معضلة التخليص
يتمدد أنبوب PTFE الموجود في ملف غمر مسخن بالبخار بمقدار 1.6 مم تقريبًا لكل متر من الطول عند تسخينه من 25 درجة إلى 140 درجة. إذا كان الأنبوب مقيدًا بإحكام في فتحة لوحة الدعم، فسيتم حظر هذا التوسع. يتم ربط الأنبوب بين الدعامات. إذا كانت الفتحة فضفاضة للغاية، فإن الأنبوب يهتز تحت تأثير الاهتزاز-ويؤدي الاهتزاز الناتج إلى تآكل جدار الأنبوب عند نقطة اتصال الدعم.
يعد قطر فتحة لوحة الدعم بالنسبة إلى القطر الخارجي للأنبوب معلمة تصميم بسيطة مخادعة ذات عواقب ميكانيكية معقدة. ضيق جدًا، ويتراكم الضغط الحراري. فضفاض جدًا، ويتسارع التآكل الاهتزازي. يستوعب الخلوص الأمثل التمدد الحراري دون عوائق مع الحد من سعة الحركة المستحثة بالاهتزاز -.
بالنسبة للمبادلات الحرارية PTFE، يختلف الخلوص الأمثل عن القيم القياسية المستخدمة للمبادلات المعدنية لأن PTFE لديه معامل أعلى للتمدد الحراري ومعامل مرونة أقل. ما يصلح للفولاذ المقاوم للصدأ أو التيتانيوم لا يصلح للبوليمرات الفلورية.
متطلبات إزالة التمدد الحراري
يجب أن يتجاوز الحد الأدنى لقطر الثقب القطر الخارجي للأنبوب عند درجة حرارة التشغيل القصوى. يتوسع الأنبوب شعاعيًا ومحوريًا عند تسخينه.
يبلغ التمدد الشعاعي لأنبوب PTFE OD 10 مم الذي يتم تسخينه من 25 درجة إلى 140 درجة حوالي 0.14 مم. يجب أن يكون قطر الثقب على الأقل هو القطر الخارجي للأنبوب الساخن بالإضافة إلى الخلوص المنزلق لمنع الارتباط.
ويمثل الخلوص المنزلق تفاوتات التصنيع في كل من القطر الخارجي للأنبوب ومعرف الثقب، بالإضافة إلى أي اختلال في المحاذاة بين لوحات الدعم. بالنسبة إلى PTFE، يعالج البدل الإضافي معامل التمدد الحراري العالي للمادة مقارنة بمادة لوحة الدعم. إذا كانت لوحة الدعم هي أيضًا PTFE، فإن الثقب يتوسع بنفس معدل الأنبوب، ويظل الخلوص ثابتًا. إذا كانت لوحة الدعم PVDF أو معدنية ذات معامل تمدد مختلف، فإن الخلوص يتغير مع درجة الحرارة.
الجدول 1: الخلوص الموصى به للوحة الدعم لأنابيب المبادل الحراري PTFE
| أنبوب أود (مم) | مادة لوحة الدعم | قطر الثقب الموصى به (مم) | الخلوص القطري (مم) | التخليص كنسبة مئوية من أنبوب OD | ملاحظات التطبيق |
|---|---|---|---|---|---|
| 8 | بتف | 8.8-9.0 | 0.8-1.0 | 10-12.5% | معيار للحمامات الثابتة أو المضطربة بشكل معتدل |
| 10 | بتف | 10.8-11.0 | 0.8-1.0 | 8-10% | الغرض العام |
| 12 | بتف | 13.0-13.2 | 1.0-1.2 | 8-10% | قطر أكبر؛ صلابة أعلى |
| 10 | PVDF | 11.2-11.5 | 1.2-1.5 | 12-15% | يتمدد PVDF بدرجة أقل من PTFE؛ يزداد التخليص عند درجة الحرارة |
| 10 | المعدن (مع غلاف PTFE) | 11.5-12.0 (معرف الكم) | 1.5-2.0 | 15-20% | دعم معدني توفر جلبة PTFE سطحًا منخفض الاحتكاك |
| 10 (الخدمة المهتاجة) | بتف | 10.8-11.0 | 0.8-1.0 | 8-10% | نفس التخليص ولكن تقليل تباعد الدعم |
تجارة الملابس الاهتزازية-متوقفة
تسمح الخلوصات الأكثر مرونة بحركة أنبوب أكبر داخل فتحة الدعم. في ظل الاهتزاز الناتج عن التحريض-، يتأرجح الأنبوب ويلامس حافة الثقب مع كل دورة. يؤدي التلامس المتكرر إلى تآكل المادة من كل من الأنبوب ولوحة الدعم-وهي عملية تسمى التنقيط.
