Terminis gradientas, kuris susidaro paleidimo metu
Cheminio apdorojimo įmonė paleidžia PTFE šilumokaitį atidarydama garų vožtuvą ir leisdama garams tekėti į korpusą. Garai patenka 120 laipsnių, o šilumokaitis ir proceso skystis yra 25 laipsnių. Temperatūros skirtumas garų įleidimo angoje yra 95 laipsniai.
Garai pirmiausia šildo apvalkalą ir vamzdžio lakštą įleidimo gale. Vamzdžio lakštas šildamas plečiasi, bet vamzdeliai ir vamzdžio lakštas išėjimo gale vis dar šalti. Skirtingas išsiplėtimas tarp karšto įleidimo galo ir šalto išleidimo galo sukuria vamzdžio pluošto lenkimo momentą ir šlyties įtempį vamzdžio -su{3}}vamzdžio lakštų jungtyse.
Šiluminis gradientas taip pat vystosi per vamzdžio sienelės storį. Vamzdžio sienelės garinė pusė įkaista greičiau nei proceso pusė, o temperatūrų skirtumas visoje sienoje sukuria šiluminį įtampą. PTFE vamzdžio, kurio sienelė yra 0,8 mm, o šiluminis difuziškumas 0,1 mm²/s, laikas, reikalingas, kad sienelė pasiektų šiluminę pusiausvyrą, yra maždaug 6 sekundės. Greitas paleidimas, kuris keičia garų temperatūrą greičiau nei šis pusiausvyros laikas, sukuria temperatūros gradientą visoje sienoje, kuris padidina šiluminį įtampą.
Kodėl svarbu yra rampos greitis
Rampos greitis lemia šiluminių gradientų dydį ir atsirandantį įtempį. Lėta rampa leidžia išlyginti temperatūrą vamzdžio pluošte ir vamzdžio sienelėje, o tai sumažina nuolydžius ir įtempimą. Greita rampa sukuria didelius nuolydžius ir didelį įtampą.
Greitos rampos įtempis gali viršyti PTFE takumo ribą, ypač vamzdžių{0}}į-vamzdžio lakštų jungtyse, kur įtempių koncentracija yra didžiausia. Įtempimas taip pat gali viršyti PTFE nuovargio ribą, o tai reiškia, kad pakartotinis paleidimas su greita rampa gali sukelti bendrą žalą ir galiausiai gedimą.
Rampos efektas yra ypač svarbus PTFE, nes medžiaga turi mažą šilumos laidumą ir aukštą šiluminio plėtimosi koeficientą. Mažas laidumas reiškia, kad temperatūra susilygina lėtai, o didelis plėtimosi koeficientas reiškia, kad tam tikras temperatūros skirtumas sukelia didelį plėtimąsi. Dėl šio derinio PTFE yra jautresnis šiluminiam smūgiui nei metalinės šilumokaičio medžiagos.
Vamzdžius apsaugantis greitis
Saugus rampos greitis priklauso nuo paleidimo temperatūros diapazono ir šilumokaičio konstrukcijos. Įprastam PTFE šilumokaičiui su 0,8 mm sienele ir fiksuotu vamzdžio lakštu saugus nuolydžio greitis yra maždaug 1–2 laipsniai per minutę paleidžiant nuo aplinkos iki 120 laipsnių. Šilumokaičiui su plūduriuojančiu vamzdžio lakštu saugus rampos greitis gali būti didesnis, maždaug 2–3 laipsniai per minutę, nes plūduriuojantis vamzdžio lakštas prisitaiko prie diferencinio plėtimosi.
Rampos greitis turėtų būti reguliuojamas garų vožtuvo atsidarymo greičiu. Lėtai-atsidarantis vožtuvas arba įšilimo aplinkkelio{2}}tvarka leidžia palaipsniui didinti garų srautą, o tai riboja temperatūros kilimo greitį. Greitai-atsidarantis vožtuvas sukelia greitą temperatūros kilimą ir didelį šiluminį gradientą.
Rampos greitis taip pat turėtų būti kontroliuojamas -atvėsimo laikotarpiu. Greitas vėsinimas-, pvz., staigiai uždarius garų vožtuvą arba įleidus šaltą vandenį, sukuriami tie patys šiluminiai gradientai atvirkščiai. Saugaus aušinimo-greitis paprastai yra toks pat kaip ir saugaus įkaitimo{5}}greitas.
Vamzdžio sienelės storio poveikis
Vamzdžio sienelės storis turi įtakos šiluminiam gradientui visoje sienoje paleidimo metu. Plonesnė siena turi mažesnę šiluminę varžą ir mažesnį temperatūros gradientą esant tam tikram rampos greičiui. Storesnė siena turi didesnę šiluminę varžą ir didesnį temperatūros gradientą.
