Một bộ trao đổi nhiệt đã cung cấp mức giảm áp suất tương tự một cách trung thực trong vài năm có thể dần dần bắt đầu hiển thị số đọc chênh lệch cao hơn một chút. Trong nhiều trường hợp, các ống không bị tắc nghẽn về mặt hóa học hoặc bị tắc nghẽn bởi các mảnh vụn. Thay vào đó, hình dạng của ống PTFE đã dần thay đổi theo thời gian. PTFE, là một vật liệu đàn hồi nhớt, bò dưới áp lực cơ học kéo dài, làm cho lỗ khoan gần khớp nối của mâm ống co lại dần dần giống như một-van đóng chậm.
Sự thay đổi kích thước tinh tế này hiếm khi gây ấn tượng mạnh nhưng nó có thể tạo ra những hậu quả thủy lực có thể đo lường được trong khoảng thời gian sử dụng dài. Trong bộ trao đổi nhiệt dạng ống PTFE được sử dụng trong xử lý hóa chất ăn mòn, hiện tượng này là một khía cạnh có thể dự đoán được của sự lão hóa cơ học lâu dài- chứ không phải là một dạng hư hỏng không mong muốn.
Tìm hiểu mối quan hệ giữaSự thay đổi áp suất của bộ trao đổi PTFE theo thời gianvà hiệu suất của hệ thống thủy lực rất quan trọng đối với thiết kế máy bơm và bộ trao đổi nhiệt đáng tin cậy.
Hiểu về dây leo PTFE
PTFE hoạt động khác với kim loại dưới tải trọng liên tục. Thay vì giữ nguyên kích thước cố định dưới áp lực không đổi, vật liệu dần dần biến dạng theo thời gian.
Hành vi này được gọi là leo.
Điều gì gây ra leo?
Sự rão xảy ra khi các chuỗi polyme sắp xếp lại dần dần dưới tác dụng nén hoặc căng cơ học liên tục. Không giống như biến dạng đàn hồi biến mất ngay lập tức khi loại bỏ ứng suất, từ biến tích lũy dần dần sau hàng nghìn giờ hoạt động.
Trong bộ trao đổi nhiệt PTFE, ứng suất nén duy trì cao nhất thường thấy ở nơi các ống đi qua cụm mâm ống.
Các ống đang chuyển động chậm-.
Tại những vị trí này, ống nối, vòng nén hoặc hệ thống đệm tạo áp suất liên tục để tạo ra một lớp đệm kín-rò rỉ giữa ống và mâm ống. Theo thời gian, vật liệu thành PTFE sẽ chảy chậm dưới tải trọng này.
Hạn chế lỗ khoan ống phát triển như thế nào
Biến dạng cục bộ ở tấm ống
Quá trình leo được tập trung cao độ gần khu vực khớp bị nén.
Khi PTFE biến dạng, một phần nhỏ của thành ống dần dần nhô ra phía trong về phía đường dẫn dòng chảy. Điều này làm giảm đường kính trong hiệu dụng của ống tại vị trí khớp.
Mặc dù sự thay đổi kích thước thường nhỏ nhưng việc giảm lỗ khoan thậm chí ở mức khiêm tốn cũng làm tăng sức cản dòng chảy.
Hạn chế hoạt động tương tự như một điểm tiết lưu được lắp đặt cố định trong mỗi ống.
Hậu quả thủy lực dài hạn-
Khi đường kính trong giảm, độ giảm áp suất bên ống-tăng dần.
Sự gia tăng này nhìn chung là:
Chậm
Vĩnh viễn
Có thể dự đoán được
Không-có thể phục hồi được
Không giống như sự tắc nghẽn do cặn lắng hoặc cặn bám, phần hạn chế này không thể được làm sạch bằng cơ học hoặc hóa học vì nó là kết quả của sự biến dạng vật lý của vật liệu.
Hiện tượng này là không thể đảo ngược.
Tại sao hiệu quả thường khiêm tốn
Trong hầu hết các bộ trao đổi nhiệt-PTFE được thiết kế tốt, mức tăng giảm áp suất vẫn tương đối nhỏ.
