Ovalnost, ki krajša življenje
Cev izmenjevalnika toplote iz PTFE s popolnoma okroglim prerezom-enakomerno porazdeli notranji tlak pare po obodu. Obročna napetost je v vseh točkah enaka. Cev enakomerno polzi in tanjšanje sten napreduje predvidljivo.
Cev s celo rahlo ovalnostjo koncentrira napetost na točkah najmanjšega polmera ukrivljenosti. Obročna napetost je višja tam, kjer je stena močneje ukrivljena. Lezenje se pospeši na teh-obremenjenih lokacijah. Stanjšanje sten postane ne-enakomerno. Tlak porušitve-notranji tlak, pri katerem cev poči-pade hitreje, kot predvidevajo enotni-modeli sten.
Razmerje med začetno ovalnostjo in dolgotrajnim-zadrževanjem porušitvenega tlaka je merljivo. Določanje tolerance ovalnosti v času izdelave zagotavlja, da cev ohrani ustrezno tlačno zmogljivost skozi celotno življenjsko dobo.
Koncentracija napetosti iz ovalnosti
Za popolnoma okroglo cev s tankimi{0}}stenami je obročna napetost: σ=P × D / (2 × t), kjer je P notranji tlak, D povprečni premer in t debelina stene. To je standardna formula Barlow.
Pri ovalni cevi je obročna napetost na točki najmanjšega polmera večja. Faktor koncentracije napetosti K je odvisen od ovalnosti, opredeljene kot: Ovalnost (%)=(Dmax - Dmin) / Dnominalno × 100.
Pri 2-odstotni ovalnosti je faktor koncentracije napetosti približno 1,15-kar pomeni 15-odstotno povečanje lokalne obročne napetosti. Pri 5 % ovalnosti je K ≈ 1,35. Pri 10 % ovalnosti je K ≈ 1,70. Povečana obremenitev povzroči hitrejše lezenje na mestih visoke ukrivljenosti. Cev postopoma postaja bolj ovalna, saj lezenje stanjša steno prednostno na teh mestih. Povratna zanka se pospeši.
Tabela 1: Vpliv ovalnosti na 5-letno zadrževanje porušitvenega tlaka (10 mm OD × 1 mm stensko modificiran PTFE, 3 barg para pri 143 stopinjah)
| Začetna ovalnost (%) | Faktor koncentracije napetosti (K) | Tanjšanje sten po 5 letih (% izvirnika) | Ohranjanje porušitvenega tlaka po 5 letih (% izvirnika) | Dispozicija |
|---|---|---|---|---|
| < 1.0 | < 1.08 | 5-8% (enotno) | 85-90% | Sprejemljivo za 10+-letno storitev |
| 1.0-2.0 | 1.08-1.15 | 8-12 % (nekoliko neenotno) | 78-85% | Sprejemljivo za 5-8 let delovanja |
| 2.0-3.0 | 1.15-1.22 | 12-18 % (merljivo neenotno) | 70-78% | Obrobno; skrajša interval pregledov |
| 3.0-5.0 | 1.22-1.35 | 18-28 % (vidno neenakomerno) | 60-70% | Zamenjajte v 3 letih |
| > 5.0 | > 1.35 | >28 % (pospeševanje) | < 60% | Zamenjajte ob naslednji priložnosti |
Vrednosti, izračunane za modificiran PTFE pri 143 stopinjah nasičene pare. Virgin PTFE kaže približno 30-50 % hitrejše tanjšanje stene pri enaki ovalnosti zaradi višje stopnje lezenja.
Specifikacije ovalnosti izdelave
PTFE cevi se proizvajajo z ekstrudiranjem paste. Postopek iztiskanja naravno povzroči določeno stopnjo ovalnosti. Kot-ekstrudirana ovalnost je odvisna od zasnove ekstrudijske matrice, izvlečne-napetosti in hitrosti hlajenja.
Standardne komercialne PTFE cevi imajo običajno ovalnost 1-3%. To zadostuje za večino aplikacij toplotnih izmenjevalcev, ki delujejo pod tlakom pare pod 4 bari. Za storitve pri višjem tlaku ali zahteve po podaljšani življenjski dobi je treba določiti cev z ovalnostjo pod 1,5 %.
Ovalnost se meri z mikrometrom ali optičnim primerjalnikom na več točkah vzdolž vsake cevi. Za kritične aplikacije se priporoča 100-odstotni pregled ovalnosti cevi na sredini in na obeh koncih. Merilne podatke je treba vključiti v dokumentacijo o certificiranju materiala.
V-nadzoru ovalnosti storitev
Ovalnost cevi se sčasoma poveča zaradi lezenja na visoko{0}}točkah napetosti. Periodično merjenje ovalnosti cevi med načrtovanim vzdrževanjem zagotavlja zgodnje opozorilo o bližajočem se koncu življenjske dobe. Trend povečevanja ovalnosti kaže, da se lezenje pospešuje in tanjšanje sten postaja ne-enakomerno.
Ko ovalnost med-delovanjem doseže 5 %, je cev porabila približno 50–60 % svoje uporabne dobe lezenja. Zamenjava mora biti načrtovana. Ko ovalnost doseže 8-10 %, se varnostni faktor porušitvenega tlaka približa najnižji sprejemljivi ravni, zato je priporočljiva takojšnja zamenjava.
Povzetek
Začetna ovalnost cevi neposredno vpliva-na dolgotrajno zadrževanje porušitvenega tlaka v PTFE toplotnih izmenjevalnikih. Ovalnost pod 2 % zagotavlja enakomerno lezenje in predvidljivo tanjšanje stene v 5-8 letih delovanja. Ovalnost nad 3 % pospeši ne-enakomerno tanjšanje na točkah visoke ukrivljenosti, kar zmanjša zadrževanje porušitvenega tlaka na 60–70 % v 5 letih.
Določanje tolerance ovalnosti manj kot ali enako 2 % pri proizvodnji in spremljanje ovalnosti med servisiranjem zagotavlja merljivo osnovo za napovedovanje življenjske dobe in načrtovanje zamenjave.
Tehnične specifikacije za merila sprejemljivosti ovalnosti PTFE cevi v posebnih aplikacijah toplotnega izmenjevalnika so na voljo ob predložitvi parnega tlaka, zahtevane življenjske dobe, dimenzij cevi in trenutnih inšpekcijskih postopkov.
