Mối đe dọa Crack vô hình
Ống góp PTFE trong bộ trao đổi nhiệt chịu ứng suất cơ học cao nhất trong hệ thống. Sự giãn nở nhiệt theo chu kỳ, áp suất hơi nước và thỉnh thoảng có búa nước tập trung ứng suất tại các điểm xuyên qua ống đa dạng, chuyển tiếp mặt bích và các điểm gắn đỡ. Trải qua hàng nghìn chu kỳ nhiệt, các vết nứt-vi mô có thể hình thành ở mức độ tập trung ứng suất này.
Những vết nứt này không thể nhìn thấy bằng mắt thường ở giai đoạn đầu-thường có chiều dài 0,1-0,5 mm với chiều rộng vết nứt dưới 0,05 mm. Chúng không bị rò rỉ. Bộ trao đổi nhiệt hoạt động bình thường. Nhưng dưới tác dụng tải tuần hoàn liên tục, các vết nứt sẽ lan rộng. Một vết nứt vốn là một khiếm khuyết bề mặt vô hại ngày nay sẽ trở thành đường rò rỉ xuyên tường trong vòng vài tháng.
Thử nghiệm áp suất tiêu chuẩn không phát hiện được các vết nứt ở giai đoạn đầu{0}}vì vết nứt chưa xuyên qua tường. Kiểm tra chất thẩm thấu bằng thuốc nhuộm, được điều chỉnh phù hợp với đặc tính bề mặt độc đáo của PTFE, có thể phát hiện các vết nứt-vỡ bề mặt ở giai đoạn sớm nhất, cho phép sửa chữa theo lịch trình trước khi xảy ra rò rỉ.
Phương pháp thẩm thấu thuốc nhuộm thích ứng
Thử nghiệm chất thẩm thấu thuốc nhuộm tiêu chuẩn, được phát triển cho kim loại, sử dụng chất thẩm thấu-bề mặt-có sức căng thấp thấm vào các vết nứt bề mặt bằng tác động mao dẫn. Sau thời gian dừng, chất thẩm thấu dư thừa sẽ được loại bỏ và nhà phát triển rút chất thẩm thấu bị giữ lại ra khỏi vết nứt, khiến nó hiển thị.
PTFE đưa ra một thách thức cho phương pháp này. Năng lượng bề mặt thấp (18-20 mN/m) của nó chống lại sự làm ướt của các chất thẩm thấu thông thường. Các hạt thẩm thấu trên bề mặt chứ không thấm vào các vết nứt. Chất thẩm thấu thử nghiệm kim loại tiêu chuẩn sẽ không phát hiện được các vết nứt trong PTFE một cách đáng tin cậy.
Sự thích ứng này sử dụng chất thẩm thấu được thiết kế dành cho các bề mặt có năng lượng-thấp, chứa chất hoạt động bề mặt có chứa chất fluorosurfactant làm giảm sức căng bề mặt chất rắn-của chất lỏng xuống dưới ngưỡng làm ướt PTFE. Chất thẩm thấu lan rộng trên bề mặt PTFE và đi vào các vết nứt nhỏ nhờ hoạt động mao dẫn. Thời gian dừng được kéo dài đến 30-60 phút để cho phép thâm nhập vào các vết nứt chặt trong vật liệu không có lực hút mao dẫn.
Bảng 1: Quy trình thẩm thấu thuốc nhuộm thích ứng cho các bộ phận trao đổi nhiệt PTFE
| Bước chân | Quy trình chuẩn (Kim loại) | Quy trình thích ứng (PTFE) | Lý do thay đổi |
|---|---|---|---|
| Làm sạch bề mặt | Lau dung môi | Giặt bằng bột giặt + xả nước + sấy khô kỹ | PTFE yêu cầu loại bỏ dầu và chất giải phóng; dung môi có thể để lại cặn cản trở việc làm ướt |
| Ứng dụng thâm nhập | Xịt hoặc chải | Ứng dụng ngâm hoặc ngập nước; duy trì bề mặt ẩm ướt | Tia phun có thể không đạt được độ che phủ đồng đều trên bề mặt-năng lượng thấp |
| thời gian dừng | 5-30 phút | 30-60 phút ở 20-30 độ | Kéo dài thời gian thâm nhập chống lại lực hút mao dẫn thấp của PTFE |
| Loại bỏ dư thừa | Rửa nước hoặc lau dung môi | rửa sạch bằng nước nhẹ nhàng; tránh phun áp lực cao | Bề mặt PTFE dễ bị trầy xước; loại bỏ tích cực có thể đóng các vết nứt |
| Ứng dụng dành cho nhà phát triển | Bột khô hoặc hỗn dịch ướt | Chỉ nhà phát triển bột khô; cọ xát tối thiểu | Các nhà phát triển ướt có thể không tuân theo PTFE; bột cung cấp độ tương phản mà không có sự tương tác bề mặt |
| Điều tra | Ánh sáng trắng hoặc tia cực tím (chất xuyên thấu huỳnh quang) | Khuyến khích sử dụng chất xuyên thấu huỳnh quang UV | Chỉ báo huỳnh quang cung cấp độ tương phản cao hơn so với nền PTFE trắng |
| Phiên dịch | Chỉ báo tuyến tính > 1,5mm được coi là phù hợp | Bất kỳ chỉ báo tuyến tính nào, bất kể chiều dài, đều có liên quan | Các vết nứt ở giai đoạn đầu- ở PTFE vẫn ổn; bất kỳ dấu hiệu nào đều đảm bảo đánh giá |
Giải thích Crack so với Surface Artifact
Bề mặt PTFE chứa các dấu gia công, đường đùn và các khoảng trống bề mặt không thường xuyên từ quá trình sản xuất. Những đặc điểm này có thể bẫy chất thẩm thấu và tạo ra các dấu hiệu giống vết nứt. Việc phân biệt các vết nứt thực sự với các đặc điểm bề mặt lành tính đòi hỏi phải hiểu được hình thái vết nứt điển hình ở PTFE.