Mức tăng-dài hạn điển hình có thể chỉ lên tới vài phần trăm trong vài năm hoạt động. Tuy nhiên, hiệu ứng trở nên rõ ràng hơn trong một số điều kiện nhất định:
Chiều dài ống dài
Vận tốc dòng chảy cao
Đường kính ống nhỏ
Nhiệt độ hoạt động cao
Hệ thống-áp suất cao
Tải nén tấm ống chặt chẽ
Trong các hệ thống này, ngay cả việc giảm lỗ khoan nhỏ cũng có thể tạo ra tác động thủy lực có thể đo lường được.
Vì lý do này,Sự thay đổi áp suất của bộ trao đổi PTFE theo thời gianthường được xem xét trong giai đoạn thiết kế thủy lực ban đầu thay vì được coi là sự cố vận hành không mong muốn.
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ rão
Nhiệt độ cao hơn làm tăng tốc độ biến dạng
Hành vi leo của PTFE bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi:
Mức độ căng thẳng
Nhiệt độ
Thời gian dưới tải
Ở nhiệt độ cao, độ linh động của phân tử tăng lên đáng kể, đẩy nhanh quá trình rão.
Ở 100 độ, hiện tượng rão tiến triển nhanh hơn đáng kể so với nhiệt độ phòng.
Sự phụ thuộc vào nhiệt độ này đặc biệt có liên quan trong các bộ trao đổi xử lý hóa học xử lý các dòng axit, kiềm hoặc dung môi nóng.
Một hệ thống hoạt động liên tục ở nhiệt độ cao có thể gặp hầu hết sự thay đổi chiều dài-trong vài năm sử dụng đầu tiên.
Căng thẳng thư giãn và bão hòa
Hiệu ứng leo không tiếp tục tăng vô thời hạn ở cùng một tốc độ.
Khi PTFE biến dạng, ứng suất bên trong dần dần giảm bớt. Ứng suất giảm làm giảm tốc độ rão, khiến sự thay đổi kích thước chậm dần theo thời gian.
Cuối cùng, hệ thống đạt đến điều kiện gần như ổn định trong đó biến dạng tiếp theo trở nên tối thiểu.
Hành vi này thường được mô tả là bão hòa leo.
Cân nhắc thiết kế thủy lực
Cho phép ký quỹ trong kích thước máy bơm
Bởi vì việc tăng áp suất liên quan đến leo{0}}có thể dự đoán được nên nó thường có thể được điều chỉnh trong quá trình thiết kế hệ thống ban đầu.
Biên độ áp suất bổ sung khiêm tốn thường được đưa vào khi lựa chọn bơm tuần hoàn cho hệ thống trao đổi nhiệt PTFE.
Khoản trợ cấp thiết kế này giúp đảm bảo rằng tốc độ dòng chảy yêu cầu vẫn có thể đạt được ngay cả sau nhiều năm hoạt động.
Nếu không có giới hạn này, việc giảm lưu lượng-trong dài hạn có thể xảy ra khi lực cản thủy lực tăng dần.
Theo dõi xu hướng áp lực
Việc giám sát chênh lệch áp suất trên bộ trao đổi nhiệt cung cấp thông tin chi tiết có giá trị về hoạt động lâu dài của hệ thống.
Mức tăng chậm, ổn định trong vài năm có thể cho thấy sự hạn chế bình thường liên quan đến hiện tượng rão{0}}hơn là tình trạng nhiễm bẩn hoặc tắc nghẽn.
Phân tích xu hướng giúp phân biệt giữa:
Lão hóa cơ học dần dần
Sự cố tắc nghẽn đột ngột
Suy thoái máy bơm
Điều kiện tắc nghẽn một phần
Hiểu được sự khác biệt này sẽ ngăn cản các thủ tục làm sạch hoặc tháo gỡ không cần thiết.
Giảm thiểu độ rão tại mối nối tấm ống
Tăng diện tích chịu lực
Ứng suất tác dụng lên PTFE có thể giảm bằng cách phân bổ lực nén trên bề mặt tiếp xúc lớn hơn.
