Sự mỏng đi ở khúc cua
Nhân viên bảo trì tháo bộ trao đổi nhiệt PTFE sau 5 năm sử dụng. Đo độ dày bằng siêu âm cho thấy thành ống nằm trong thông số kỹ thuật trên các mặt cắt thẳng, có kích thước 0,95-1,00mm so với 1,00mm ban đầu. Tuy nhiên, tại các khúc cua, độ dày thành ngoài đo được là 0,70-0,75mm-giảm 25-30%. Chỗ uốn cong là vị trí giới hạn sự sống.
Tường mỏng ở những chỗ uốn cong là hậu quả có thể dự đoán được của quá trình uốn kết hợp với hiện tượng rão lâu dài ở nhiệt độ cao. Trong quá trình uốn, thành ngoài của ống trải dài để phù hợp với chiều dài cung dài hơn xung quanh bên ngoài chỗ uốn. Bức tường mỏng đi để bảo toàn khối lượng. Ở nhiệt độ vận hành dưới áp suất hơi bên trong, lớp tường mỏng bên ngoài bò nhanh hơn các phần thẳng dày hơn, làm giảm độ dày hơn nữa theo thời gian.
Bán kính uốn cong xác định độ mỏng ban đầu. Những khúc cua chặt hơn tạo ra độ mỏng lớn hơn. Việc chỉ định bán kính uốn cong tối thiểu trong quá trình thiết kế sẽ ngăn ngừa hiện tượng mỏng quá mức ban đầu và hạn chế tốc độ từ biến tiếp theo ở mức chấp nhận được trong suốt thời gian sử dụng.
Mối quan hệ biến dạng uốn và mỏng
Khi một ống thẳng bị uốn cong, chiều dài cung bên ngoài vượt quá chiều dài cung bên trong. Chất liệu phía ngoài chỗ uốn phải co giãn; vật liệu bên trong bị nén lại. Biến dạng ở bề mặt ngoài là ε=r / R, trong đó r là bán kính ngoài của ống và R là bán kính đường tâm uốn cong.
Độ dày thành sau khi uốn, giả sử biến dạng thể tích không đổi, xấp xỉ t_bent=t_origin / (1 + ε). Đối với ống OD 10 mm (r=5mm) được uốn cong theo bán kính R=150mm, độ biến dạng của sợi bên ngoài là 5/150=3.33%. Độ dày thành ở phần uốn cong bên ngoài giảm xuống khoảng 0,968 mm từ 1,000 mm-giảm 3,2%.
Để uốn cong chặt hơn ở R=100mm, độ biến dạng là 5/100=5%. Tường mỏng còn 0,952 mm-giảm 4,8%.
Ở nhiệt độ vận hành dưới áp suất bên trong, tốc độ rão ở phần mỏng cao hơn ở phần thẳng có độ dày đầy đủ. Sự mỏng đi tăng tốc theo thời gian. Độ mỏng ban đầu 3-5% do uốn có thể giảm dần 15-30% sau nhiều năm sử dụng.
Bảng 1: Bán kính uốn cong và độ mỏng thành ống cho ống trao đổi nhiệt PTFE (Tường 10mm OD × 1mm)
| Bán kính đường tâm uốn cong (mm) | Tỷ lệ bán kính-đến-Đường kính (R/D) | Căng sợi bên ngoài (%) | Độ dày thành ban đầu tại chỗ uốn (mm) | Tường ước tính 5 năm ở 143 độ (mm) | Sự phù hợp |
|---|---|---|---|---|---|
| 250 (tối thiểu được đề xuất) | 25 | 2.0 | 0.980 | 0.90-0.94 | Xuất sắc (10+ năm tuổi thọ) |
| 200 | 20 | 2.5 | 0.975 | 0.85-0.90 | Tốt |
| 150 | 15 | 3.33 | 0.968 | 0.78-0.85 | Chấp nhận được khi kiểm tra |
| 120 | 12 | 4.17 | 0.960 | 0.70-0.80 | Biên (giảm áp suất hơi) |
| 100 | 10 | 5.0 | 0.952 | 0.60-0.72 | Không nên dùng cho dịch vụ hơi nước |
| 75 | 7.5 | 6.67 | 0.938 | < 0.60 (high failure risk) | Không thể chấp nhận được |
Sự bổ sung hình bầu dục
Việc uốn cong không chỉ làm mỏng thành ngoài mà còn tạo hình bầu dục cho mặt cắt ngang của ống-. Ống trở nên hơi hình elip ở chỗ uốn, với trục nhỏ nằm trong mặt phẳng uốn. Hình bầu dục tập trung ứng suất vòng từ áp suất bên trong tại các điểm có độ cong tối đa, làm tăng thêm tốc độ leo.
Ống được uốn cong theo bán kính tối thiểu được khuyến nghị là 25D sẽ duy trì độ oval dưới 5%. Những khúc cua chặt hơn tạo ra hình bầu dục lớn hơn. Các tác động kết hợp của việc làm mỏng thành, độ ôvan và sự tập trung ứng suất làm cho chỗ uốn cong trở thành vị trí quan trọng để xác định tuổi thọ sử dụng.
Thông số kỹ thuật thiết kế phòng ngừa
Biện pháp phòng ngừa chính là chỉ định bán kính uốn tối thiểu bằng 25 lần đường kính ngoài của ống-cùng bán kính được khuyến nghị để ngăn ngừa xoắn. Bán kính này giới hạn độ mỏng ban đầu ở mức 2% và đảm bảo rằng độ rụng trứng vẫn dưới 5%.
Các chỗ uốn phải được kiểm tra sau khi chế tạo bằng cách sử dụng thước đo có/không{0}}có và có phép đo độ dày bằng siêu âm. Độ dày thành tối thiểu ở bán kính ngoài uốn cong phải được ghi lại làm cơ sở để so sánh trong tương lai.
Trong quá trình sử dụng, các điểm uốn phải được đưa vào chương trình đo độ dày siêu âm. Các chỗ uốn cong có độ dày thành dưới 0,75 mm đối với tường danh nghĩa 1,0 mm nên được lên kế hoạch thay thế.
Bản tóm tắt
Sự mỏng đi cục bộ của thành ống tại các chỗ uốn cong của ống trao đổi nhiệt PTFE là kết quả của việc kéo dài thành ngoài trong quá trình uốn, kết hợp với hiện tượng rão tăng tốc ở phần bị mỏng dưới nhiệt độ và áp suất vận hành. Bán kính uốn cong tối thiểu được khuyến nghị là 25 lần đường kính ống giới hạn độ mỏng ban đầu ở mức 2% và mang lại hiệu suất rão lâu dài có thể chấp nhận được.
Những chỗ uốn cong chặt hơn sẽ tạo ra độ mỏng tương ứng lớn hơn và giảm tuổi thọ sử dụng. Đo độ dày siêu âm sau{1}}chế tạo và trong quá trình sử dụng- tại các điểm uốn cung cấp dữ liệu định lượng cho các quyết định thay thế.
Thông số kỹ thuật cho việc kiểm tra và uốn ống PTFE có sẵn khi gửi kích thước ống, bán kính uốn cong, nhiệt độ và áp suất vận hành cũng như tuổi thọ sử dụng cần thiết.
