Nesoulad tepelné expanze ve službě Fluorspar
Vodné suspenze kazivce (40 % CaF2, 80 stupňů, stopy HF) se zpracovávají v grafitových výměnících tepla, které jsou dovybaveny trubkami potaženými PFA-. Rozdílná tepelná roztažnost mezi PFA (120 ppm/stupeň) a grafitem (8 ppm/stupeň) způsobuje vyboulení trubky během tepelného cyklování. Kvantitativní analýza z 5 závodů na výrobu fosforečnanových hnojiv ukazuje, že po 2000 cyklech od 25 stupňů do 80 stupňů se 40 % trubek s 1,5mm povlakem PFA sponou, zatímco trubky s expanzní-kompenzací nebo 3,0mm povlakovou sponou<5% rate.
Výpočet diferenční expanze
Pro trubku o délce 2 m změňte teplotu ΔT=55 stupňů (praní 25 stupňů- na 80 stupňů):
Rozšíření PFA: 2000 × 120 × 10⁻⁶ × 55=13.2 mm
Roztažení grafitu: 2000 × 8 × 10⁻⁶ × 55=0.88 mm
Diferenciál: 12,3 mm
Tento rozdíl musí být přizpůsoben nebo způsobuje tlakové napětí.
Vzpěrný mechanismus a kritické napětí
Ke vzpěru dochází, když tlakové napětí překročí kritickou hodnotu. U grafitových trubek potažených PFA-závisí chování kompozitu na relativní tuhosti. Testování při 80 stupních po tepelných cyklech:
| Tloušťka povlaku | Efektivní kompozitní modul (GPa) | Kritické vzpěrné napětí (MPa) | Cykly k první sponě | Amplituda spony (mm) |
|---|---|---|---|---|
| 1,5 mm | 18 | 35 | 800 | 2.5 |
| 2,0 mm | 15 | 28 | 1,200 | 3.0 |
| 2,5 mm | 12 | 22 | 1,800 | 3.5 |
| 3,0 mm | 10 | 18 | 2,500 | 4.0 |
Rozhraní HF Attack on Graphite-PFA
Stopy HF v kaši kazivce napadají grafitový povrch a snižují přilnavost mezi PFA povlakem a grafitovým substrátem:
| HF koncentrace | Doba expozice (hodiny) | Síla mezifázového spojení (MPa) | Cykly do vzpěru (2,0 mm povlak) |
|---|---|---|---|
| 0 ppm | 2000 | 8 | 2,000 |
| 10 ppm | 2000 | 5 | 1,200 |
| 50 ppm | 2000 | 3 | 600 |
| 100 ppm | 2000 | 2 | 300 |
Metody expanze akomodace
| Metoda ubytování | Diferenciální pohyb přizpůsobený | Složitost implementace | Životnost cyklu (až 50 % selhání) |
|---|---|---|---|
| Žádný (tuhý) | 0 mm | Žádný | 800 |
| Posuvné pouzdro PFA přes grafit | 5 mm | Nízký | 2,000 |
| Expanzní měchy (PFA) | 15 mm | Střední | 5,000+ |
| Axiální drážky v grafitu | 3 mm | Vysoká (obrábění) | 1,500 |
| Trubice PFA volné-sedí (bez vazby) | 12 mm | Nízký | 8,000+ |
Volně{0}}přizpůsobte PFA jako řešení
Volně uložené trubice PFA (nespojené s grafitem) umožňují rozdílnou expanzi bez napětí. Pro 2m trubky s 0,5mm prstencovou mezerou:
| Velikost mezery | Upravený diferenciál | Požadavek na těsnění | Cyklický život |
|---|---|---|---|
| 0,2 mm | 6 mm | O-kroužek na koncích | 3,000 |
| 0,5 mm | 15 mm | Dvojitý O-kroužek | 8,000+ |
| 1,0 mm | 30 mm | Vícenásobná těsnění | 10,000+ |
Tloušťka stěny a odolnost proti vybočení
Silnější povlaky PFA zvyšují odolnost proti vybočení zvýšením momentu setrvačnosti. Pro 2m trubky s 0,5mm volnou-mezírkou:
| Tloušťka povlaku | Faktor vzpěrné odolnosti | Na kolech do spony (volný-střih) | Doporučeno |
|---|---|---|---|
| 1,5 mm | 1.0x | 6,000 | Přijatelný |
| 2,0 mm | 1.5x | 9,000 | Dobrý |
| 2,5 mm | 2.2x | 12,000 | Lepší |
| 3,0 mm | 3.0x | 15,000 | Nejlepší |
Pokyny pro specifikace pro dodatečné vybavení fluoritem
Pro dovybavení grafitových výměníků tepla v kalovém provozu CaF₂ (80 stupňů, 40 % pevných látek, stopový HF) specifikujte volně namontované -trubky PFA (nespojené) s 0,3-0,5mm prstencovou mezerou a dvojitým O-kroužkovým koncovým těsněním. Pro tloušťku povlaku PFA specifikujte minimální odolnost proti vzpěru 2,5 mm. Zakažte lepení mezi PFA a grafitem. U stávajících lepených trubek, u kterých dochází k vybočení, je dovybavte volnými vložkami trubek. Při vyžádání cenových nabídek uveďte ΔT, délku trubice, koncentraci HF a frekvenci cyklu. Příplatek za design s volným uložením (10-15 % přes lepené) je odůvodněn eliminací poruch vyboulení při kontinuálním zpracování kazivce, kde výměna tepelného výměníku stojí 50 000 až 200 000 USD. Pro nové instalace navrhněte s expanzními měchy (PFA) pro nejvyšší spolehlivost.
