„Steam“ lentelė, kuri apibrėžia ribą
Chemijos gamykla, kuriai reikia 150 kW šilumos esant 160 laipsnių proceso temperatūrai, turi prieigą prie 12 barų garo, kuris užtikrina 191 laipsnio prisotintą temperatūrą. Šiai funkcijai skirtas metalinis šilumokaitis yra apvalkalo{5}}ir-vamzdžių blokas su 6 mm nerūdijančio plieno vamzdžio sienele. PTFE alternatyva turi būti įvertinta pagal tą patį muitą.
Esant 12 barų ir 191 laipsniui, prisotinto garo slėgis gerokai atitinka metalinių šilumokaičių diapazoną. PTFE atveju pirmasis apribojimas yra didžiausias darbinis slėgis. Standartinių PTFE šilumokaičių vardinė vertė yra 0,5–1,0 MPa (5–10 barų) esant vidutinei temperatūrai, tačiau didėjant temperatūrai slėgio vertė mažėja. Esant 190 laipsnių kampui, leistinas darbinis slėgis tipiškam PTFE vamzdžiui gali būti 0,3–0,5 MPa, o tai yra mažesnis už reikalingą garų slėgį.
Antrasis apribojimas yra{0}}nuo temperatūros priklausomas stiprumas. PTFE išlaiko maždaug 50 % savo kambario temperatūros tempimo stiprumo esant 190 laipsnių kampui, o valkšnumo greitis žymiai padidėja. Vamzdžio sienelė turi būti storesnė, kad atlaikytų slėgį aukštesnėje temperatūroje, o tai padidina šiluminę varžą ir sumažina šilumos perdavimo koeficientą.
Trečiasis apribojimas yra vidinis įtempis, kuris susidaro, kai vamzdžio sienelė šildoma garais. Vamzdžio garų pusė yra 191 laipsnio, o proceso pusė yra 160 laipsnių, o tai sukuria 31 laipsnio temperatūros skirtumą visoje sienoje. Mažo-laidumo medžiagoje šis temperatūrų skirtumas sukelia didelį šiluminį įtempį, kuris padidina slėgio įtampą.
Slėgio sulaikymo riba
Slėgio ribojimas yra pagrindinis apribojimas. Lanko įtempis plonasieniame vamzdyje, veikiant vidiniam slėgiui, yra proporcingas slėgiui ir vamzdžio skersmeniui ir atvirkščiai proporcingas sienelės storiui. PTFE vamzdžio, kurio išorinis skersmuo yra 6 mm ir sienelė 1,0 mm, lanko įtempis, esant 10 barų vidiniam slėgiui, yra maždaug 30 MPa. PTFE tempiamasis stipris 190 laipsnių kampu yra maždaug 10–12 MPa, o tai reiškia, kad vamzdis negali išlaikyti slėgio su tinkamu saugos koeficientu.
Sienelės storio padidinimas sumažina lanko įtempimą, bet padidina šiluminę varžą. 2,0 mm sienelė sumažina lanko įtempį iki 15 MPa, tai yra stiprumo ribose, tačiau šiluminė varža padvigubėja, o šilumos perdavimo koeficientas sumažėja. Šilumokaitis turi būti didesnis, kad kompensuotų, o tai padidina kapitalo sąnaudas ir vietos poreikį.
Alternatyva yra sumažinti vamzdžio skersmenį. 3 mm išorinio skersmens vamzdis su 1,0 mm sienele turi 15 MPa lanko įtempį esant 10 barų, o tai neviršija stiprumo ribos. Mažesnio skersmens vamzdis turi didesnį paviršiaus plotą tūrio vienetui, o tai iš dalies kompensuoja mažesnį šilumos perdavimo koeficientą.
Temperatūros{0}}priklausomo stiprumo riba
PTFE tempiamasis stipris mažėja didėjant temperatūrai. 20 laipsnių tempimo stipris yra maždaug 25–30 MPa. Esant 100 laipsnių, jis yra maždaug 15–18 MPa. 190 laipsnių kampu jis yra maždaug 10–12 MPa. 250 laipsnių temperatūroje jis yra maždaug 5–6 MPa.