Các vết nứt ứng suất thực trong ống góp PTFE là tuyến tính, có hướng vuông góc với hướng ứng suất kéo cực đại. Khi ống xuyên qua, các vết nứt tỏa ra từ mép lỗ. Tại các điểm chuyển tiếp của mặt bích, các vết nứt chạy theo chu vi dọc theo bán kính. Tại các điểm hỗ trợ, các vết nứt bắt nguồn từ cạnh tiếp xúc và lan truyền vào thân ống góp.
Các tạo tác bề mặt thường được định hướng dọc theo các hướng gia công hoặc ép đùn, có bề ngoài đồng nhất và không hiển thị đường phân nhánh hoặc lan truyền không đều của các vết nứt thực sự. Việc kiểm tra nhiều lần theo thời gian cho thấy các hiện vật vẫn không thay đổi trong khi các vết nứt thực sự ngày càng lớn.
Bất kỳ chỉ dẫn tuyến tính nào tuân theo hướng ứng suất-nhất quán sẽ được coi là vết nứt cho đến khi được chứng minh ngược lại. Bộ phận này phải được loại bỏ khỏi dịch vụ hoặc khu vực được giám sát trong khoảng thời gian kiểm tra được rút ngắn.
Tần suất kiểm tra
Việc kiểm tra thẩm thấu thuốc nhuộm đa dạng phải được thực hiện ở cùng khoảng thời gian với các chu kỳ bảo trì chính của bộ trao đổi nhiệt-thường là hàng năm đối với dịch vụ thông thường, nửa năm một lần đối với các ứng dụng luân chuyển nhiệt nghiêm trọng. Việc kiểm tra đầu tiên thiết lập đường cơ sở. Các lần kiểm tra tiếp theo được so sánh với đường cơ sở để xác định các dấu hiệu mới hoặc đang gia tăng.
Các ống góp đã tích lũy hơn 5.000 chu kỳ nhiệt phải được kiểm tra mỗi khi có cơ hội bảo trì, vì xác suất bắt đầu vết nứt tăng theo số chu kỳ.
Bản tóm tắt
Có thể phát hiện vết nứt do ứng suất ở giai đoạn đầu-trong các bộ trao đổi nhiệt PTFE bằng phương pháp thẩm thấu thuốc nhuộm thích ứng với chất thẩm thấu chất hoạt động bề mặt, thời gian dừng kéo dài và chất phát huỳnh quang. Phương pháp này xác định các vết nứt vỡ trên bề mặt trước khi chúng xuyên qua độ dày của tường, cho phép sửa chữa theo lịch trình thay vì thay thế khẩn cấp.
Nên kiểm tra hàng năm hoặc vào mỗi khoảng thời gian bảo trì lớn, với tần suất tăng dần sau 5.000 chu kỳ nhiệt. Bất kỳ chỉ báo tuyến tính nào được định hướng nhất quán với các dạng ứng suất đều được coi là phù hợp và cần được giám sát hoặc sửa chữa.
Các quy trình kỹ thuật để kiểm tra chất thẩm thấu thuốc nhuộm PTFE có sẵn khi nộp hình học đa dạng, thông số kỹ thuật vật liệu, lịch sử chu trình áp suất và nhiệt độ vận hành cũng như bất kỳ lịch sử vết nứt hoặc rò rỉ nào trước đó.
