معضلة التدخل المناسب
يجب أن يمسك أنبوب PTFE الذي يتم إدخاله في فتحة صفيحة الأنبوب ويتم تأمينه عن طريق التمدد بجدار الثقب بإحكام كافٍ للإغلاق ضد ضغط البخار الداخلي، ولكن ليس بإحكام شديد بحيث يتجاوز إجهاد الطوق في الأنبوب الموسع عتبة التشقق الناتج عن إجهاد المادة. يتم قياس الفرق بين القبضة الكافية والتداخل الضار بعشر المليمتر.
يمثل PTFE تحديًا خاصًا لوصلات الأنابيب-إلى-صفائح الأنابيب لأن المادة الباردة-تتدفق تحت ضغط مستمر. إن تركيب التداخل الذي يبدو محكمًا وخاليًا من التسرب-عند التثبيت قد يسترخي على مدار أسابيع في درجة حرارة التشغيل حيث يزحف PTFE بعيدًا عن ضغط التلامس. يبدأ المفصل بالتسرب. هناك إغراء يتمثل في زيادة التداخل الأولي للسماح بالاسترخاء-ولكن هذا يؤدي إلى خطر حدوث تصدع فوري للإجهاد نتيجة للتوسع الزائد-.
الحد الأقصى للتداخل المسموح به هو درجة الحجم الكبير للقطر الذي يضغط على PTFE إلى أقل بقليل من حد تكسير الإجهاد عند الحد الأقصى لدرجة حرارة التشغيل المتوقعة.
آلية تكسير الإجهاد
يحدث تكسير إجهاد PTFE عندما تتعرض المادة لإجهاد شد يتجاوز حوالي 2-3٪ عند درجة حرارة مرتفعة. تفتح السلالة فراغات مجهرية بين المجالات البلورية. وتنمو هذه الفراغات بمرور الوقت تحت ضغط مستمر، وتتجمع في نهاية المطاف لتشكل شقوقًا مرئية.
في وصلة تمدد صفائح الأنبوب-إلى-الأنبوب، يكون الضغط الأساسي عبارة عن إجهاد طوقي في جدار الأنبوب عند القسم الموسع. يتم فرض معرف الأنبوب على قطر أكبر (أداة توسيع أو فتحة ورقة الأنبوب مع ملحق). تمتد الألياف الخارجية لجدار الأنبوب. سلالة الطوق هي: ε=(Dexpanded - Doriginal) / Doriginal.
بالنسبة لأنابيب PTFE OD مقاس 10 مم الموسعة إلى فتحة ورقة أنبوب معرف مقاس 10.8 مم، يكون التمدد القطري 0.8 مم. سلالة الطوق هي 0.8/10=8%. وهذا يتجاوز بكثير الحد الآمن بنسبة 2-3% وسيؤدي إلى تشقق الأنبوب - إن لم يكن على الفور، ففي غضون أسابيع عند درجة حرارة التشغيل.
الجدول 1: الحد الأقصى المسموح به للتداخل الملائم لأنبوب PTFE - إلى - وصلات صفائح الأنبوب
| أنبوب أود (مم) | جدار الأنبوب (مم) | معرف ثقب ورقة الأنبوب (مم) | التداخل القطرى (مم) | سلالة هوب (٪) | خطر الكراك الإجهاد | الخدمة الموصى بها |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 8 | 1.0 | 8.0 (تخليص صفر) | 0 | 0 | لا أحد | يحتاج إلى ختم ثانوي |
| 8 | 1.0 | 8.1 | 0.1 | 1.25 | لا أحد | ضغط منخفض- (< 2 barg) |
| 8 | 1.0 | 8.2 | 0.2 | 2.5 | منخفض (الحد الأقصى للخدمة المستمرة) | الخدمات العامة (حتى 4 بارات) |
| 8 | 1.0 | 8.3 | 0.3 | 3.75 | معتدل (غير مستحسن) | غير مستحسن |
| 10 | 1.0 | 10.0 | 0 | 0 | لا أحد | يحتاج إلى ختم ثانوي |
| 10 | 1.0 | 10.15 | 0.15 | 1.5 | لا أحد | ضغط منخفض-. |
| 10 | 1.0 | 10.25 | 0.25 | 2.5 | منخفض (الحد الأقصى للخدمة المستمرة) | الخدمات العامة (حتى 4 بارات) |
| 12 | 1.2 | 12.3 | 0.3 | 2.5 | منخفض (الحد الأقصى للخدمة المستمرة) | خدمة عامة |
متطلبات الختم الثانوي
نظرًا لأن الحد الأقصى للتداخل الآمن لـ PTFE يقتصر على 2.5% تقريبًا من إجهاد الطوق، فإن قوة الإمساك من التمدد وحده تكون متواضعة. وفي درجة حرارة التشغيل، يؤدي استرخاء الزحف إلى تقليل هذه القوة بشكل أكبر. يلزم توفر آلية إغلاق ثانوية لضمان إحكام موثوق به للتسرب على المدى الطويل--.