Mažėjantis stiprumas riboja leistiną įtempį ir leistiną slėgį. Šilumokaitis, kurio vardinė vertė yra 10 barų 100 laipsnių temperatūroje, gali būti tik 4–5 barai 190 laipsnių temperatūroje. Sumažinimo koeficientas paprastai yra 0,5–0,6 esant 190 laipsnių kampui, palyginti su kambario temperatūros įvertinimu.
Sumažėjimas nėra tiesinė temperatūros funkcija. Stiprumas lėtai mažėja iki 150 laipsnių ir greičiau virš 200 laipsnių. Praktinė aukšto -slėgio garų aptarnavimo riba yra maždaug 150–180 laipsnių, o viršijus slėgis tampa per žemas daugeliui pramoninių garų sistemų.
Šliaužimo riba
Valkšnumas yra lėta medžiagos deformacija esant nuolatinei apkrovai. PTFE šliaužia kambario temperatūroje, o šliaužimo greitis didėja didėjant temperatūrai. Esant 190 laipsnių šliaužimo greitis gali būti 10–20 kartų didesnis nei esant 20 laipsnių.
Šilumokaityje šliaužimas pasireiškia kaip lėtas vamzdžio skersmens didėjimas ir lėtas sienelės storio mažėjimas. Vamzdis plečiasi veikiant vidiniam slėgiui, o sienelė plonėja. Laikui bėgant, vamzdelis gali plyšti arba iš vamzdelio -su -vamzdžio lakšto jungtimi gali nutekėti.
Valkšnumo riba paprastai išreiškiama kaip didžiausias įtempis, kuris sukuria mažiau nei 1 % deformacijos per 10 000 valandų. PTFE 190 laipsnių kampu šis įtempis yra maždaug 3–4 MPa, o tai yra daug mažesnis nei tempiamasis stipris. Valkšnumo riba, o ne tempiamasis stipris, yra ilgalaikės eksploatacijos{8}}kontrolinis parametras.
Šiluminės įtampos riba
Šiluminis įtempis vamzdžio sienelėje yra proporcingas temperatūrų skirtumui visoje sienoje, šiluminio plėtimosi koeficientui ir elastingumo moduliui. PTFE šiluminio plėtimosi koeficientas yra maždaug 12 × 10⁻⁵ / laipsnis, o modulis 190 laipsnių kampu yra maždaug 200 MPa.
Esant 31 laipsnio temperatūros skirtumui visoje sienoje, šiluminis įtempis yra maždaug 7,4 MPa. Šis įtempis padidina slėgio įtampą ir sumažina leistiną slėgį. Naudojant aukšto -slėgio garą, šiluminis įtempis gali sudaryti didelę viso įtempio dalį, todėl jis turi būti įtrauktas į projektinį skaičiavimą.
Šiluminį įtampą galima sumažinti sumažinus temperatūrų skirtumą visoje sienoje, o tai reiškia šilumos srauto mažinimą. Mažesniam šilumos srautui reikalingas didesnis paviršiaus plotas, o tai padidina kapitalo sąnaudas.
PTFE ir metalo vienetų palyginimas aukšto{0}}slėgio garų tarnyboje
Toliau pateiktoje lentelėje apibendrinamos PTFE ir nerūdijančio plieno šilumokaičių našumo ir sąnaudų charakteristikos, naudojant aukšto -slėgio garus esant 12 barų ir 191 laipsniui.
