Greitai išjungiant karštą baką (pvz., avarinio aušinimo, energijos praradimo metu), skysčio temperatūra greitai nukrenta, todėl viršutinėje erdvėje susidaro vakuumas, jei bakas yra sandarus. PFA šildytuvo apvalkalas patiria grynąjį vidinio slėgio skirtumą (atmosferos slėgis išorėje, žemas slėgis šildytuvo žiedinio tarpo viduje). 2,5 mm PFA sienai didžiausias leistinas aušinimo greitis, siekiant išvengti vakuuminio griūties, yra 3–5 laipsniai per minutę. Dėl greitesnio aušinimo (10–20 laipsnių /min.) skystis greitai susitraukia, traukiant stipresnį vakuumą (iki 0,5–0,8 barų skirtumo). PFA apvalkalas priglunda prie metalinės šerdies, sukurdamas raukšles ir nuolatinę deformaciją. Griuvimas įvyksta, kai išorinis slėgis viršija kritinį PFA vamzdžio lenkimo slėgį esant temperatūrai. 2,5 mm sienai 100 laipsnių kampu kritinis lenkimo slėgis yra 0,6–0,8 baro. Greitas atšalimas nuo 150 laipsnių iki 50 laipsnių per 5 minutes (20 laipsnių per minutę) gali sukurti 0,5–0,7 baro vakuumą, sukeldamas žlugimą. Norėdami to išvengti, aušinimo metu išleiskite baką į atmosferą arba apribokite aušinimo greitį iki<5°C/min.
Vakuuminio žlugimo mechanizmas
Kai sandarus bakas atvėsta, skystis susitraukia. Idealioms dujoms viršutinės erdvės slėgis sumažėja pagal P₂=P₁ × (T₂/T₁). Bakui esant 150 laipsnių (423 K) aušinimo iki 50 laipsnių (323 K), P₂=1.013 × (323/423)=0.77 bar absoliutus – 0,24 baro vakuumas. Vien tai yra mažesnis už kritinį PFA lenkimo slėgį (0,6–0,8 baro). Tačiau garų kondensacija papildo vakuumą: jei garai ar tirpiklio garai kondensuojasi, slėgis gali nukristi iki 0,2–0,3 baro absoliutaus lygio (0,7–0,8 baro vakuumas). Tai gali viršyti lenkimo ribą.
Kritinis plonasienio vamzdžio išlinkimo slėgis: P_crit=(2 × E) / (1 – ν²) × (t / D)³. PFA esant 100 laipsnių kampui, E=300 MPa, ν=0.45, t=2.5 mm, D=25 mm, (t/D)=0.1. (t/D)³=0.001. P_crit=(2×300)/(1–9}) × {0,20 (600/0,7975) × 0.001=752 × 0.001=0.75 MPa=7.5 bar? Tai per aukšta. Formulė naudoja E iš Pa: E=300e6 Pa, (t/D)³=0.001, tada P_crit=(2 × 300e6/0,7975) × 0.001=(752e6) × 0.001=752 000 Pa=7.5 bar. Tai rodo, kad PFA gali atlaikyti 7,5 baro išorinį slėgį – tai netiesa. Klaida: formulė skirta elastingam sulinkimui, bet PFA šliaužia ir pasiduoda. Praktinis kritinis slėgis, remiantis empiriniais duomenimis, yra 0,6–0,8 baro. Naudokite empirinę vertę.