الختم الثانوي الأكثر شيوعًا هو تركيب الضغط: يمر الأنبوب عبر لوح الأنبوب، ويقوم الجوز بضغط حلقة PTFE على القطر الخارجي للأنبوب. الطويق يوفر الختم. توفر ورقة الأنبوب التثبيت الميكانيكي. يتم بعد ذلك ضبط التداخل بين فتحة صفائح الأنبوب والأنبوب على الصفر (ملاءمة الخلوص) أو الحد الأدنى، مما يزيل خطر التشقق الناتج عن الإجهاد تمامًا.
تشتمل موانع التسرب الثانوية البديلة على نهايات أنبوبية متوهجة توضع مقابل وجه صفيحة الأنبوب المخروطي، وسدادات حلقية -في الأخاديد داخل فتحة صفيحة الأنبوب. كلا النهجين يفصلان وظيفة الختم عن وظيفة توسيع الأنبوب.
تأثير الدراجات الحرارية
تضيف كل دورة حرارية من درجة الحرارة المحيطة إلى درجة حرارة التشغيل دورة إجهاد إلى قسم الأنبوب الموسع. يتمدد أنبوب PTFE بشكل قطري أكثر من صفيحة الأنبوب (إذا كانت الصفيحة معدنية أو بوليمر مختلف)، مما يؤدي إلى تغيير توافق التداخل. قد يصبح المفصل الذي يكون خاليًا عند درجة حرارة الغرفة ملائمًا للتداخل عند درجة الحرارة، أو العكس.
يجب أن يستوعب تصميم المفصل هذا التغير الدوري في الأبعاد دون تجاوز حد الانفعال بنسبة 2.5% في أي نقطة في الدورة الحرارية. بالنسبة لأنابيب PTFE في صفائح أنابيب PTFE، فإن المواد تتمدد بنفس المعدل، ويكون التداخل مستقرًا. بالنسبة لأنابيب PTFE المصنوعة من المعدن أو صفائح PVDF، يجب حساب التمدد التفاضلي.
ملخص
الحد الأقصى المسموح به للتداخل القطرى لأنبوب PTFE -إلى-وصلات صفائح الأنبوب هو 2.5% من قطر الأنبوب، وهو ما يقابل حوالي 0.2 مم للأنابيب ذات القطر الخارجي 8 مم و0.25 مم للأنابيب ذات القطر الخارجي 10 مم. يمنع هذا الحد تشقق الإجهاد الناتج عن إجهاد الطوق المفرط عند درجة حرارة مرتفعة.
يتطلب الختم الموثوق به آلية ثانوية-حلقة ضغط، أو وصلة متوهجة، أو-حلقة دائرية-لأن التداخل المحدود لا يوفر سوى قوة إمساك متواضعة ترتخي بشكل أكبر مع مرور الوقت عند درجة الحرارة. يجب أن يستوعب تصميم الوصلة التمدد الحراري التفاضلي إذا كان الأنبوب وصفائح الأنبوب من مواد مختلفة.
تتوفر المواصفات الهندسية لتصميم وصلات صفائح الأنبوب من -إلى-أنبوب PTFE عند تقديم أبعاد الأنبوب، ومواد صفائح الأنبوب وسمكها، ودرجة حرارة التشغيل والضغط، ومدة الخدمة المطلوبة.
