Termiline gradient, mis areneb käivitamise ajal
Keemilise töötlemise seade käivitab PTFE-soojusvaheti, avades auruklapi ja lastes aurul kesta voolata. Aur siseneb 120 kraadi juures, soojusvaheti ja protsessivedelik on aga 25 kraadi juures. Temperatuuride erinevus auru sisselaskeava juures on 95 kraadi.
Aur soojendab kõigepealt kesta ja toru lehte sisselaskeava otsas. Toru leht paisub kuumenedes, kuid torud ja toru leht väljalaskeava otsas on endiselt külmad. Kuuma sisselaskeotsa ja külma väljalaskeotsa vaheline diferentsiaalne paisumine tekitab torukimbus paindemomendi ja nihkepinge torude -to{3}} lehtede ühenduskohtades.
Termiline gradient areneb ka läbi toru seina paksuse. Toruseina aurupool soojeneb kiiremini kui protsessi pool ja temperatuuride erinevus üle seina tekitab termilise pinge. 0,8 mm seina ja 0,1 mm²/s termilise difusiooniga PTFE toru puhul on seina termilise tasakaalu saavutamiseks kuluv aeg ligikaudu 6 sekundit. Kiire käivitamine, mis muudab aurutemperatuuri sellest tasakaaluajast kiiremini, tekitab üle seina temperatuurigradienti, mis suurendab termilist pinget.
Miks on rambikiirus oluline?
Kaldtee kiirus määrab termiliste gradientide suuruse ja sellest tuleneva pinge. Aeglane ramp võimaldab temperatuuri ühtlustada torukimbu ja toru seina vahel, mis vähendab kaldeid ja pinget. Kiire kaldtee tekitab suuri kaldeid ja suure pinge.
Kiirest kaldteest tulenev pinge võib ületada PTFE voolavuspiiri, eriti toru{0}}--torude lehtede ühendustes, kus pingekontsentratsioon on kõrgeim. Pinge võib ületada ka PTFE väsimuspiiri, mis tähendab, et korduvad käivitamised kiire rambiga võivad põhjustada kumulatiivseid kahjustusi ja võimalikke rikkeid.
Kaldteekiiruse efekt on PTFE puhul eriti oluline, kuna materjalil on madal soojusjuhtivus ja kõrge soojuspaisumistegur. Madal juhtivus tähendab, et temperatuur ühtlustub aeglaselt ja kõrge paisumiskoefitsient tähendab, et antud temperatuurierinevus tekitab suure paisumise. Kombinatsioon muudab PTFE termilise šoki suhtes tundlikumaks kui metallist soojusvaheti materjalid.
Torusid kaitsev tõusukiirus
Ohutu rambi kiirus sõltub käivitamise temperatuurivahemikust ja soojusvaheti konstruktsioonist. Tüüpilise PTFE-soojusvaheti puhul, millel on 0,8 mm seina ja fikseeritud toruleht, on ohutu rambikiirus umbes 1–2 kraadi minutis keskkonnatemperatuurist 120 kraadini. Ujuva toruplekiga soojusvaheti puhul võib ohutu rambikiirus olla suurem, ligikaudu 2–3 kraadi minutis, kuna ujuvtoru leht mahutab diferentsiaalpaisumise.
Kaldtee kiirust tuleks juhtida auruklapi avanemiskiiruse järgi. Aeglaselt-avanev ventiil või soojenemise{2}}möödaviik võimaldab auruvoolul järk-järgult suureneda, mis piirab temperatuuri tõusu kiirust. Kiiresti-avanev ventiil põhjustab kiire temperatuuri tõusu ja kõrge termilise gradiendi.
Jahutus{0}}perioodil tuleks ka rambikiirust kontrollida. Kiire -jahtumine, näiteks auruventiili järsk sulgemine või külma vee sisselaskmine, loob samad termilised gradiendid vastupidiselt. Ohutu jahtumise-määr on tavaliselt sama, mis ohutu soojendamise-määr.
Toruseina paksuse mõju
Toru seina paksus mõjutab käivitamise ajal soojusgradienti üle seina. Õhemal seinal on antud rambikiiruse korral väiksem soojustakistus ja väiksem temperatuurigradient. Paksemal seinal on suurem soojustakistus ja suurem temperatuurigradient.