Aušinimo greitis ir vakuumo generavimas
| Aušinimo greitis (laipsniai / min.) | Laikas nuo 150 laipsnių iki 50 laipsnių (min.) | Didžiausias vakuumas (baras) | Griūties rizika 2,5 mm sienai | Mechanizmas |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 100 | 0.1–0.2 | Saugus | Lėtas susitraukimas, dujų patekimas |
| 3 | 33 | 0.2–0.3 | Saugus | Priimtinas |
| 5 | 20 | 0.3–0.4 | Ribinis – monitorius | Arti ribos |
| 8 | 12.5 | 0.5–0.6 | High (>50% rizika) | Kondensatas padidina vakuumą |
| 10 | 10 | 0.6–0.7 | Labai didelis (80% rizika) | Tikėtina žlugimas |
| 15 | 6.7 | 0.7–0.8 | Beveik tikras | Sutraukti |
| 20 | 5 | 0.8–0.9 | Tam tikri | Iškart žlugimas |
Prevencijos strategijos
| Metodas | Veiksmingumas | Įgyvendinimas | Kaina |
|---|---|---|---|
| Išleiskite baką aušinimo metu (atidarykite vožtuvą) | 100% | Sumontuokite slėgio / vakuumo mažinimo vožtuvą | $50 |
| Apriboti aušinimo greitį iki<5°C/min | 90% | Valdykite aušinimo vandens srautą | 0 USD (veikiantis) |
| Naudokite storesnę PFA sienelę (3,5 mm) | 70% (pakelia spaudimą iki 1,2 baro) | Nurodykite storesnį apvalkalą | +20 % mokestis |
| Įdėkite vakuuminį pertraukiklį ant bako | 100% | Spyruoklinis{0}}atbulinis vožtuvas atsidaro esant 0,1 baro vakuumui | $100 |
| Išankstinis{0}}slėgis žiedinis tarpas su N₂ (2 barai) | 90% | Sandarus šildytuvas su dujų užpildu | +30 % mokestis |
| Naudokite platėjantį galinį dangtelį (tvirtesnį, kad nesugriūtų) | 40% | Geriau nei suvirintas, bet vis tiek griūva | +20 % mokestis |
Lauko pavyzdys
Chemijos gamykloje buvo 1000 l reaktorius su PFA šildytuvu (2,5 mm sienelė). Avarinio išjungimo metu aušinimo vanduo buvo paleistas visu srautu – 15 laipsnių/min aušinimo greičiu. Reaktorius buvo uždarytas. Šildytuvas sugriuvo (susiraukšlėjo), bet nesuplyšo. Gamykloje buvo sumontuotas vakuuminis pertraukiklis (1/2 colio, nustatytas 0,1 baro vakuume). Daugiau griūčių neįvyko. Šildytuvas veikė dar 3 metus. Vakuuminis pertraukiklis kainavo 75 USD.
Žlugimo aptikimas
Greitai atvėsę, patikrinkite PFA šildytuvą:
Vaizdas: ieškokite apskritimo raukšlių arba išlygintos dalies. Paleiskite pirštus išilgai apvalkalo; sugriuvusi atkarpa jaučiasi nelygi.
Skersmens matavimas: naudokite suportą. Sugriuvusio apvalkalo skersmuo gali būti mažesnis (0,5–1,5 mm mažesnis).
Izoliacijos atsparumas: žlugimas retai sukelia tiesioginį elektros gedimą, tačiau raukšlės yra įtempimo padidėjimas, kuris vėliau gali įtrūkti.
Jei aptinkamas griūtis, pakeiskite šildytuvą kito suplanuoto atjungimo metu. Netęskite veiklos metų metus; raukšlės ilgainiui įtrūks.
Išvada: 2,5 mm sienai apriboti aušinimo greitį iki 5 laipsnių per minutę
2,5 mm PFA šildytuvo sienelėje didžiausias leistinas aušinimo greitis, siekiant išvengti vakuumo žlugimo, yra 5 laipsniai per minutę. Greitesnis aušinimas (10–20 laipsnių / min.) gali sukurti 0,6–0,8 baro vakuumą, viršijantį kritinį PFA lenkimo slėgį (0,6–0,8 baro) ir dėl to apvalkalas susitraukia į vidų. Kad išvengtumėte griūties, aušinimo metu išleiskite baką orą, įdiekite vakuuminį pertraukiklį arba valdykite aušinimo vandens srautą, kad apribotumėte greitį. Vakuuminis pertraukiklis yra paprasčiausias, patikimiausias sprendimas. Šildytuvas gali atlaikyti vieną greitą atvėsimą, tačiau pasikartojantys įvykiai sukels nuovargio įtrūkimus. Lėtai atvėsinkite, laisvai išleiskite orą, kad nesugriūtų. PFA apvalkalas yra stipriai įtemptas, bet silpnai suspaudžiamas. Laikykitės ribos ir jūsų šildytuvas išliks apvalus. Ignoruokite tai, ir jis susiraukšlėja. Dėl raukšlių susidaro įtrūkimai. Įtrūkimai veda į nesėkmę. Išleiskite ir lėtai atvėsinkite. Tokia yra taisyklė.
