Kā izvēlēties pareizo cauruli-, lai-atstarotu atstarpi PTFE apmaiņai augstas-temperatūras gāzes pakalpojumam?

Karstas gāzes -uz-gāzes siltummainī PTFE cauruļu temperatūras svārstības var būt simts vai vairāk grādiem no auksta sākuma līdz pilnīgai darbībai. Tas izraisa garo, liekto plastmasas cauruļu garuma un platuma palielināšanos. Ja urbumus stingrajās atbalsta deflektoros istabas temperatūrā izurbj ar nelielu atstarpi, izplešanās caurules tiks piespiestas cietajām malām, sasienot un, iespējams, saspiežot vai sagriežot. Pareizi noteikta aukstā izmēra klīrenss, kas ir būtisks konstrukcijas aprēķins, var novērst šo termisko lēkmi.

Šajā rakstā ir aprakstīts, kā pareizi novērtēt cauruļu deflektora atstarpi, kas nepieciešama PTFE apmaiņas gāzes pakalpojumam, ņemot vērā PTFE augsto termiskās izplešanās koeficientu un spēcīgo temperatūras gradientu, kas parasti tiek novērots gāzu{0}}apstrādes lietojumos.

Kāpēc PTFE caurules izplešas vairāk nekā metāla deflektori
Lielā termiskās izplešanās atšķirība
PTFE termiskās izplešanās koeficients (CTE) ir aptuveni desmit reizes lielāks nekā nerūsējošā tērauda koeficients. Standarta vērtības:

PTFE: 120-200 × 10-6 / grāds (atkarībā no temperatūras diapazona un orientācijas)

Nerūsējošais tērauds (304/316) 16-18 x 10-6/ grāds

PTFE caurulei, kas darbojas 200 grādu leņķī (apkārtējā temperatūra ir 20 grādi, ΔT=180 grāds), 20 mm ārējā diametra caurules radiālais izplešanās ir:

Δ L= 0 ⋅ L 0 ⋅ Δ T=20 × 150 × 10 - 6 × 180 ≈ 0,54 mm Δ D=D 0 ⋅ PTFE ⋅ Δ T=20 × 150 × 18 mm.

Nerūsējošā tērauda deflektorā ar tādu pašu sākotnējo diametru atveres līdzvērtīga izplešanās ir:

Δ Caurums​=20 × 17 × 10–6 × 180 ≈0,06 mmΔ Caurums​=20 × 17 × 10–6 × 180 ≈0,06 mm

Neto radiālās izplešanās starpība (caurule mīnus caurums) ir aptuveni 0,48 mm. Ja atstarpe istabas temperatūrā ir tikai 0,2 mm, caurule darba temperatūrā tiks piespiesta pret deflektora caurumu. Tas rada iespīlēšanu un lielus berzes spēkus un iespējamu caurules sienas saspiešanu.

Neatbilstoša klīrensa sekas
Bojājumi, kas var rasties, piespiežot PTFE cauruli pret cieto deflektora caurumu (īpaši metāla deflektoru), ir:

Sasaiste un caurules izliekšanās - Caurule nepārvietojas brīvi caur deflektoru, kā rezultātā notiek aksiāla saspiešana un izliekšanās starp balstiem.

Griezums vai nobrāzums - Metāla deflektora asa mala augstā temperatūrā var iegriezties mīkstinātajā PTFE un izraisīt noplūdi.

Pārmērīgs radiālais spiediens no pārāk cieša cauruma noved pie tā, ka caurule kļūst ovāla forma, kas pastāvīgi samazina plūsmas laukumu un palielina termisko pretestību.

Aukstai, vaļīgai caurulei, kad tā ir sasilusi, jāļauj izplesties cieši, bet brīvi pieguļot, piemēram, virzulim tās cilindrā. Pareiza atstarpe ir tāda, ka darba temperatūrā caurule vienkārši pieskaras deflektora caurumam, nesaspiežot.