0,5 mm sienai šiluminis gradientas esant 2 laipsnių per minutę greičiui yra maždaug 15 laipsnių. 1,0 mm sienai nuolydis yra maždaug 30 laipsnių. Storesnė siena turi didesnį šiluminį įtempį ir mažesnę saugią rampą.
Sienelės storio įtaka saugiam rampos greičiui yra reikšminga. Šilumokaitis su 0,5 mm sienele gali toleruoti rampos greitį, kuris yra maždaug dvigubai didesnis nei šilumokaičio su 1,0 mm sienele.
Vamzdžių lakštų dizaino poveikis
Vamzdžio lakšto konstrukcija turi įtakos vamzdžio -su{1}}vamzdžio lakštų jungčių įtempimui paleidimo metu. Fiksuotas vamzdžio lakštas riboja ašinį vamzdžių plėtimąsi, todėl vamzdeliuose susidaro gniuždymo įtempis ir vamzdžio lakšto lenkimo įtempis. Plaukiojantis vamzdžio lakštas leidžia vamzdeliams laisvai plėstis, o tai sumažina įtampą.
Fiksuoto vamzdžio lakšto saugus rampos greitis yra maždaug 1–2 laipsniai per minutę. Plaukiojančiam vamzdžio lakštui saugus rampos greitis yra maždaug 2–3 laipsniai per minutę. Plaukiojantis vamzdžio lakštas yra tinkamiausias dizainas, kai jis dažnai paleidžiamas.
Skirtingų konfigūracijų rampos normų palyginimas
Toliau pateiktoje lentelėje apibendrinamas saugus rampos greitis ir numatomas ciklo trukmė skirtingų PTFE šilumokaičių konfigūracijų eksploatavimo metu, kai paleidžiama nuo 25 laipsnių iki 120 laipsnių.
| Konfigūracija | Vamzdžio sienelės storis | Vamzdžių lakštų dizainas | Saugus rampos greitis | Terminis gradientas saugiu greičiu | Numatomas ciklo tarnavimo laikas |
|---|---|---|---|---|---|
| Standartinis fiksuoto vamzdžio lapas | 0,8 mm | Pataisyta | 1,0 laipsnio /min | 20 laipsnių | 500–800 ciklų |
| Standartinis fiksuoto vamzdžio lapas | 0,5 mm | Pataisyta | 1,5 laipsnio /min | 15 laipsnių | 800–1200 ciklų |
| Plaukiojantis vamzdžio lapas | 0,8 mm | Plaukiojantis | 2,0 laipsnio /min | 20 laipsnių | 1500–2500 ciklų |
| Plaukiojantis vamzdžio lapas | 0,5 mm | Plaukiojantis | 3,0 laipsnio /min | 15 laipsnių | 2500–4000 ciklų |
| Plaukiojantis vamzdžio lakštas su kompensacine jungtimi | 0,8 mm | Plaukiojantis | 3,0 laipsnio /min | 20 laipsnių | 2000–3500 ciklų |
| Plaukiojantis vamzdžio lakštas su lėtai{0}}atsidarančiu vožtuvu | 0,8 mm | Plaukiojantis | 2,0 laipsnio /min | 20 laipsnių | 2000–3000 ciklų |
Numatomos ciklo eksploatavimo trukmės vertės reiškia, kad kartą per dieną paleidžiama nuo aplinkos iki darbinės temperatūros ir kartą per dieną atšaldoma{0}} iki aplinkos temperatūros. Ciklo tarnavimo laikas yra ilgesnis, kai rampos greitis yra lėtesnis ir slankiojančių vamzdžių lakštų konstrukcijos.
Dizaino ypatybės, kurios padidina saugų greitį
Kelios konstrukcijos ypatybės padidina saugų rampos greitį ir sumažina šiluminio šoko riziką.
Plaukiojantis vamzdžio lapas.Plaukiojantis vamzdžio lakštas leidžia vamzdžiams laisvai išsiplėsti, o tai sumažina įtempimą vamzdžio{0}}su{1}}vamzdžio lakštų jungtyse.
Plonesnė vamzdžio sienelė.Plonesnė sienelė sumažina šiluminį gradientą ir šiluminį įtampą.
Kompensacinės jungtys korpuse.Silfoninė kompensacinė jungtis korpuse leidžia apvalkalui išsiplėsti nepriklausomai nuo vamzdžių, o tai sumažina diferencinį plėtimosi įtempį.
Lėtai{0}}atsidarantis garų vožtuvas.Lėtai{0}}atsidarantis vožtuvas riboja garų srauto padidėjimą ir temperatūros kilimo greitį.
Apšilimo aplinkkelis-.Aplenkimo sistema leidžia nedideliam garų srautui palaipsniui sušildyti šilumokaitį prieš atidarant pagrindinį garų vožtuvą.
