahelad, millel on kõrge molekulaarne liikuvus klaasistumistasemest kõrgematel temperatuuridel, reorganiseeritakse termilise pingega kohanemiseks. Liidestele ei kogune pingeid, kuna liideseid pole,{2}}materjal on homogeenne. Pragusid ei teki, kuna deformatsioon on üleminekuga seotud deformatsioonikiirusel alla materjali elastsuspiiri.
Aurukatkestuse stsenaariumi 23-kraadine temperatuurimuutus (143 kraadist 120 kraadini) tekitab PTFE-s ligikaudu 0,28% termilise pinge (120 × 10-⁶/kraadi × 23 kraadi). See deformatsioon on nendel temperatuuridel suurusjärgu võrra madalam PTFE elastsuse piirist 2–3%. Materjal reageerib elastselt, täieliku taastumisega, kui temperatuur normaliseerub.
Korduvad aurukatkestustsüklid ei kogu PTFE-s kahjustusi. Iga tsükkel on iseseisev sündmus, mis jätab materjali muutumatuks. 15–20 sellist sündmust, mida tüüpiline keemiatehas võib kümne aasta jooksul kogeda, on palju alla vastupidavuse piiri.
Hoolduse ja ülevaatuse erinevus
Klaa Aurukatkestuse sündmus võib tekitada mikro-pragusid, mida sädemete testimisel ei saa tuvastada kohe pärast sündmust, kuid mis levivad järgmiste nädalate ja kuude jooksul. Kahju ei pruugita avastada enne järgmist plaanitud ülevaatust-või kuni leke ilmneb.
PTFE vajab roomamise hõrenemise jälgimiseks ultraheli paksuse mõõtmist. Mõõtmine on kiire, kvantitatiivne ja termilise ülemineku ajalugu ei mõjuta. Avastamiseks pole varjatud kahjustusi.
Kokkuvõte
PTFE soojusvahetid on põhimõtteliselt vastupidavamad kui emailitud teras termilisele väsimusele, mis tekib auru katkemise ja kiire jahutuse tõttu. Homogeenne viskoelastne polümeer talub termilist pinget ilma pinge kogunemiseta, samal ajal kui klaasvoodriga{1}}teras tekitab liidese nihkepinget, mis võib tekitada ja levitada pragusid klaasidefektide korral. PTFE välistab sädemete testimise vajaduse ja vooderdise avastamata kahjustuse ohu, mis võib viia teraskesta korrosioonini.
Tehniline tugi PTFE ja emailitud terase materjalide valimiseks termilise tsükliga teenuses on saadaval normaalsete ja häiritud temperatuurivahemike, tsükli sageduse, protsessikeemia ja kehtivate seadmete kontrollimise dokumentide esitamisel.