0,5 mm seina puhul on termiline gradient tõusukiirusel 2 kraadi minutis ligikaudu 15 kraadi. 1,0 mm seina puhul on kalle ligikaudu 30 kraadi. Paksemal seinal on suurem termiline pinge ja madalam ohutu rambimäär.
Seina paksuse mõju ohutule rambikiirusele on märkimisväärne. 0,5 mm seinaga soojusvaheti talub rambikiirust, mis on ligikaudu kaks korda suurem kui 1,0 mm seinaga soojusvaheti rambikiirus.
Torulehtede disaini mõju
Torulehe konstruktsioon mõjutab pinget toru{0}}--toru lehtede ühendustes käivitamise ajal. Fikseeritud toruleht piirab torude aksiaalset laienemist, mis tekitab torudes survepinge ja torulehes paindepinge. Ujuv toruleht võimaldab torudel vabalt laieneda, mis vähendab pinget.
Fikseeritud torulehe puhul on ohutu rambikiirus ligikaudu 1–2 kraadi minutis. Ujuva torulehe puhul on ohutu rambikiirus ligikaudu 2–3 kraadi minutis. Ujuvtoru leht on eelistatud disain sagedase käivitamise korral.
Erinevate konfiguratsioonide rambikiiruste võrdlemine
Järgmine tabel võtab kokku ohutu rambi kiiruse ja eeldatava tsükli eluea erinevate PTFE-soojusvaheti konfiguratsioonide jaoks, kui käivitustemperatuur on 25-120 kraadi.
| Seadistamine | Toru seina paksus | Toru lehtede disain | Ohutu rambikiirus | Ohutu kiirusega termiline gradient | Eeldatav tsükli eluiga |
|---|---|---|---|---|---|
| Standardne fikseeritud toruleht | 0,8 mm | Parandatud | 1,0 kraadi /min | 20 kraadi | 500-800 tsüklit |
| Standardne fikseeritud toruleht | 0,5 mm | Parandatud | 1,5 kraadi /min | 15 kraadi | 800–1200 tsüklit |
| Ujuv toru leht | 0,8 mm | Ujuv | 2,0 kraadi /min | 20 kraadi | 1500–2500 tsüklit |
| Ujuv toru leht | 0,5 mm | Ujuv | 3,0 kraadi /min | 15 kraadi | 2500–4000 tsüklit |
| Ujuv toruleht paisumisvuugiga | 0,8 mm | Ujuv | 3,0 kraadi /min | 20 kraadi | 2000–3500 tsüklit |
| Ujuv toruleht aeglaselt{0}}avatava ventiiliga | 0,8 mm | Ujuv | 2,0 kraadi /min | 20 kraadi | 2000–3000 tsüklit |
Eeldatavad tsükli eluea väärtused eeldavad, et üks kord päevas käivitatakse toatemperatuurilt töötemperatuurile ja jahutatakse{0}}üks kord päevas. Tsükli eluiga on pikem aeglasema rambi kiiruse ja ujuvtoru lehtede puhul.
Disainifunktsioonid, mis suurendavad ohutut tõusukiirust
Mitmed disainifunktsioonid suurendavad ohutut rambikiirust ja vähendavad termilise šoki riski.
Ujuv toru leht.Ujuv toruleht võimaldab torudel vabalt laieneda, mis vähendab pinget torude -to{1}}torude lehtede ühendustes.
Õhem torusein.Õhem sein vähendab termilist gradienti ja termilist pinget.
Paisumisvuugid kestas.Korpuses olev lõõtsa paisumisvuuk võimaldab kestal paisuda torudest sõltumatult, mis vähendab diferentsiaalset paisumispinget.
Aeglaselt{0}}avanev auruklapp.Aeglaselt{0}}avanev ventiil piirab auruvoolu ja temperatuuri tõusu kiirust.
Soojenduseks ümbersõit-.Möödaviik võimaldab väikese auruvooluga soojendada soojusvahetit järk-järgult enne peamise auruklapi avamist.