Nepieciešama aukstuma klīrensa noteikšana
1. SOLIS: CAURULES VIRSMAS MAKSIMĀLĀS DARBĪBAS TEMPERATŪRAS atrašana
Gāzes -uz-gāzes apmainītājā caurules sienas temperatūra parasti ir tuvu karstās un aukstās gāzes plūsmas vidējai temperatūrai. Bet plūsma var būt nepareizi sadalīta tā, ka ir lokāli karsti plankumi. Izplešanās aprēķini balstās uz maksimālo paredzamo caurules virsmas temperatūru. Konservatīvisms Daudzi dizaineri konservatīvismam uzskata karstās gāzes temperatūru kā vissliktāko caurules temperatūru.

2. solis: Caurules radiālās izplešanās noteikšana
Izmantojot šādu formulu, aprēķiniet caurules ārējā diametra pieaugumu no atsauces temperatūras (parasti 20 grādi) līdz maksimālajai darba temperatūrai. Drošības nolūkos izmantojiet PTFE CTE augšējo robežu (piemēram, . 180-200 x 10^-6 /ºC)

3. solis: Deflektora cauruma radiālās izplešanās aprēķināšana
Deflektora materiāls, parasti nerūsējošais tērauds, oglekļa tērauds vai oderēts metāls, izplešas daudz mazāk. Neto radiālo traucējumu nulles klīrensam apkārtējās vides temperatūrā iegūst, to izplešot, lai samazinātu caurules izplešanos.

4. darbība: izvēlieties minimālo karstuma attālumu
Nepieciešama minimālā diametrālā atstarpe, lai nodrošinātu nesaistošu slīdēšanu pie maksimālās darba temperatūras. PTFE cauruļu tipiskā karstā atstarpe ir no 0,2 līdz 0,5 mm (atkarībā no caurules diametra). Tas novērš caurules radiālo izspiešanu.

5. Aprēķiniet nepieciešamo telpas -temperatūras klīrensu pretējā virzienā
Nepieciešamais aukstuma klīrenss (diametāls) ir:

Ccold=Ch+(ΔDtube-ΔDhole) Chot=Ch+(ΔDtube-ΔDhole)

Piemēram, ar caurules OD 20 mm, ΔT=180 grāds, karstā klīrensa mērķis=0.3 mm:

=0.3+(0,54–0,06)=0.78 mmCcold​=0.3+(0,54–0,06)=0.78mm

Tādējādi deflektora caurumam jābūt par 0,78 mm lielākam nekā aukstās caurules OD. Tas ir daudz brīvāks nekā 0,2–0,3 mm klīrenss, ko parasti izmanto zemas-temperatūras šķidruma pakalpojumiem.

"PTFE gāzmaiņu projektēšanas kritēriji
Ieteicamie drošie attālumi
Caurules OD (mm) Maks. darba temperatūra ( grāds ) Ieteicamā aukstā diametra atstarpe (mm)
10 150 0.4–0.6 10 200 0.6–0.8 20 150 0.6–0.8 20 200 0.8–1.1 30 200 1.0–1.4
Šie skaitļi ir balstīti uz nerūsējošā tērauda deflektoru izmantošanu un 0,3–0,5 mm karsto klīrensu. Klīrensu var samazināt par 10-15% PFA caurulēm (ar nedaudz zemāku CTE).

Izmaiņa-: mazāks atbalsts aukstumā
Brīvāks telpas temperatūras attālums nozīmē, ka caurules tiek mazāk efektīvi atbalstītas, ja siltummainis ir auksts vai tiek palaists. Tas var izraisīt:

Paaugstināta caurules vibrācija pārejošas vai zemas plūsmas apstākļos

Iespējamais caurules kontakts ar cauruli (ja atstarpes ir pārāk lielas)

Uzstādīšanas laikā cauruļu saišķis nedaudz novirzās no izlīdzināšanas

Problēmas parasti ir pieļaujamas, jo siltummainis lielāko daļu sava darbības laika pavada paaugstinātā temperatūrā, kur piepūstās caurules tiek cieši atbalstītas. Lai samazinātu aukstās vibrācijas radītās briesmas, var pievienot papildu starpposma deflektorus vai pretvibrācijas sloksnes, vai arī caurules var viegli nofiksēt pie cauruļu loksnēm.

Pareiza deflektora materiāla izvēle: metāls vai fluorpolimērs
Nepieciešamā atstarpe ir atkarīga no deflektora materiāla:

Metāla deflektori (nerūsējošais tērauds, hastelloy) - Augsta stingrība, asas malas. Nepieciešams vislielākais klīrenss, jo tie nepadodas vai neatbilst izplešanās caurulei. Mīksts PFA vai PTFE deflektors ir piedodošāks nekā metāla deflektors.