| Būdingas | Nerūdijančio plieno šilumokaitis | PTFE šilumokaitis | Privalumas |
|---|---|---|---|
| Maksimalus darbinis slėgis 191 laipsnis | 25 barai | 4-5 barai | Nerūdijantis plienas |
| Maksimali darbinė temperatūra | 400 laipsnių | 260 laipsnių | Nerūdijantis plienas |
| Tempimo stipris 191 laipsnių kampu | 140 MPa | 10–12 MPa | Nerūdijantis plienas |
| Valkšnumo riba ties 191 laipsniu | Netaikoma | 3-4 MPa | Nerūdijantis plienas |
| Šilumos laidumas | 16 W/m·K | 0.25 W/m·K | Nerūdijantis plienas |
| Bendras šilumos perdavimo koeficientas | 800 W/m²·K | 200 W/m²·K | Nerūdijantis plienas |
| Paviršiaus plotas reikalingas 150 kW | 5 m² | 20 m² | Nerūdijantis plienas |
| Šiluminis įtempis esant 31 laipsniui ΔT | 15 MPa | 7,4 MPa | PTFE |
| Cheminis atsparumas garų kondensatui | Geras | Puikiai | PTFE |
| Tarnavimo laikas garo servise | 20-30 metų | 8-12 metų | Nerūdijantis plienas |
| Kapitalo sąnaudos už 150 kW muitą | $45,000 | $38,000 | PTFE |
| Montavimo kaina | $6,000 | $5,000 | PTFE |
| Metinės priežiūros išlaidos | $1,500 | $3,000 | Nerūdijantis plienas |
| Bendra penkerių{0}} metų kaina | $82,500 | $90,000 | Nerūdijantis plienas |
Penkerių{0}}metų bendrųjų išlaidų vertės sudaro 500 USD per valandą gamybos vertę ir apima kapitalo sąnaudas, įrengimo išlaidas ir priežiūros išlaidas per penkerius metus.
Kai PTFE vis dar yra geresnis pasirinkimas
Nepaisant mechaninių apribojimų, PTFE vis dar yra geresnis pasirinkimas kai kuriose aukšto slėgio{0}}garų srityse.
Korozinio kondensato aptarnavimas.Jei garų kondensate yra korozinių medžiagų, tokių kaip chloridai ar fluoridai, nerūdijančio plieno blokas gali rūdyti, o PTFE blokas yra atsparus.
Žemo slėgio{0}}garų paslauga.Kai garų slėgis mažesnis nei 5 barai ir temperatūra žemesnė nei 150 laipsnių, PTFE mechaniniai apribojimai yra ne tokie griežti, o PTFE įrenginys gali būti konkurencingas.
Aukšto{0}}grynumo paslauga.Jei proceso skystis yra jautrus užterštumui metalo jonais, PTFE įrenginys yra geresnis pasirinkimas, nes jis neišplauna metalo jonų.
Mažos šilumos apkrovos paslauga.Esant mažoms šiluminėms apkrovoms, didesnis PTFE įrenginio paviršiaus plotas yra mažesnis apribojimas, o mažesnės kapitalo sąnaudos gali būti naudingos PTFE.
Remonto paslauga.Jei esamas šilumokaitis yra PTFE įrenginys ir garų slėgis yra padidintas, PTFE įrenginio vis tiek gali pakakti, jei slėgis neviršija sumažintos ribos.
Konstrukcijos modifikacijos, prailginančios PTFE slėgio ribą
Keletas konstrukcijos modifikacijų praplečia PTFE šilumokaičių slėgio ribą aukšto slėgio{0}}garų sistemoje.
Mažesnis vamzdžio skersmuo.Mažesnio skersmens vamzdis turi mažesnį lanko įtempį esant tokiam pat slėgiui ir sienelės storiui. 3 mm vamzdis gali atlaikyti didesnį slėgį nei 6 mm vamzdis, kurio sienelės storis toks pat.
Storesnė vamzdžio sienelė.Storesnė sienelė sumažina lanko įtempimą, bet padidina šiluminę varžą. Sienelės storis turi būti optimizuotas pagal specifinius slėgio ir šilumos perdavimo reikalavimus.
Sustiprinta vamzdžio konstrukcija.PTFE vamzdis su metaliniu arba kompozitiniu armatūra gali atlaikyti didesnį slėgį nei nesutvirtintas vamzdis. Armatūra gali būti vielos pynė, spiralinis įvyniojimas arba kompozicinis sluoksnis.