Vòng đai có diện tích chịu lực lớn hơn sẽ làm giảm ứng suất nén cục bộ và giảm xu hướng dòng vật liệu hướng vào trong.
Căng thẳng thấp hơn trực tiếp làm giảm tốc độ leo.
Sử dụng hệ thống đệm kín có tải-lò xo
Các cách sắp xếp đệm kín tuân thủ hoặc chịu tải bằng lò xo giúp duy trì lực bịt kín đồng thời hạn chế lực nén cứng quá mức.
Các hệ thống này đáp ứng những thay đổi kích thước dần dần hiệu quả hơn so với các thiết kế kẹp hoàn toàn cứng nhắc.
Ưu điểm bao gồm:
Giảm nồng độ ứng suất cục bộ
Cải thiện độ ổn định của con dấu
Giảm biến dạng lỗ khoan dài hạn-
Chỗ ở tốt hơn của chu trình nhiệt
Các hệ thống bịt kín mềm hơn thường tạo ra sự co thắt lâu dài-ít tác động hơn.
So sánh PTFE với ống trao đổi kim loại
Các ống trao đổi kim loại thường có hiện tượng rão không đáng kể ở nhiệt độ quá trình hóa học thông thường. PTFE hoạt động khác biệt do cấu trúc polyme của nó.
Tuy nhiên, PTFE mang lại những ưu điểm mà kim loại không thể dễ dàng sánh bằng:
Độ trơ hóa học đặc biệt
Đề kháng với axit mạnh
Bề mặt không-gây ô nhiễm
Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời
Sự cân bằng-là PTFE có cấu hình lão hóa cơ học phức tạp hơn.
Do đó, các nhà thiết kế phải tính đến cả khả năng tương thích hóa học và hoạt động cơ học lâu dài-.
Ý nghĩa hoạt động qua nhiều thập kỷ phục vụ
-Các bộ trao đổi nhiệt PTFE được thiết kế tốt thường vẫn hoạt động trong nhiều thập kỷ trong môi trường có tính ăn mòn cao, nơi hệ thống kim loại sẽ nhanh chóng hỏng hóc.
Sự tăng dần áp suất do từ biến gây ra hiếm khi là một hạn chế nghiêm trọng. Thay vào đó, nó hoạt động như một sự phát triển chậm rãi, có thể quản lý được về hiệu suất thủy lực theo thời gian.
Trong nhiều hệ thống, bộ trao đổi nhiệt tiếp tục đáp ứng các yêu cầu của quy trình rất lâu sau khi quá trình ổn định từ biến xảy ra.
Yêu cầu quan trọng chỉ đơn giản là thiết kế hệ thống ban đầu có thể lường trước được hiệu quả.
Phần kết luận
Sự rão của PTFE là một quá trình lão hóa cơ học đã được biết đến và có thể quản lý được, có thể làm tăng dần độ sụt áp của bộ trao đổi nhiệt trong thời gian vận hành dài. Lực nén liên tục tại mối nối của tấm ống làm biến dạng từ từ thành ống PTFE vào trong, làm giảm nhẹ đường kính lỗ khoan của ống và tạo ra sự gia tăng vĩnh viễn lực cản thủy lực.
Mặc dù hiệu quả nhìn chung còn khiêm tốn nhưng mối quan hệ giữaSự thay đổi áp suất của bộ trao đổi PTFE theo thời giancần được xem xét trong quá trình thiết kế thủy lực ban đầu, đặc biệt là trong các ứng dụng-nhiệt độ cao hoặc-ống dài. Định cỡ máy bơm phù hợp, vòng đệm-khu vực ổ trục lớn hơn và hệ thống đệm kín-lò xo giúp giảm thiểu những thay đổi về hiệu suất-dài hạn và duy trì tốc độ dòng chảy thiết kế qua nhiều thập kỷ sử dụng.
Ngay cả những vật liệu trơ nhất về mặt hóa học cuối cùng cũng phát triển một câu chuyện đời sống cơ học được hình thành bởi áp lực, nhiệt độ và thời gian.
