Rakkuloitunut pinta
Suunnitellun tarkastuksen aikana huoltohenkilöstö havaitsee pieniä rakkuloita,{0}}halkaisijaltaan 1-3 mm kohoavia kuoppia PTFE-lämmönvaihdinputkien ulkopinnalla. Rakkulat ovat keskittyneet putkiin nipun kuumimmassa vyöhykkeessä, lähellä höyryn sisääntuloa. Jotkut rakkulat ovat repeytyneet jättäen putken pintaan matalia kraattereita.
Rakkulat herättävät välitöntä huolta. Ovatko putket vialliset? Onko tämä kemiallinen hyökkäys? Vuotaako putket? Vastaukset edellyttävät rakkuloiden muodostumismekanismin ymmärtämistä, joka ei ole kemiallinen hyökkäys tai uhkaava painerajan vika. Se on fysikaalinen ilmiö, joka johtuu PTFE-materiaalin kosteuden imeytymisestä ja mikrohuokosista.
Rakkulat heikentävät pinnan sileyttä ja voivat hieman vähentää lämmönsiirtoa paikallisesti, mutta harvoin ne tunkeutuvat putken seinämään tai aiheuttavat vuotoa. Niiden läsnäolo osoittaa kuitenkin, että PTFE-materiaalin tai höyryn laatu saattaa vaatia huomiota.
Kosteuden absorptio- ja mikroaukkomekanismi
PTFE on hydrofobinen. Vesi ei kastele pintaa. Mutta korkeissa lämpötiloissa vesihöyry voi tunkeutua hitaasti polymeerirakenteeseen. Läpäisevät vesimolekyylit varaavat vapaan tilavuuden polymeeriketjujen välissä -saman vapaan tilavuuden, joka antaa PTFE:lle sen joustavuuden.
Tuhansien tuntien aikana 130-150 asteessa kyllästetyssä höyryssä vesi kerääntyy mikroskooppisiin onteloihin PTFE:n sisällä. Nämä aukot ovat materiaalille ominaisia; kaikki PTFE sisältää joitain mikrohuokosia valmistuksen aikana tapahtuneesta sintrausprosessista. Näissä onteloissa oleva vesi on tasapainossa ulkopuolisen höyrynpaineen kanssa.
Kun vaihdin sammutetaan ja jäähdytetään, loukkuun jäänyt vesi tiivistyy. Nestemäisen veden tilavuus on paljon pienempi kuin sen tuottaneen höyryn tilavuus, mikä luo tyhjiön tyhjiössä. Tyhjyys romahtaa osittain. Seuraavalla-lämmitysjaksolla nestemäinen vesi palaa takaisin höyryksi. Nopea tilavuuden laajeneminen-vedestä höyryksi on noin 1 600:1 tilavuuden kasvu-luo painepulssin tyhjiössä. Pulssi venyttää ympäröivää polymeeriä.
Useiden lämpöjaksojen aikana toistuvat laajennuspulssit kasvattavat tyhjiä tiloja. Pienet tyhjiöt sulautuvat isoiksi. Kasvavan aukon yläpuolella oleva ohennettu polymeeri pullistuu ulospäin muodostaen näkyvän rakkulan. Lopulta rakkulan seinämä voi ohentua repeytymiskohtaan saakka, jolloin loukkuun jäänyt höyry vapautuu ja jättää kraatterin.
