Výměník tepla, který věrně poskytuje stejnou tlakovou ztrátu po několik let, může postupně začít vykazovat mírně vyšší diferenciální hodnoty. V mnoha případech nejsou trubky chemicky znečištěné nebo ucpané úlomky. Místo toho se geometrie samotných PTFE trubek v průběhu času pomalu měnila. PTFE, což je viskoelastický materiál, se při trvalém mechanickém namáhání teče, což způsobuje, že se otvor trubky v blízkosti spoje trubkovnice postupně stahuje jako pomalý-uzavírací ventil.
Tato jemná rozměrová změna je zřídka dramatická, ale může způsobit měřitelné hydraulické důsledky během dlouhých servisních intervalů. U trubkových výměníků tepla z PTFE používaných při korozivním chemickém zpracování je tento jev předvídatelným aspektem dlouhodobého- mechanického stárnutí spíše než neočekávaným způsobem selhání.
Pochopení vztahu meziZměna poklesu tlaku výměníku PTFE v průběhu času tečenía výkon hydraulického systému je důležitý pro spolehlivou konstrukci výměníku a čerpadla.
Pochopení tečení PTFE
PTFE se při trvalém zatížení chová odlišně od kovů. Spíše než aby zůstal rozměrově pevný pod konstantním napětím, materiál se pomalu deformuje s časem.
Toto chování je známé jako plížení.
Co způsobuje creep?
Creep nastává, když se polymerní řetězce postupně přeskupují za trvalého mechanického stlačování nebo tahu. Na rozdíl od elastické deformace, která zmizí okamžitě po odstranění napětí, se tečení hromadí postupně během tisíců provozních hodin.
U PTFE tepelných výměníků se nejvyšší trvalé tlakové napětí často vyskytuje tam, kde trubky procházejí sestavou trubkovnice.
Trubky jsou ve zpomaleném{0}}pohybu.
V těchto místech vyvíjejí objímky, kompresní kroužky nebo systémy těsnění nepřetržitý tlak, aby vytvořily nepropustné-těsnění mezi trubkou a trubkovnicí. V průběhu času materiál stěny PTFE pod tímto zatížením pomalu teče.
Jak se vyvíjí omezení vrtání trubek
Lokalizovaná deformace na trubkovnici
Proces tečení je vysoce lokalizován blízko oblasti komprimovaného kloubu.
Jak se PTFE deformuje, malá část stěny trubky se postupně vytlačuje dovnitř směrem k průtokové dráze. To snižuje účinný vnitřní průměr trubky v místě spoje.
I když je rozměrová změna často malá, i mírné zmenšení vrtání zvyšuje průtokový odpor.
Omezení se chová podobně jako trvale instalovaný škrticí bod v každé trubce.
Dlouhodobé-hydraulické důsledky
Se zmenšujícím se vnitřním průměrem postupně narůstá-pokles tlaku na straně trubky.
Toto zvýšení je obecně:
Pomalý
Trvalý
Předvídatelný
Nelze-obnovit
Na rozdíl od zanášení způsobeného usazeninami nebo vodním kamenem nelze omezení čistit mechanicky ani chemicky, protože je výsledkem fyzikální deformace materiálu.
Jev je nevratný.
Proč je účinek obvykle mírný
U většiny dobře{0}}provedených PTFE výměníků zůstává nárůst poklesu tlaku relativně malý.
Typické dlouhodobé-nárůsty mohou za několik let provozu činit pouze několik procent. Účinek je však patrnější za určitých podmínek:
Dlouhé délky trubek
Vysoké rychlosti proudění
Malé průměry trubek
Zvýšené provozní teploty
Vysokotlaké-systémy
Pevné tlakové zatížení trubkovnice
V těchto systémech může i malá redukce vrtání produkovat měřitelné hydraulické penalizace.
z tohoto důvoduZměna poklesu tlaku výměníku PTFE v průběhu času tečeníje často zvažován ve fázi původního hydraulického návrhu spíše než jako neočekávaný provozní problém.
Vliv teploty na rychlost tečení
Vyšší teplota urychluje deformaci
Chování tečení PTFE je silně ovlivněno:
Úroveň stresu
Teplota
Čas pod zátěží
Při zvýšených teplotách se molekulární mobilita podstatně zvyšuje, což urychluje proces tečení.
Při 100 stupních postupuje tečení výrazně rychleji než při pokojové teplotě.
Tato teplotní závislost je zvláště důležitá u výměníků pro chemické zpracování, které manipulují se zahřátými kyselinami, zásadami nebo proudy rozpouštědel.
Systém pracující nepřetržitě při zvýšené teplotě může zaznamenat většinu svých dlouhodobých{0}}rozměrových změn během prvních několika let provozu.
Stresová relaxace a nasycení
Efekt tečení se nezvyšuje donekonečna stejnou rychlostí.
