Chiếc xe tăng bị lãng quên
Một kỹ thuật viên bảo trì hoàn thành công việc sửa chữa cuối tuần trên bể ngâm axit sulfuric. Bể đã cạn nước. Van cấp hơi, bị nứt mở trong quá trình khắc phục sự cố, tiếp nhận 4 hơi nước vào bộ trao đổi nhiệt PTFE. Sáng Thứ Hai, người vận hành ca-đầu tiên sẽ kích hoạt hệ thống hơi nước mà không cần xác minh mức bể. Cuộn dây PTFE hoạt động trong không khí ở nhiệt độ hơi tối đa trong khoảng 90 phút trước khi phát hiện ra lỗi.
Một cuộn thép không gỉ trong cùng điều kiện sẽ đạt nhiệt độ bề mặt 143 độ và bị oxy hóa nhanh chóng. Sự giãn nở nhiệt sẽ làm căng các mối hàn vượt quá giới hạn thiết kế. Khi đổ đầy bình, axit lạnh va vào kim loại quá nhiệt sẽ gây sốc nhiệt nghiêm trọng.
Lò sưởi thạch anh có thể sẽ vỡ do sốc nhiệt của chất lỏng lạnh tiếp xúc với bề mặt 143 độ, làm các mảnh vỡ văng vào bể.
Điều gì xảy ra với cuộn dây PTFE? Câu trả lời phụ thuộc vào nhiệt độ đạt được, thời gian tiếp xúc và thiết kế của hệ thống hỗ trợ-chứ không phụ thuộc vào bất kỳ cơ chế phân hủy hóa học nào vì PTFE ổn định nhiệt đến 260 độ .
Hồ sơ nhiệt lửa khô-
Hơi nước ở 4 xà ngang ngưng tụ ở 152 độ. Khi bộ trao đổi nhiệt PTFE hoạt động trong không khí thay vì chất lỏng, cơ chế truyền nhiệt sẽ thay đổi đáng kể. Hệ số truyền nhiệt bên ngoài giảm từ khoảng 600 W/m2·K trong axit khuấy trộn xuống còn khoảng 10-25 W/m2·K trong không khí tĩnh. Nhiệt độ thành ống tăng từ mức bình thường 70-90 độ (ở chất lỏng) để đạt đến nhiệt độ bão hòa hơi nước là 152 độ.
Ở 152 độ, PTFE nằm trong phạm vi đánh giá dịch vụ liên tục là 260 độ. Không có sự suy thoái hóa học xảy ra. Không tan chảy. Không có sự phân hủy. Vật liệu vẫn giữ được tính toàn vẹn cấu trúc của nó hoàn toàn.
Mối quan tâm không phải là bản thân PTFE mà là hệ thống hỗ trợ. Nếu khung hỗ trợ là PVDF (giới hạn dịch vụ liên tục 150 độ), nó có thể bị mềm hoặc biến dạng. Nếu các kẹp đỡ nằm trên-kim loại đã được siết chặt, chúng có thể làm lõm các ống PTFE đã được làm mềm. Bộ trao đổi nhiệt PTFE được thiết kế tốt-sử dụng các bộ phận hỗ trợ PVDF nhiệt độ cao hoặc PTFE-được xếp hạng cho nhiệt độ hơi nước tối đa có thể, giúp bảo vệ khỏi lỗi của người vận hành.
Bảng 1: Khô-So sánh khả năng sống sót sau đám cháy theo vật liệu trao đổi nhiệt (Hơi nước 4 xà, 152 độ, tiếp xúc trong không khí trong 90 phút)
| tham số | Thép không gỉ 316L | Titan lớp 2 | Thạch anh | PTFE |
|---|---|---|---|---|
| Nhiệt độ vật liệu tối đa trong quá trình-cháy khô | 152 độ | 152 độ | 152 độ | 152 độ |
| Giới hạn sử dụng liên tục của vật liệu | 870 độ | 425 độ | 1.100 độ (làm mềm ở 1.600 độ) | 260 độ |
| Oxy hóa/ăn mòn trong không khí nóng | Trung bình (cặn oxit) | Nghiêm trọng (sự giòn do oxy) | Không có | Không có |
| Sốc nhiệt khi tiếp xúc với chất lỏng lạnh | Nghiêm trọng (nguy cơ nứt dập) | Vừa phải | Cực độ (vỡ vụn) | Không có (điều tiết đàn hồi) |
| Hỗ trợ rủi ro hệ thống | Thấp (kim loại không bị ảnh hưởng) | Thấp | N/A (xây dựng tích hợp) | Hỗ trợ PTFE được đánh giá ở mức 260 độ; Hỗ trợ PVDF có thể mềm hơn 150 độ |
| Phục hồi sau sự kiện | Yêu cầu kiểm tra để mở rộng quy mô; có thể giảm căng thẳng mối hàn | Yêu cầu kiểm tra độ giòn | Cần thay thế nếu bị gãy | Trở lại hoạt động ngay lập tức sau khi kiểm tra trực quan |
| Xử lý sau 90-phút đốt khô | Thanh tra; có thể yêu cầu thụ động | Thanh tra; thay thế nếu bị giòn | Thay thế | Kiểm tra các giá đỡ; cuộn dây có thể tái sử dụng |
Hệ thống hỗ trợ: Yếu tố hạn chế
Bản thân ống PTFE có thể tồn tại-khô mà không bị hư hại. Các tấm đỡ, khung và các kết nối tiêu đề xác định xem cuộn dây có thể được đưa trở lại hoạt động ngay lập tức hay cần sửa chữa.
