Thermal Cycling Extreme
Kovakromauslinja toimii kahdessa vuorossa päivittäin. Aamuvuoro levyt 55 asteessa. Kylpy jäähdytetään sitten 30 asteeseen samaa säiliötä varten iltapäiväprosessia varten. PTFE-lämmönvaihdin toimittaa 4 bargin höyryä lämmitykseen ja vastaanottaa sitten jäähdytettyä 7-asteista vettä jäähdytystä varten. Putken seinämän lämpötila vaihtelee noin 140 astetta 10 asteeseen ja takaisin{10}}kahdesti päivässä, 600 kertaa vuodessa, 6 000 kertaa vuosikymmenessä.
Tämä ei ole vakaan tilan{0}}käyttö, jossa on satunnaisia sammutuksia. Se on tarkoituksellista, toistuvaa lämpökiertoa prosessin suunnittelun tasolla. PTFE-lämmönvaihdin on suunniteltava erityisesti tätä syklistä huoltoa varten. Jatkuvan lämmityskäytön vakiomalli kerää väsymisvaurioita kiihtyvällä vauhdilla.
Lämpöväsymismekanismi
Jokainen lämmitys---jäähdytykseen aiheuttaa täydellisen lämpöjännitysjakson PTFE-putkille. Kun 140-asteiset kuumat putket koskettavat jäähdytettyä 7-asteista vettä, ulkopinta supistuu nopeasti, kun taas sisäseinä, joka on vielä lämmin, vastustaa supistumista. Ulkopinnalle kehittyy ohimenevä-paksuuden läpi kulkeva vetojännitys.
PTFE mukautuu tähän jännitykseen viskoelastisella relaksaatiolla-polymeeriketjut järjestäytyvät uudelleen vähentämään stressiä. Tämä rentoutuminen tapahtuu minuuteissa. Jos lämpömuutos on hitaampi kuin rentoutumisaika, jännitykset pysyvät pieninä. Jos siirtymä on nopea, jännitykset voivat ylittää materiaalin lyhytaikaisen lujuuden.
Toistuva pyöräily, jopa välittömän vikarajan alle jäävillä jännityksillä, kerää väsymisvaurioita. PTFE:ssä väsymys ilmenee mikro-aukkojen muodostumisena ja kasvuna, ei terävänä halkeiluna, kuten metalleissa. Mikro-ontelot sulautuvat yhteen tuhansien jaksojen aikana, mikä heikentää materiaalin tiheyttä ja mekaanisia ominaisuuksia. Seinien oheneminen kiihtyy. Vuoto lopulta tapahtuu.
Taulukko 1: Lämpöpyöräilyn suunnittelukriteerit PTFE-lämmönvaihtimelle vaihtokäytössä
| Suunnittelukriteeri | Jatkuva lämmityssuunnittelu | Syklinen lämmitys-Jäähdytyssuunnittelu | Muutoksen perustelut |
|---|---|---|---|
| Putken seinämän paksuus | 1,0 mm vakiona | 1,5 mm vähintään | Väsymisajan skaalaus seinämän paksuuden mukaan |
| Siirtymänopeuden ohjaus | Ei sovellu | Automatisoidut ramppiventtiilit; max 5 astetta/min | Estää lämpöshokkirasituksen |
| Laajennusehdot | Vakiosilmukka tai ei mitään | Pakolliset laajennussilmukat kaikissa passeissa | Kattaa kaksinkertaisen laajennusalueen |
| Putken tukityyppi | Jäykät ohjauslevyt | Elastomeerivuoratut{0}}ohjaimet | Vähentynyt närästys tukipisteissä pyöräilyn aikana |
| Jakotukin liitäntä | Normaali pakkaus | Vahvistettu puristus joustavalla häntällä | Vaimentaa jakoputkien syklistä liikettä |
| Lauhteen/jäähdytetyn veden vaihto | Manuaaliset eristysventtiilit | Automaattinen kaksois-esto-ja-vuoto | Estää ristikontaminaation-; varmistaa täydellisen tyhjennyksen jaksojen välillä |
| Suunnittelusyklin käyttöikä | Ei määritelty | 10,000+ täydellistä lämpösykliä | 15+ vuoden palvelu 600 jaksolla/vuosi |
| Höyryloukun erittely | Tavallinen F&T-ansa | F&T lämpöilmaaukon kanssa; alhainen alijäähdytys | Käsittelee nopean siirtymisen jäähdytystilasta lämmitystilaan |
Lauhteen ja jäähdytetyn veden vaihto
Siirtyminen lämmitystilasta jäähdytykseen vaatii höyryn ja lauhteen poistamista putkista ennen jäähdytetyn veden lisäämistä. Jäännöshöyry tiivistyy ja muodostaa tyhjiön, joka voi romuttaa putkia. Jäännöskondensaatti laimentaa jäähdytetyn veden ja jäätyy jäähdytetyn veden tuloaukossa, jos lämpötilat ovat riittävän alhaiset.