Temperatuuri jälgimine.Temperatuuriandurid soojusvaheti sisse- ja väljalaskeava juures võimaldavad jälgida ja juhtida rambi kiirust.
Kasutustavad, mis kaitsevad torusid
Lisaks disainifunktsioonidele võivad kasutustavad kaitsta torusid termilise šoki eest.
Kontrollitud käivitusprotseduur.Kirjalik käivitusprotseduur, mis määrab ära rambikiiruse ja klapi avanemisjärjestuse, tagab, et operaatorid järgivad ohutut käivitamist.
Järk-järguline auruklapi avamine.Auruklapi järkjärguline avamine 15–30 minuti jooksul võimaldab temperatuuril tõusta kontrollitud kiirusega.
Soojenduse{0}}möödasõit.Soojendus-möödaviigu kasutamine väikese auruvoolu juhtimiseks enne peaklapi avamist vähendab esialgset temperatuurierinevust.
Jaheda{0}}juhtimine.Kui lasete soojusvahetil pärast seiskamist järk-järgult jahtuda, selle asemel, et auruventiili äkiliselt sulgeda või külma vett sisse lasta, vähendab termiline gradient.
Soojustsüklite loendamine.Käivituste arvu ja rambikiiruse jälgimine annab aluse tööea prognoosimiseks ja hoolduse planeerimiseks.
Termošokikaitse spetsifikatsiooniparameetrid
Seadmeinsenerid, kes määravad PTFE-soojusvaheti hoolduseks sagedase käivitamise korral, peaksid tarnijaga kinnitama järgmised parameetrid.
Käivitussagedus.Määrake eeldatav käivitamiste arv päevas või aastas.
Temperatuurivahemik.Määrake käivitamise ja jahtumise -temperatuurivahemik.
Ramp kiirus.Määrake toru seina paksuse ja toru lehe konstruktsiooni põhjal nõutav rambikiirus.
Toru seina paksus.Määrake toru seina paksus. Õhem sein võimaldab suuremat rambikiirust.
Toru lehtede disain.Määrake ujuvtoru leht hoolduseks sagedase käivitamise korral.
Paisumisvuugid.Määrake, kas kestas on paisumisvuugid.
Auruventiili tüüp.Määrake soojendamiseks aeglaselt{0}}avanev ventiil või möödaviigu paigutus.
Temperatuuri jälgimine.Määrake temperatuuriandurid ja seiremeetod rambikiiruse jälgimiseks.
Soojusvaheti disainiga rambikiiruse sobivus
Käivitusramp määrab PTFE soojusvaheti termilised gradiendid ja pinge käivitamise ajal. Aeglane ramp võimaldab temperatuuri ühtlustada ja vähendab stressi. Kiire kaldtee tekitab suuri kaldeid ja suuri pingeid, mis võivad ületada PTFE tugevuse ja põhjustada enneaegset riket.
Ohutu rambi kiirus sõltub toru seina paksusest ja torulehe konstruktsioonist. 0,8 mm seinaga standardse fikseeritud torupleki puhul on ohutu rambikiirus ligikaudu 1–2 kraadi minutis. 0,5 mm seinaga ujuvtorulehe puhul võib ohutu rambikiirus olla 3 kraadi minutis või rohkem.
Rajatiste puhul, mis hindavad PTFE-soojusvaheti valikuid sagedase käivitamise korral, tuleks kaldteemäär hankedokumentides täpsustada ja seda kontrollida kasutuselevõtul. Tootja pakutav vaikekonfiguratsioon ei pruugi sisaldada suuremat rambikiirust võimaldavaid disainifunktsioone ja sellest tulenev termiline šokk võib põhjustada enneaegse rikke.
Seadmeinsenerid ja hankespetsialistid, kes hindavad PTFE-soojusvaheti spetsifikatsioone sagedase käivitamise või suure termilise tsükliga hoolduse jaoks, võivad taotleda projekti ülevaatamist, mis hõlmab käivitamise sagedust, temperatuurivahemikku, rambikiirust, toru seina paksust, torulehe konstruktsiooni ja paisumisvuuke, et veenduda, et seade vastab rajatise tegelikule töötsüklile ja termilise šoki nõuetele.