يعتمد معدل التآكل المزعج على قوة التلامس وسعة الانزلاق وزوج المواد. PTFE-على-التقليق PTFE حميد نسبيًا لأن كلا السطحين من نفس المادة ومعامل الاحتكاك المنخفض يحد من الإجهاد العرضي. ومع ذلك، على مدار سنوات من التحريض المستمر، حتى PTFE-على -تآكل PTFE يمكن أن يؤدي إلى ترقق الجدار بشكل قابل للقياس عند نقاط الدعم.
يتم التحكم في سعة الاهتزاز من خلال الامتداد غير المدعوم بين لوحات الدعم، وليس من خلال خلوص الثقب. يؤدي تباعد الدعم الأقرب إلى تقليل السعة بشكل أكثر فعالية من تشديد الخلوصات. يتمثل النهج الموصى به في الحفاظ على خلوص التمدد الحراري وتقليل تباعد الدعم إذا كان الاهتزاز مثيرًا للقلق، بدلاً من تشديد الخلوص للحد من الحركة على حساب الارتباط الحراري.
حشوات الأكمام للحماية من التآكل
بالنسبة للتطبيقات ذات الاهتزازات الشديدة أو الجسيمات الكاشطة في الحمام، يمكن تجهيز فتحات لوحة الدعم بإدخالات جلبة PTFE قابلة للاستبدال. توفر الحشوة نفس سطح الاحتكاك المنخفض-الذي توفره لوحة PTFE الصلبة ولكن يمكن استبدالها عند ارتدائها، مما يحمي الأنبوب من الاتصال المباشر بهيكل الدعم.
تم تصميم الإدخال بحيث يتناسب مع التداخل في لوحة الدعم ومساحة خلوص مناسبة على الأنبوب. يؤدي الاستبدال أثناء الصيانة المجدولة إلى استعادة الخلوص الأصلي دون استبدال لوحة الدعم بالكامل أو أنابيب المبادل الحراري.
ملخص
إن الخلوص الأمثل لفتحة لوحة الدعم لأنابيب المبادل الحراري PTFE هو 0.8-1.0 مم لأنابيب OD 8-10 مم في لوحات دعم PTFE. يوفر هذا خلوصًا كافيًا للتمدد الحراري دون عوائق مع الحد من سعة الاهتزاز إلى المستويات التي تنتج معدلات تآكل مقبولة على مدار عمر المعدات.
يتم التحكم في تآكل الاهتزاز بشكل أكثر فعالية عن طريق تقليل تباعد الدعم مقارنة بتشديد الخلوصات التي تقل عن متطلبات التمدد الحراري. بالنسبة لظروف الخدمة القاسية، تعمل حشوات غلاف PTFE القابلة للاستبدال على حماية سطح الأنبوب من التآكل المباشر.
تتوفر التوصيات الهندسية لتصميم لوحة الدعم في تطبيقات معينة للمبادل الحراري PTFE عند تقديم أبعاد الأنبوب، ونطاق درجة حرارة التشغيل، ونوع التقليب وكثافته، وعمر الخدمة المتوقع للمعدات.