Sumažinta darbinė temperatūra.Sumažinus garų temperatūrą, sumažėja šiluminis įtempis ir padidėja medžiagos stiprumas. Mažesnis garų slėgis arba aušintuvas gali sumažinti temperatūrą.
Sumažintas šilumos srautas.Mažesnis šilumos srautas sumažina temperatūros skirtumą sienoje ir šiluminį įtampą. Reikalingas didesnis paviršiaus plotas, o tai padidina kapitalo sąnaudas.
Plaukiojantis vamzdžio lapas.Plaukiojantis vamzdžio lakštas sumažina ašinį vamzdžių ir vamzdžio lakšto įtempimą, o tai pagerina slėgio sulaikymą.
Aukšto{0}}slėgio garo paslaugos specifikacijos parametrai
Įrangos inžinieriai, vertinantys PTFE šilumokaičius aukšto slėgio garo{0}}paslaugoms, turėtų patvirtinti šiuos parametrus tiekėjui.
Garų slėgis ir temperatūra.Nurodykite didžiausią garų slėgį ir prisotintą temperatūrą.
Proceso temperatūra.Nurodykite proceso skysčio temperatūrą ir artėjimo temperatūrą.
Vamzdžio skersmuo ir sienelės storis.Nurodykite vamzdžio skersmenį ir sienelės storį pagal slėgio ir šilumos perdavimo reikalavimus.
Slėgio įvertinimas.Nurodykite slėgį darbinėje, o ne kambario temperatūroje.
Šliaužimo riba.Nurodykite šliaužimo ribą ir didžiausią leistiną įtempimą-ilgalaikei paslaugai.
Šiluminis stresas.Nurodykite šiluminio įtempio skaičiavimą ir leistiną įtempį.
Sustiprinimas.Nurodykite, ar vamzdis yra armuotas, ir armatūros tipą.
Tarnavimo trukmės reikalavimas.Nurodykite numatomą tarnavimo laiką ir keitimo grafiką.
PTFE dizaino suderinimas su garo sąlygomis
PTFE šilumokaičių, naudojamų aukšto -slėgio garų servise, apribojimai yra slėgio sulaikymas, nuo temperatūros- priklausomas stiprumas, valkšnumas ir šiluminis įtempis. Šiuos apribojimus galima valdyti modifikuojant konstrukciją, pvz., mažesnio vamzdžio skersmens, storesnės sienelės, sutvirtinimo ir sumažinto šilumos srauto. Praktinė PTFE riba aukšto slėgio garuose yra maždaug 5 barai 190 laipsnių kampu, o viršijus dizainas tampa nepraktiškas arba kapitalo sąnaudos tampa pernelyg didelės.
Pasirinkimo sprendimas turėtų būti pagrįstas konkrečia įrenginio{0}}analize, apimančia garų sąlygas, proceso reikalavimus, kapitalo sąnaudas ir priežiūros išlaidas. Paprastas skaičiuoklės modelis su šiais parametrais suteikia informaciją, reikalingą sprendimui priimti.
Aukšto slėgio{0}}garų aptarnavimo įrenginiams, vertinantiems šilumokaičio parinktis, medžiagų pasirinkimas turėtų būti pagrįstas bendromis nuosavybės išlaidomis per numatomą tarnavimo laiką, o ne tik kapitalo sąnaudas ar šilumines savybes. Metalinio įrenginio, kurio kapitalo sąnaudos didesnės, eksploatavimo trukmės sąnaudos gali būti mažesnės, jei jis gali susidoroti su garo sąlygomis nesumažėjęs.
Įrangos inžinieriai ir pirkimo specialistai, vertinantys PTFE šilumokaičio specifikacijas, skirtas aukšto -slėgio garams ar kitoms reiklioms paslaugoms, gali paprašyti projekto peržiūros, apimančios garo slėgį, garo temperatūrą, vamzdžio skersmenį, sienelės storį, slėgio įvertinimą, valkšnumo ribą ir šiluminį įtempį, kad įsitikintų, jog įrenginys atitinka faktines garo sąlygas ir įrenginio proceso reikalavimus.