Vaihtojärjestelmä käyttää automatisoituja venttiileitä, joissa on lukitus. Lämmitys---jäähdytysjakso sulkee höyryn syöttöventtiilin, avaa lauhteen tyhjennysventtiilin ajastetuksi puhallusjaksoksi ja avaa sitten jäähdytysveden syöttöventtiilin hitaasti ramppiohjaimen kautta. Jäähdytys---lämmittää prosessin päinvastaiseksi: jäähdytetty vesi tyhjennetään, lauhdejärjestelmä paineistetaan uudelleen-, höyryä syötetään hitaasti.
Kaksois-blokki-ja -poistoventtiilijärjestelyt höyryn-jäähdytetyn veden rajapinnassa estävät ristikontaminaation siirtymisen aikana.
Liikuntasauman suunnittelu laajennetun kantaman mukaan
Jatkuvasti lämmitetty PTFE-putki laajenee ympäristön lämpötilasta noin 140 asteeseen -120 asteen lämpötilan nousu, mikä tuottaa noin 14 mm laajenemisen putken pituusmetriä kohti. Kierretty putki laajenee 10 astetta (jäähdytystila) 140 asteeseen (lämmitystila). Lisälaajennus, vaikka se onkin vaatimaton sykliä kohden, kerääntyy tuhansien jaksojen aikana.
Jatkuvaan lämmityskäyttöön suunnitellut laajennussilmukat voivat olla alimitoitettuja sykliselle alueelle. Jaksottaisessa suunnittelussa on suurempia silmukoita tai joustavia lisäosia, jotka mahdollistavat täyden lämpöliikkeen ilman yli-kuormittavia mutkia tai jakotukkien liitoksia.
Yhteenveto
PTFE-lämmönvaihdin, joka on suunniteltu samanaikaisiin lämmitys- ja jäähdytyssykleihin yhdessä työvuorossa, vaatii erityisiä suunnittelukriteerejä, jotka eivät ylitä vakiomuotoista jatkuvaa{0}}käyttöä. Lisääntynyt seinämän paksuus tarjoaa väsymisikärajan. Automaattinen siirtymän ohjaus estää lämpöshokin. Laajennussilmukat on mitoitettu koko lämpöalueelle. Vaihtoventtiili varmistaa täydellisen tyhjennyksen tilojen välillä.
Suunnittelun lisäehdot mahdollistavat luotettavan palvelun 10,000+ täydellä lämpöjaksolla, mikä edustaa vuosikymmenten käyttöä tyypillisillä pinnoituslinjan kierrostaajuuksilla. Vakiomallit ilman näitä säännöksiä keräävät väsymisvaurioita ja kokevat ennenaikaisia vikoja syklisessä käytössä.
Tekninen analyysi syklisestä PTFE-lämmönvaihtimen suunnittelusta on saatavilla, kun lämmitys- ja jäähdytyslämpötilat, jaksotiheys, siirtymäajan rajoitukset, käytettävissä olevat höyry- ja jäähdytysvesiolosuhteet sekä laitteen odotettu käyttöikä on toimitettu.