Các tấm đỡ PTFE được đánh giá cho hoạt động liên tục 260 độ không bị ảnh hưởng bởi mức tiếp xúc 152 độ. Các tấm đỡ PVDF được xếp hạng ở mức 150 độ có thể bị biến dạng nhỏ ở mức 152 độ, đặc biệt là dưới tải trọng cơ học từ trọng lượng ống. Sau khi làm mát, PVDF có thể xuất hiện biến dạng vĩnh viễn cần phải thay thế giá đỡ ngay cả khi các ống gia nhiệt không bị hư hại.
Khung đỡ bằng kim loại, nếu được sử dụng, sẽ giãn nở ở tốc độ khác với ống PTFE. Sự giãn nở chênh lệch trong thời gian tiếp xúc nóng 90-phút có thể làm lỏng các khe hở của ống-để đỡ. Sau khi làm mát, độ hở trở lại bình thường vì các ống PTFE co lại đàn hồi.
Các kết nối tiêu đề-thường là các phụ kiện nén hoặc loe-phải được kiểm tra độ giãn mô-men xoắn sau chu trình nhiệt. Dòng chảy lạnh -PTFE dưới lực nén liên tục ở nhiệt độ cao. Một khớp nối được vặn đúng cách ở nhiệt độ phòng có thể mất khả năng nén sau nhiều giờ ở nhiệt độ 152 độ. Việc tái tạo mô-men xoắn sau một đợt cháy-khô là một biện pháp phòng ngừa thận trọng.
Bảo vệ lỗi vận hành thông qua thiết kế
Biện pháp phòng cháy-khô hiệu quả nhất là theo quy trình: đổ đầy bình trước khi kích hoạt hơi nước. Khi các biện pháp kiểm soát theo quy trình không thành công, các tính năng thiết kế sẽ cung cấp khả năng bảo vệ theo chiều sâu.
Công tắc khóa liên động mức được nối với van điều khiển hơi nước sẽ ngăn dòng hơi nước khi mực nước trong thùng thấp hơn cuộn dây. Đây là biện pháp bảo vệ được thiết kế chính. Một giải pháp thay thế là van giới hạn áp suất hơi-được đặt để giới hạn nhiệt độ bão hòa hơi nước xuống dưới định mức tối đa của hệ thống hỗ trợ-cung cấp khả năng bảo vệ nhiệt ngay cả khi khóa liên động mức bị bỏ qua.
Đối với các bộ trao đổi nhiệt PTFE, khả năng chịu nhiệt vốn có của vật liệu cung cấp lớp bảo vệ thứ ba. Cuộn dây vẫn tồn tại sau sự kiện ngay cả khi cả biện pháp bảo vệ theo quy trình và biện pháp bảo vệ kỹ thuật chính đều thất bại. Biên độ an toàn vốn có này là duy nhất đối với PTFE trong số các vật liệu trao đổi nhiệt phổ biến.
Bản tóm tắt
Bộ trao đổi nhiệt PTFE có thể tồn tại trong điều kiện cháy-khô ngẫu nhiên do kích hoạt hơi nước trong bể trống vì định mức hoạt động liên tục 260 độ của fluoropolymer vượt quá nhiệt độ bão hòa hơi nước 152 độ. Bản thân ống không cần thay thế. Hệ thống hỗ trợ-nếu được chỉ định bằng các thành phần PTFE hoặc PVDF được xếp hạng thích hợp-sẽ vẫn tồn tại.
Các hành động chính sau sự kiện-là kiểm tra biến dạng của các tấm đỡ,-tái tạo mô-men xoắn của các kết nối tiêu đề và xác minh rằng không có vật chất lạ nào tan chảy trên bề mặt cuộn dây trong quá trình phơi sáng. Thời gian phục hồi được tính bằng số phút kiểm tra chứ không phải số ngày thay thế.
Các đề xuất kỹ thuật dành cho thiết kế bộ trao đổi nhiệt PTFE chống cháy-chống cháy{1}}khô có sẵn khi gửi áp suất hơi tối đa có thể, thông số kỹ thuật vật liệu hỗ trợ và chi tiết hệ thống khóa liên động cấp độ hiện có.