Jak se PTFE deformuje, vnitřní napětí postupně povolují. Snížené napětí snižuje rychlost tečení, což způsobuje, že se rozměrová změna s časem progresivně zpomaluje.
Nakonec se systém blíží kvazi-stabilnímu stavu, kdy je další deformace minimální.
Toto chování se běžně popisuje jako saturace při tečení.
Úvahy o konstrukci hydrauliky
Povolení rezervy při dimenzování čerpadla
Vzhledem k tomu, že nárůst tlaku-související s tečením je předvídatelný, lze jej obvykle přizpůsobit během počátečního návrhu systému.
Při výběru oběhových čerpadel pro systémy výměníků PTFE je často zahrnuta mírná dodatečná tlaková rezerva.
Tento konstrukční příspěvek pomáhá zajistit, že požadované průtoky zůstanou dosažitelné i po letech provozu.
Bez této rezervy může dojít- k dlouhodobému snížení průtoku s postupným nárůstem hydraulického odporu.
Sledování tlakových trendů
Monitorování rozdílového tlaku ve výměníku poskytuje cenný přehled o dlouhodobém-chování systému.
Pomalý, stabilní nárůst v průběhu několika let může naznačovat normální omezení související s tečením- spíše než kontaminaci nebo znečištění.
Analýza trendů pomáhá rozlišovat mezi:
Postupné mechanické stárnutí
Náhlé znečišťující události
Degradace čerpadla
Podmínky částečného zablokování
Pochopení tohoto rozlišení zabrání zbytečným postupům čištění nebo demontáže.
Minimalizace tečení na spoji trubkovnice
Zvětšení nosné plochy
Napětí aplikované na PTFE lze snížit rozložením kompresní síly na větší kontaktní plochu.
Objímky s většími ložiskovými plochami snižují lokalizované tlakové napětí a snižují tendenci toku materiálu dovnitř.
Nižší napětí přímo snižuje rychlost dotvarování.
Používání pružinových-těsnicích systémů
Uspořádání těsnění s pružinou-zatíženou nebo vyhovující těsnosti pomáhá udržovat těsnicí sílu a zároveň omezuje nadměrnou tuhou kompresi.
Tyto systémy se přizpůsobují postupným rozměrovým změnám efektivněji než plně tuhé upínací konstrukce.
Mezi výhody patří:
Snížená lokalizovaná koncentrace stresu
Zlepšená stabilita těsnění
Nižší dlouhodobá-deformace vrtání
Lepší ubytování termální cyklistiky
Měkčí těsnící systémy obecně vytvářejí méně agresivní dlouhodobé-konstrikce trubek.
Porovnání PTFE a kovových výměníkových trubek
Kovové trubky výměníku typicky vykazují zanedbatelné tečení při běžných teplotách chemického procesu. PTFE se chová odlišně kvůli své polymerní struktuře.
PTFE však nabízí výhody, kterým se kovy jen tak nevyrovnají:
Výjimečná chemická inertnost
Odolnost vůči agresivním kyselinám
Nekontaminující povrchy
Vynikající odolnost proti korozi
Kompromis-je v tom, že PTFE má složitější profil mechanického stárnutí.
Návrháři proto berou v úvahu chemickou kompatibilitu i dlouhodobé{0}}mechanické chování současně.
Provozní důsledky po desetiletí služby
Dobře{0}}navržené PTFE výměníky často zůstávají v provozu po celá desetiletí ve vysoce korozivních prostředích, kde by kovové systémy rychle selhaly.
Postupný nárůst tlaku způsobený tečením jen zřídka představuje katastrofické omezení. Místo toho funguje jako pomalý, zvládnutelný vývoj hydraulického výkonu v průběhu času.
V mnoha systémech výměník pokračuje v plnění procesních požadavků dlouho poté, co dojde ke stabilizaci tečení.
Klíčovým požadavkem je jednoduše to, aby původní návrh systému předvídal účinek.
Závěr
Tečení PTFE je známý a zvládnutelný proces mechanického stárnutí, který může postupně zvyšovat pokles tlaku ve výměníku během dlouhých provozních období. Trvalá komprese na spoji trubkovnice pomalu deformuje stěnu trubky z PTFE směrem dovnitř, mírně zmenšuje průměr otvoru trubky a vytváří trvalé zvýšení hydraulického odporu.
Ačkoli je účinek obecně skromný, vztah meziZměna poklesu tlaku výměníku PTFE v průběhu času tečeníje třeba vzít v úvahu při počátečním návrhu hydrauliky, zejména u aplikací s vysokými -teplotami nebo dlouhými-trubkami. Správné dimenzování čerpadla, větší ložiskové-objímky a pružinové-těsnící systémy pomáhají minimalizovat dlouhodobé-změny výkonu a zachovávají konstrukční průtoky po desetiletí provozu.
I ten chemicky nejinertnější materiál si nakonec vytvoří mechanický životní příběh utvářený stresem, teplotou a časem.
