Aukštos{0}}temperatūros kilimo klausimas
Cheminiam procesui reikalingas nuolatinis kaitinimas 180 laipsnių temperatūroje su 6 barg sočiųjų garų. Tiek PTFE, tiek PFA (perfluoralkoksi) vamzdžiai yra skirti 260 laipsnių nuolatiniam darbui. Abu yra visiškai fluorinti ir chemiškai inertiški. Šilumokaičio projektuotojas turi pasirinkti vieną iš jų, atsižvelgdamas į mechanines savybes esant temperatūrai, -konkrečiai, valkšnumo plyšimo trukmę esant vidiniam slėgiui.
180 laipsnių kampu PTFE ir PFA šliaužimo greitis skiriasi. Skirtumas kyla iš jų molekulinės architektūros. PTFE yra linijinis itin-didelės molekulinės masės polimeras, kurio grandinės konformacija yra standi, panaši į strypą. PFA sudėtyje yra perfluorpropilvinilo eterio komonomero, kuris įveda trumpas šonines šakas, kurios sutrikdo kristališkumą ir pakeičia šliaužimo reakciją.
Klausimas kiekybinis: esant identiškiems vamzdžio matmenims ir vidiniam garo slėgiui, kiek darbo valandų kiekviena medžiaga suteikia iki šliaužimo plyšimo ar nepriimtinos deformacijos? Atsakymas lemia priežiūros intervalus ir gyvavimo ciklo išlaidas.
Šliaužimo skirtumo molekulinis pagrindas
Fluoropolimerų šliaužimas vyksta slenkant molekulinei grandinei. Esant nuolatiniam stresui, polimerų grandinės lėtai atsiskiria ir slysta viena pro kitą. Greitis priklauso nuo grandinės ilgio (molekulinės masės), grandinės standumo, kristališkumo ir šoninių šakų, kurios veikia kaip inkarai.
PTFE turi itin didelę molekulinę masę -10⁷–10⁸ g/mol ir didelį kristališkumą (50–70 % gryno PTFE, mažesnio modifikuotų rūšių). Ilgos, standžios grandinės sudaro plačius kristalinius domenus, kurie priešinasi grandinės slydimui. Amorfines sritis, nors ir gali deformuotis, riboja aplinkiniai kristalitai.
PFA molekulinė masė mažesnė nei PTFE ir mažesnis kristališkumas (30-45%). Perfluorpropilvinilo eterio šoninės šakos sutrikdo kristalizaciją. Nors šoninės šakos šiek tiek apsaugo nuo grandinės slydimo-, panašiai kaip komonomero funkcija modifikuotame PTFE – bendras mažesnis kristališkumas ir mažesnė molekulinė masė lemia greitesnį šliaužimą aukštesnėje temperatūroje.
Esant 180 laipsnių kampui, PFA valkšnumo greitis esant vienodam lanko įtempimui yra maždaug 2–4 kartus didesnis nei grynojo PTFE ir 1,5–3 kartus didesnis nei modifikuoto PTFE. Kiekybinis skirtumas reiškia trumpesnį tarnavimo laiką arba storesnes PFA vamzdžių sieneles, kad būtų pasiektas lygiavertis tarnavimo laikas.
| Šliaužimo parametras | Virgin PTFE | Modifikuotas PTFE | PFA |
|---|---|---|---|
| Tipinė molekulinė masė (g/mol) | 10⁷-10⁸ | 10⁷-10⁸ (su šoninėmis šakomis) | 10⁶-10⁷ |
| Kristališkumas (%) | 50-70 | 40-55 | 30-45 |
| Valkšnumo greitis 180 laipsnių kampu, 3 MPa lanko įtempis (%/1000 val.) | 0.08-0.15 | 0.04-0.08 | 0.12-0.30 |
| Laikas iki 2% įtempimo 180 laipsnių kampu, 3 MPa (valandos) | 13,000-25,000 | 25,000-50,000 | 6,500-16,500 |
| Numatomas tarnavimo laikas 180 laipsnių kampu, 6 bargai (metai) | 1.5-3 | 3-6 | 0.8-2 |
| Vamzdžio sienelės storis atitinka 5 metų tarnavimo laiką (mm, 10 mm OD) | 1.5 | 1.2 | 2.0+ |
Dizaino reikšmė
Greitesnis PFA šliaužimas 180 laipsnių kampu netrukdo jo naudoti-reikia storesnių vamzdžių sienelių, kad lanko įtempis būtų sumažintas iki tokio lygio, kad valkšnumo greitis būtų priimtinas. Esant tam tikram garų slėgiui ir reikalingam tarnavimo laikui, PFA vamzdžio sienelė turi būti 30–50 % storesnė už modifikuotą PTFE ekvivalentą ir 15–25 % storesnė nei gryno PTFE.
Storesnė siena padidina medžiagų sąnaudas ir šiek tiek sumažina šilumos perdavimą. Šias nuobaudas reikia palyginti su PFA pranašumais: lydalo -apdorojamumu, leidžiančiu suvirinti jungtis, didesnį aiškumą ir šiek tiek didesnį atsparumą lankstumo nuovargiui.
Naudojant 180 laipsnių kampu, kai šilumokaitis yra sumontuotas stacionariai ir yra priimtinos mechaninės jungtys, modifikuotas PTFE užtikrina geriausią valkšnumo, sienelės storio ir sąnaudų pusiausvyrą. PFA pirmenybė teikiama ten, kur reikalingos suvirintos jungtys, kad būtų užtikrintas itin -aukšto- grynumo aptarnavimas, o trumpesnis valkšnumo tarnavimo laikas valdomas projektuojant arba suplanuojant pakeitimą.
Santrauka
Modifikuoti PTFE šilumokaičio vamzdžiai užtikrina 1,5–3 kartus ilgesnį valkšnumo plyšimo trukmę nei PFA vamzdžiai 180 laipsnių kampu esant vienodam lanko įtempimui dėl didesnės molekulinės masės, didesnio kristališkumo ir modifikuotų klasių šoninių šakų tvirtinimo poveikio. PFA gali pasiekti lygiavertį tarnavimo laiką padidinus sienelės storį, kad būtų sumažintas įtempis, o tai padidins medžiagų sąnaudas ir šiek tiek sumažins šilumos perdavimą. Daugeliui pramoninių pritaikymų 180 laipsnių kampu modifikuotas PTFE yra mechaniškai pranašesnis pasirinkimas.
Techninis palaikymas PTFE ir PFA medžiagų pasirinkimui esant tam tikroms darbinėms temperatūroms ir slėgiams pasiekiamas pateikus garų slėgį, reikalingą tarnavimo laiką, vamzdžių matmenis ir grynumo reikalavimus.