Temperatūros stebėjimas.Temperatūros jutikliai prie šilumokaičio įėjimo ir išleidimo angų leidžia stebėti ir valdyti rampos greitį.
Naudojimo praktika, apsauganti vamzdžius
Be konstrukcijos ypatybių, eksploatavimo praktika gali apsaugoti vamzdžius nuo šiluminio smūgio.
Kontroliuojama paleidimo procedūra.Rašytinė paleidimo procedūra, nurodanti rampos greitį ir vožtuvo atidarymo seką, užtikrina, kad operatoriai laikytųsi saugaus paleidimo praktikos.
Laipsniškas garų vožtuvo atidarymas.Laipsniškai per 15–30 minučių atidarius garų vožtuvą, temperatūra gali kilti kontroliuojamu greičiu.
Apšilimo{0}}apeiti.Naudojant įšilimo{0}}apeitį, kad būtų įvestas nedidelis garų srautas prieš atidarant pagrindinį vožtuvą, sumažėja pradinis temperatūros skirtumas.
Atvėsinkite{0}}valdymą.Šilumokaičiui leidžiant palaipsniui atvėsti po išjungimo, o ne staiga uždarius garų vožtuvą ar įleidžiant šalto vandens, sumažėja terminis gradientas.
Šiluminio ciklo skaičiavimas.Paleidimų skaičiaus ir rampos greičio stebėjimas suteikia pagrindą numatyti eksploatavimo trukmę ir planuoti techninę priežiūrą.
Apsaugos nuo šiluminio smūgio specifikacijos parametrai
Įrangos inžinieriai, nurodantys PTFE šilumokaitį dažnai paleidžiant, turėtų patvirtinti šiuos parametrus tiekėjui.
Paleidimo dažnis.Nurodykite numatomą paleidimų skaičių per dieną arba per metus.
Temperatūros diapazonas.Nurodykite paleidimo ir atvėsimo{0}}temperatūrų diapazoną.
Rampos greitis.Nurodykite reikiamą rampos greitį pagal vamzdžio sienelės storį ir vamzdžio lakšto konstrukciją.
Vamzdžio sienelės storis.Nurodykite vamzdžio sienelės storį. Plonesnė siena užtikrina didesnį rampos greitį.
Vamzdžio lakštų dizainas.Nurodykite slankiojo vamzdžio lakštą, skirtą aptarnavimui dažnai paleidžiant.
Išsiplėtimo jungtys.Nurodykite, ar korpuse yra kompensacinės jungtys.
Garo vožtuvo tipas.Norėdami pašildyti, nurodykite lėtai{0}}atsidarantį vožtuvą arba aplinkkelio išdėstymą.
Temperatūros stebėjimas.Nurodykite temperatūros jutiklius ir stebėjimo metodą, skirtą rampos greičiui sekti.
Atitinka šilumokaičio konstrukciją
Paleidimo rampos greitis lemia šiluminius gradientus ir įtempį PTFE šilumokaityje paleidimo metu. Lėta rampa leidžia išlyginti temperatūrą ir sumažina įtampą. Greita rampa sukuria didelius nuolydžius ir didelį įtempį, kuris gali viršyti PTFE stiprumą ir sukelti ankstyvą gedimą.
Saugus rampos greitis priklauso nuo vamzdžio sienelės storio ir vamzdžio lakšto konstrukcijos. Standartinio fiksuoto vamzdžio lakšto su 0,8 mm sienele saugus rampos greitis yra maždaug 1–2 laipsniai per minutę. Plaukiojančiam vamzdžio lakštui su 0,5 mm sienele saugus rampos greitis gali būti 3 laipsniai per minutę arba didesnis.
Įrenginiams, vertinantiems PTFE šilumokaičio parinktis, skirtus aptarnavimui dažnai paleidžiant, rampos norma turėtų būti nurodyta pirkimo dokumentuose ir patikrinta pradedant eksploatuoti. Gamintojo pateikta numatytoji konfigūracija gali neapimti konstrukcijos ypatumų, leidžiančių didesnę rampos spartą, o dėl to atsirandantis terminis šokas gali sukelti ankstyvą gedimą.
Įrangos inžinieriai ir pirkimo specialistai, vertinantys PTFE šilumokaičio specifikacijas, skirtas aptarnavimui dažnai paleidžiant arba esant dideliam šiluminiam ciklui, gali paprašyti projekto peržiūros, apimančios paleidimo dažnį, temperatūros diapazoną, rampos greitį, vamzdžio sienelės storį, vamzdžio lakštų dizainą ir kompensacines jungtis, kad įsitikintų, jog įrenginys atitinka faktinį įrenginio veikimo ciklą ir terminio šoko reikalavimus.