Taulukko 1: Rakkulan muodostustekijät ja ehkäisytoimenpiteet
| Tekijä | Osallistuminen rakkuloiden muodostumiseen | Ennaltaehkäisytoimenpide | Tehokkuus |
|---|---|---|---|
| High steam temperature (>150 astetta) | Nopeuttaa veden läpäisynopeutta | Vähennä höyryn painetta, jos prosessi sen sallii | Korkea |
| Säännöllinen lämpöpyöräily | Laajennuspulssit kasvattavat tyhjiä paikkoja | Minimoi tarpeettomat sammutukset | Kohtalainen |
| Huonolaatuinen-PTFE (korkea mikrotyhjennyssisältö) | Tarjoaa nukleaatiokohdat rakkuloita varten | Määritä korkea-laatuinen, matala-tyhjä PTFE-hartsi | Korkea |
| Nopea lämpeneminen-kylmästä | Maksimoi lämpölaajenemispulssin | Nosta höyryn lämpötilaa asteittain | Kohtalainen |
| Märkä höyry (matala kuivafraktio) | Lisää saatavilla olevaa kosteutta läpäisyä varten | Improve steam separation; ensure >98% kuivuus | Korkea |
| Thick tube wall (>1,5 mm) | Pidempi diffuusiopolku; sitoo enemmän vettä | Käytä paineluokitusta varten seinämän vähimmäispaksuutta | Kohtalainen |
Laatutekijät PTFE-putkien valmistuksessa
PTFE-letkun mikrohuokoisuus riippuu valmistusprosessista. Tahna-ekstrudoitu PTFE-putki valmistetaan sekoittamalla PTFE-jauhetta voiteluaineen kanssa, suulakepuristamalla tahna putken muotoiseksi ja sintraamalla korkeassa lämpötilassa hiukkasten sulattamiseksi. Sintrausprosessi ajaa pois voiteluaineen ja yhdistää PTFE-hiukkaset jatkuvaksi matriisiksi.
Epätäydellinen sintraus jättää jäännösmikroaukkoja osittain sulautuneiden hiukkasten välisiin rajoihin. Nämä ontelot ovat suositeltavia paikkoja kosteuden kerääntymiselle ja rakkuloiden alkamiselle. Laadukkaat-PTFE-letkut läpikäyvät optimoidun sintrauksen, joka minimoi tyhjän määrän.
Alle 1 %:n huokospitoisuuden määrittäminen letkulle (mitattuna tiheyden vertailulla teoreettiseen PTFE-tiheyteen 2,15-2,20 g/cm³) vähentää merkittävästi rakkuloiden herkkyyttä. Tämä eritelmä tulee sisällyttää yli 130 asteen lämpötiloissa toimivien PTFE-lämmönvaihtimien hankinta-asiakirjoihin.
Rakkulien erottaminen kemiallisesta hyökkäyksestä
Kosteuden imeytymisestä johtuvat rakkulat eroavat kemiallisista vaikutuksista. Kemiallinen hyökkäys aiheuttaa tyypillisesti värimuutoksia, pinnan karheutumista tai tasaista seinämän ohenemista. Rakkulat ovat paikallisia, eikä niihin liity värin muutosta. Rakkulaa ympäröivä PTFE on mekaanisesti ehjä.
Jos on epäselvyyttä, rakkula voidaan leikata ja tutkia. Kosteuden-aiheuttamassa rakkulassa on puhdas sisäontelo ja sileät seinämät. Kemiallisesti vaurioituneella alueella näkyy heikentynyttä materiaalia, värimuutoksia tai muuttuneita mekaanisia ominaisuuksia. Jos rakkuloihin liittyy jokin näistä merkeistä, kemiallinen yhteensopivuus tulee-arvioida uudelleen.
Yhteenveto
PTFE-lämmönvaihdinputkien rakkuloita syntyy kosteuden kerääntymisestä polymeerin mikroonteloihin, mitä seuraa syklinen höyryn laajeneminen lämpökierron aikana. Mekanismi on fyysinen, ei kemiallinen. Rakkulat osoittavat materiaalin tai höyryn laatuongelmia, mutta johtavat harvoin putken vuotamiseen.
Ennaltaehkäisy keskittyy matalan{0}}tyhjän PTFE-letkun määrittämiseen, korkean höyryn kuivuuden ylläpitämiseen, tarpeettoman lämpökierron vähentämiseen ja lämpötilan nostamiseen asteittain käynnistyksen aikana. Putkia, joissa on runsaasti rakkuloita, tulee tarkkailla, mutta niitä ei tarvitse vaihtaa välittömästi, ellei rakkuloiden seinämän paksuus ole alle minimin.
Tekniset suositukset rakkuloiden arvioimiseksi ja PTFE-materiaalin tekniset tiedot ovat saatavilla, kun toimitetaan käyttölämpötila ja paine, höyryn laatutiedot, kiertotiheys ja putkimateriaalien sertifikaatit.
