Paineluokituskysymys
Kierrättävä happokuparipinnoitusjärjestelmä pumppaa elektrolyyttiä ulkoisen PTFE-kuoren-ja-putken lämmönvaihtimen läpi 3 baarin järjestelmäpaineella. Pumppu voi nollata 5,5 baarilla. Höyrypuoli toimii 4 bargin paineella. Prosessinsinöörin kysymys: mikä on PTFE-putkien suurin turvallinen työpaine ja onko tämä järjestelmä rajoissa?
PTFE-putkien painearvot eivät ole yksittäisiä numeroita. Ne riippuvat lämpötilasta, seinämän paksuudesta, putken halkaisijasta ja siitä, onko paine tasainen vai syklinen. 25 asteessa voimassa oleva luokitus ei ole voimassa 80 asteessa. Staattisen paineen luokitus ei välttämättä koske syöttöpumpun sykkivää virtausta.
Räjähdyspaine vs. käyttöpaine
Valmistajat julkaisevat PTFE-putkien murtumispainetiedot huoneenlämpötilassa. Räjähdyspaine on sisäinen paine, joka aiheuttaa välittömän katastrofaalisen vian. Käyttöpaine on murto-osan murtopaine, joka sisältää turvallisuustekijät lämpötilan alenemiselle, sykliselle väsymiselle ja pitkäaikaiselle{2}}virumiselle.
8 mm OD × 1 mm seinämäisille PTFE-letkuille 25 asteen kulmassa tyypillinen murtumispaine on 40-50 baaria. Suositeltu työpaine vakioturvakertoimella 3:1 on 13-16 baaria huoneenlämmössä. Tämä näyttää riittävän 3 baarin järjestelmälle.
Lämpötila muuttaa kuvaa. 80 asteessa PTFE:n vetolujuus laskee noin 60 prosenttiin huoneenlämpötilasta. Räjähdyspaine laskee suhteellisesti 24-30 bariin. Työpaine 3:1 turvakertoimella on 8-10 bar.
120 asteessa vetolujuus on noin 40 % ympäröivästä. Räjähdyspaine laskee 16-20 bariin. Työpaine on 5-7 bar. 4 bargin höyryjärjestelmä 143 asteessa työntää lähemmäs tätä rajaa.
Taulukko 1: PTFE-putken painearvot vs. lämpötila (8 mm OD × 1 mm seinä)
| Käyttölämpötila ( aste ) | Noin Räjähdyspaine (bar) | Suositeltu työpaine (bar, 3:1 SF) | Sopiva höyrynpaine (barg) |
|---|---|---|---|
| 25 | 45 | 15 | Jopa 10 |
| 60 | 34 | 11 | Jopa 6 |
| 80 | 27 | 9 | Jopa 5 |
| 100 | 22 | 7 | Jopa 4 |
| 120 | 18 | 6 | Jopa 3 |
| 140 | 15 | 5 | Jopa 2 |
Arvot uusille PTFE-letkuille. Todelliset arvot riippuvat tietystä hartsilaadusta ja valmistuslaadusta. Alennuskertoimet perustuvat julkaistuihin PTFE:n mekaanisiin ominaisuuksiin vs. lämpötilakäyriin.
Syklisen paineen huomioita
Kierrätysjärjestelmät syrjäytyspumpuilla synnyttävät painepulsaatioita. Jokainen pulsaatio on pieni väsymyssykli. PTFE:llä on erinomainen joustoväsymiskestävyys, mutta sykkivä sisäinen paine saa aikaan vannejännitysjaksoja, jotka eroavat taivutusväsymyksestä.
Järjestelmissä, joissa on merkittävä paineen pulsaatio, on järkevää käyttää ylimääräistä turvakerrointa 1,5-2,0 työpaineeseen. 3 baarin järjestelmä, jonka pulsaatio on ±1 baaria, tulee arvioida väsymyksen vähenemisen suhteen, ei vain staattisen paineen rajojen mukaan.
Kierrätyssilmukan taipuisiin PTFE-käämiin kohdistuu myös ulkoista painetta pumpattavasta nesteestä. Putken seinämä näkee paine-eron sisä- ja ulkopuolella. Pumpun käynnistyksen ja sammutuksen aikana painetransientit voivat hetkellisesti ylittää vakaan tilan arvot. Suositeltavan suurimman käyttöpaineen tulee ottaa huomioon nämä transientit ilman, että väsymysraja lähestyy.
Järjestelmän suunnittelun painerajat
Kuvattu happaman kuparin kierrätysjärjestelmä-3 baarin toiminta, 5,5 baarin kuoppa, 4 barg höyryä - vaatii PTFE-putken seinämän molemmin puolin tarkistamisen.
Prosessipuolella maksimipaine on 5,5 baaria pumpun kuollapaineessa. PTFE-putken 80 asteen prosessilämpötilassa (hapan kupari toimii tyypillisesti 25-35 asteessa, mutta paikallinen lämmitys höyryn tuloaukon lähellä voi nousta korkeammalle) on 9 baarin käyttöpaineluokitus. 5,5 baarin maksimi on rajojen sisällä.
Höyrypuolella 4 barg 152 asteen kyllästyslämpötilassa nostaa PTFE-putken seinämän lämpötilan lähelle 140 astetta. Käyttöpainearvo tässä lämpötilassa on noin 5 baaria. 4 bargin höyrynpaine on rajoissa, mutta turvamarginaali on pienempi.
Varovainen suositus: alenna höyryn painetta 3 bargiin, jos käyttöpainemarginaali on mukavampaa, tai määritä 1,2 mm:n seinäputki lisäämään painetta korkeassa lämpötilassa.
Yhteenveto
Joustavien PTFE-lämmönvaihtimien suositeltu enimmäistyöpaine riippuu lämpötilasta, seinämän paksuudesta ja siitä, onko paine tasainen vai syklinen. Huoneen lämpötilaluokitukset ovat harhaanjohtavia lämmitetyn palvelun kannalta. 120-140 asteessa käyttöpainearvot laskevat 5-6 baariin 1 mm:n seinäputkella.
Kierrättävät happokuparijärjestelmät toimivat tyypillisesti PTFE-painerajojen sisällä, mutta höyryn paineen valinnassa on otettava huomioon lämpötilan aleneminen. Syrjäytyspumppujen sykkivä virtaus takaa lisäturvamarginaalin.
Tekninen analyysi PTFE-lämmönvaihtimen paineluokitusta varten tietyissä järjestelmäolosuhteissa on saatavilla, kun toimitetaan käyttölämpötilat, prosessi- ja lämmitysväliaineen paineet, pumpun tyyppi, putken tekniset tiedot ja kaikki paineen transienttitiedot.