Metāla deflektori ar oderējumu - PTFE oderējums nodrošina mīkstāku nesošo virsmu, samazinot griešanas iespēju. Ieliktnis ir elastīgi deformējams, tāpēc klīrensu var nedaudz samazināt (10-20%).

Cietie PTFE vai PFA deflektori Tie izplešas gandrīz tikpat daudz kā pašas caurules. Izplešanās atšķirība starp cauruli un deflektoru ir neliela, tāpēc var izmantot ievērojami stingrāku aukstuma atstarpi (0,2-0,4 mm). Bet cietie fluorpolimēru deflektori nav tik izturīgi un var novirzīties pie liela gāzes ātruma, padarot tos nepiemērotus visiem gāzes pakalpojumiem.

TEMA standarti un PTFE
Metāla siltummaiņiem ir standarta cauruļu -līdz -deflektoru atstarpes, ko noteikusi Tubular Exchanger Manufacturers Association (TEMA). 0.4 mm mazām caurulēm un 1,2 mm lielām caurulēm ir parastie attālumi nerūsējošā tērauda caurulēm ekstremālās temperatūrās. Tomēr TEMA tieši neattiecas uz PTFE caurulēm, jo ​​PTFE caurules izplešas pavisam citādi.

PTFE siltummainim ir nepieciešama noteikta pielaide augstas temperatūras gāzes apkalpošanai. Dizaineri ievēro nozares standartus vai fluorpolimēru apmaiņas rekomendācijas (piemēram, ražotāji, piemēram, DuPont vai Chemours), nevis tikai TEMA. Konservatīva pieeja būtu par pamatu ņemt TEMA klīrensu metāla caurulēm un pievienot neto diferenciālo izplešanos starp PTFE un tēraudu.

Praktisks piemērs: klīrensa norādīšana 200 grādu gāzes pakalpojumam.
PTFE caurules ar diametru 25 mm, deflektori no 316 nerūsējošā tērauda, ​​maksimālā gāzes temperatūra 200 grādi, apkārtējās vides atskaite 20 grādi.

Aprēķins:

ΔT=180 grāds

CTE PTFE ≈ 160 x 10⁻⁶/grāds (diapazona vidusdaļa 20 līdz 200 grādiem)

CTE tērauds aptuveni 17 × 10⁻⁶ / grāds

ΔD_caurule=25 × 160e-6 × 180=0.72 mm

ΔD caurums=25 x 17e-6 x 180=0.077 mm

Neto diferenciālā izplešanās=0.72 - 0.077=0.643 mm

Karstā klīrensa mērķis=0.4 mm (25 mm OD)

Nepieciešamais attālums aukstā vietā=0.4 + 0.643=1.043 mm (apmēram 1,0–1,1 mm)

Zīmējuma specifikācija: Deflektora cauruma diametrs=Caurules ārējais diametrs (auksts) + 1.0 mm. Istabas temperatūrā derība ir diezgan slikta. Pie 200 grādiem caurule izplešas, lai aizpildītu klīrensu, sniedzot atbalstu bez saistīšanās.

Secinājums: Termiskā pietūkuma dizains
Šķietami vienkārša sprauga starp cauruli un deflektoru ir svarīga konstrukcijas iezīme, kas ir jutīga pret temperatūru PTFE gāzmainī--detaļa, kas novērš destruktīvu termisko bloķēšanu-. PTFE izplešas apmēram desmit reizes vairāk nekā nerūsējošais tērauds, tāpēc telpas temperatūras klīrenss, kas ir pietiekams šķidruma lietošanai, izraisīs saķeri un caurules bojājumus augstas temperatūras gāzes lietošanā. Var aprēķināt caurules un deflektora cauruma radiālo izplešanos un pievienot atbilstošu karstās darbības atstarpi, lai noteiktu pareizo aukstuma atstarpi. Jebkurš aprīkojums, kas uzsilst, ir jābūvē tā, lai tas pats paplašinātos. PTFE gāzmainis ar lielu atstarpi no caurules līdz deflektoram nav slikta meistarība. Tā ir gudra siltumtehnika.