Virumisen ero korotetussa lämpötilassa
PTFE-putket, jotka on mitoitettu jatkuvaan käyttöön 260 asteessa, voivat silti virua 160 asteessa. 260 asteen luokitus viittaa polymeeriketjun lämpöhajoamiseen{4}}kemialliseen hajoamiseen. Viruminen on mekaanista muodonmuutosta jatkuvassa jännityksessä, ja sen nopeus riippuu tietystä PTFE-hartsilaadusta, ei vain yleisestä materiaaliluokituksesta.
160 asteessa 6 bargin höyry tuottaa noin 3 MPa:n kehäjännityksen standardissa 10 mm OD × 1 mm seinämäisessä PTFE-letkussa. Tässä rasituksessa ja lämpötilassa eri PTFE-laadut osoittavat virumisen murtumisajat vaihtelevat muutamasta tuhannesta tunnista yli 100 000 tuntiin. Ero ei ole marginaalinen. Se määrittää, kestääkö lämmönvaihdin kaksi vuotta vai kaksikymmentä.
PTFE-hartsilaadun -neitseellisen, muunnetun tai täytetyn-valinta on suunnittelupäätös, jolla on suora vaikutus käyttöikään ja takuuseen. Virumien erojen molekyyliperustan ymmärtäminen ohjaa asianmukaista spesifikaatiota.
Virgin vs. Modified PTFE: The Molecular Difference
Virgin PTFE:tä valmistetaan polymeroimalla tetrafluorieteenimonomeeria erittäin pitkiksi molekyyliketjuiksi, joiden molekyylipaino on 107 - 108 g/mol. Pitkät ketjut sotkeutuvat laajasti, mikä antaa materiaalille sen mekaaniset ominaisuudet. Rasituksen alaisena korkeassa lämpötilassa ketjut liukuvat hitaasti toistensa ohi-tämä on virumista.
Modifioitu PTFE sisältää pienen määrän (tyypillisesti 0,01-0,1 %) komonomeeria-yleensä perfluoripropyylivinyylieetteriä polymeroinnin aikana. Komonomeeri tuo lyhyitä sivuhaaroja pitkin pääpolymeeriketjua. Nämä oksat toimivat molekyyliankkureina rajoittaen ketjun liukumista ja vähentäen virumisnopeutta.
160 asteen kulmassa muunnetulla PTFE:llä on tyypillisesti 30-50 % pienempi virumisnopeus kuin alkuperäisen PTFE:n samalla jännitystasolla. Parannus on selkein korkeissa lämpötiloissa, joissa ketjun liikkuvuus on suurin ja sivuhaarojen ankkurointivaikutus on tehokkain.
Täytetyt PTFE-yhdisteet-, jotka sisältävät lasikuitua, hiiltä, grafiittia tai pronssijauhetta-, vähentävät virumista entisestään, mutta kemiallisen kestävyyden kustannuksella. Täyteaineet tuovat käyttöön rajapintoja, joihin aggressiiviset kemikaalit voivat hyökätä. Lämmönvaihtimen huoltoon syövyttävissä ympäristöissä täytetty PTFE on harvoin sopiva.
Taulukko 1: PTFE-hartsilaatujen virumiseiän vertailu (10 mm OD × 1 mm seinäputki, 6 barg höyryä, 160 astetta)
| PTFE-luokka | Virumismoduuli 160 astetta (MPa) | Viritysnopeus 3 MPa:n vannerasituksessa (%/1 000 h) | Arvioitu aika 2 %:n jännitykseen (tuntia) | Arvioitu käyttöikä 160 astetta (vuosia) | Suhteellinen hinta |
|---|---|---|---|---|---|
| Virgin PTFE (vakio) | 28-35 | 0.08-0.12 | 16,000-25,000 | 2-3 | 1.0× |
| Virgin PTFE (korkea molekyylipaino) | 35-42 | 0.05-0.08 | 25,000-40,000 | 3-5 | 1.1× |
| Modifioitu PTFE (matala komonomeeri) | 42-50 | 0.03-0.05 | 40,000-65,000 | 5-8 | 1.3× |
| Muokattu PTFE (optimoitu laatu) | 50-60 | 0.02-0.04 | 50,000-100,000 | 6-12 | 1.5× |
| PTFE + 15 % lasikuitua | 80-100 | 0.01-0.02 | >100,000 | >12 | 0,9× (ei syövyttävien kemikaalien huoltoon) |
Virumisen epäonnistumisen kriteeri
PTFE-lämmönvaihdinputken virumisvika ei johdu repeämästä-putken repeämisestä-, vaan liiallisesta halkaisijan kasvusta ja seinämän ohenemisesta. Kun putki hiipii, sen halkaisija kasvaa ja seinämä ohenee, mikä säästää tilavuutta. Kun seinämän paksuus pienenee 60 prosenttiin alkuperäisestä, murtumispaineen turvallisuuskerroin putoaa alle 3:1:n, mikä laukaisee vaihdon.
1,0 mm:n seinäputkessa 2 % jännitys vastaa noin 0,02 mm:n seinämän ohenemista. Tämä on konservatiivinen kynnys. Putket voivat toimia turvallisesti yli 2 % jännityksen, mutta kiihtynyt virumisnopeus muodonmuutoksen myöhemmissä vaiheissa tekee varhaisesta vaihtamisesta järkevää.
Modifioitu PTFE pidentää aikaa 2 %:n jännityksen saavuttamiseen kertoimella 2-3 verrattuna tavalliseen neitseelliseen PTFE:hen 160 asteessa. Korkeammat materiaalikustannukset saadaan talteen pidentämällä käyttöikää.
Hartsilaatusuositus käyttölämpötilan mukaan
Alle 120 astetta kaikki PTFE-laadut tarjoavat riittävän virumisiän 10+ vuoden käyttöön. Virgin PTFE on kustannustehokas valinta.
120-150 astetta korkean molekyylipainon neitseellistä PTFE:tä tai modifioitua PTFE:tä suositellaan sovelluksiin, joissa lämmönvaihdin ei ole helposti saatavilla vaihtamista varten.
Yli 150 astetta modifioitua PTFE:tä suositellaan voimakkaasti. Lisämateriaalikustannukset ovat pieni murto-osa asennetuista kokonaiskustannuksista ja takaavat riittävän virumisiän.
Yhteenveto
PTFE-hartsilaadun valinta vaikuttaa merkittävästi lämmönvaihtimen virumisen kestoon 160 asteessa. Modifioitu PTFE, joka sisältää sivu-haarakomonomeerejä, vähentää virumisnopeutta 30-50 % verrattuna alkuperäiseen PTFE:hen ja pidentää käyttöikää 2–3 vuodesta 6–12 vuoteen korkeissa höyrynpaineissa. Yli 150 asteen kulmassa muunneltu PTFE on suositeltava materiaali pitkän aikavälin luotettavuuden takaamiseksi.
Hartsilaatu tulee määritellä erikseen PTFE-lämmönvaihtimen hankinta-asiakirjoissa. Kaikki "PTFE"-letkut eivät ole samanlaisia, ja suorituskykyerosta tulee kriittinen käyttölämpötila-alueen yläpäässä.
Teknisiä suosituksia PTFE-hartsilaadun valinnasta tiettyjen käyttöolosuhteiden perusteella on saatavilla, kun höyrynpaine, odotettu käyttölämpötila-alue, putken mitat ja vaadittu käyttöikä on ilmoitettu.
