Kā izvēlēties PTFE sildītāju ar biezu{0}}sienas apvalku lietošanai augsta spiediena{1}}

Atvērtām tvertnēm un zemspiediena hermētiskām tvertnēm pilnībā pietiek ar pamata PTFE iegremdēšanas sildītāju ar 0,8 mm sienu. Bet augstspiediena ķīmiskajam reaktoram, kas darbojas ar 10 bāriem un vairāk, sildītājs ir spiediena robežkomponents. Mazā polimēra siena vienkārši nav pietiekami izturīga, lai izturētu ilgstošu spēku. Atbilde ir speciāli izstrādāts augstspiediena sildītājs - PTFE vai PFA apvalks ir daudz biezāks. Šī biezākā siena nodrošina nepieciešamo mehānisko loka stiprību, lai droši noturētu spiedienu, taču ar labi definētu termisko sodu, kas dizainerim ir jāpieņem.

PTFE sildītāja spiediena-robežu loma augsta spiediena{1}}sistēmās
PTFE apvalks atvērtā (atmosfēras spiediena) tvertnē ir paredzēts tikai sildelementa izolēšanai no korozīvā šķidruma. Vienīgā spiediena atšķirība apvalkā ir šķidruma hidrostatiskā galva (parasti 0,5 bāri). Pietiek ar parasto sienas biezumu 0,5–0,8 mm. Tomēr noslēgtā spiediena traukā viss iekšējais spiediens tiek piemērots sildītāja apvalka ārējai virsmai (pieņemot, ka sildītājs ir pilnībā iegremdēts un spiediens tiek vienmērīgi pārnests pa visu šķidrumu). Vai arī, kad sildītājs šķērso spiediena robežu, apvalkam jāspēj izturēt diferenciālo spiedienu starp procesa pusi un sildelementu iekšpusē (kas atrodas atmosfēras spiedienā caur spaiļu kārbu). Jebkurā gadījumā PTFE apvalks ir spiedienu noturoša sastāvdaļa, un tas ir pareizi jāveido.

PTFE sildītāja biezās sienas apvalks nav augstas stiprības materiāls, un lietojumiem, kuros izmanto augstu spiedienu, nepieciešama rūpīga projektēšana. Apkārtējā temperatūrā stiepes izturība ir aptuveni 20–30 MPa, bet augstākā temperatūrā tā strauji samazinās. PTFE arī parāda šļūde (aukstā plūsma) pastāvīgā mehāniskā spriedzē,{4}}tā laika gaitā lēnām izkropļosies. Bieza siena to kompensē, sadalot loka spriegumu plašākā-šķērsgriezumā un tādējādi samazinot spriegumu uz laukuma vienību un laiku līdz atteicei.

Svarīgi atlases parametri biezām{0}}PTFE uzmavām
1. Spiediena pakāpe un sienas biezums
Maksimālais pieļaujamais darba spiediens (MAWP) PTFE caurulei (vai slēgtam -gala apvalkam) tiek noteikts pēc Bārlova formulas (plānas -sienu caurulēm) vai Lame vienādojuma (caurulēm ar biezām -sienu). Konkrētam iekšējam diametram (sildīšanas elementa dobuma diametram), jo biezāka ir siena, jo augstāks ir spiediena rādītājs. Tipiski augstspiediena PTFE vai PFA apvalku biezumi ir:

Sienas biezums (mm) Tipisks maksimālais spiediens (bar) pie 20 grādiem Tipisks maksimālais spiediens (bar) pie 100 grādiem 0,8 (standarta) 3-5 1-2 1.2 8-10 3-5 1.5 12-15 5-7 2.0 18-22 8-10
Piezīme. Šīs ir vērtību piemēri. Faktiskie vērtējumi ir atkarīgi no precīzas polimēra kvalitātes (PTFE pret PFA), ražošanas procesa (ekstrudēta vai formēta) un izmantotā drošības koeficienta (parasti 3 līdz 5 reizes).

Lai sasniegtu 10 bāru spiedienu 80 grādu temperatūrā, parasti ir nepieciešams 1,5 mm vai vairāk sienas biezums. Maza diametra sildītājiem, piemēram, . 10 mm ārējais diametrs, sildelementam ar 2,0 mm sienu nav daudz vietas, un var būt nepieciešams nolaist iekšējo dobumu. Sprieguma izpēti sildītāja ražotājs veic faktiskajiem izmēriem un ekspluatācijas apstākļiem.

2. Materiāla izvēle: PTFE vai PFA?
PTFE un PFA ir fluorpolimēri ar salīdzināmu ķīmisko izturību. Augstspiediena lietojumos PFA ir priekšroka salīdzinājumā ar parasto PTFE, jo:

spēcīgāka stiepes izturība: PFA ir nedaudz spēcīgāka mehāniskā izturība karstākā temperatūrā.

Zemāks šļūdes ātrums: PFA ir mazāk pakļauts ilgstošai -deformācijai pastāvīgā spiedienā.

Uzlabota kausējuma apstrādājamība: PFA apvalkus var iesmidzināt vai izspiest, stingrāk kontrolējot sienas biezumu.

Kompresijas formēšana un saķepināšana var radīt mikro{0}}tukšumus vai biezuma atšķirības, kas var pazemināt PTFE spiedienu. Ja spiediens ir lielāks par 10 bāriem, izvēlētais materiāls ir PFA. Tomēr var izmantot arī ļoti biezu sienu PTFE (mehāniski izgatavotu no cieta materiāla).

3. Sods: termiskās efektivitātes upurēšana
Biezāka siena palielina vadīšanas siltuma pretestību pāri apvalkam. Siltuma plūsmu (vati uz kvadrātmetru) no sildelementa uz procesa šķidrumu nosaka Furjē likums. Pie noteiktas temperatūras starpības starp sildīšanas vadu un procesa šķidrumu siltuma pārneses ātrums samazinās, palielinoties sienas biezumam. Vai arī sildelementam iekšēji ir jādarbojas karstāk, lai iegūtu tādu pašu siltuma jaudu.

Tipiskam 0,8 mm PTFE apvalkam temperatūras kritums pāri sienai parasti ir 10-20 grādi pie parastā vatu blīvuma (3–5 W/cm2). 1,5 mm biezai sienai temperatūras pazemināšanās palielinās par aptuveni 90% (pretestība ir proporcionāla biezumam). Tas nozīmē, ka iekšējais sildelements var būt par 20-40 grādiem karstāks nekā apvalka virsma. Augstāka iekšējā temperatūra saīsina pretestības stieples un izolācijas kalpošanas laiku. Tāpēc biezu sienu sildītājiem vatu blīvums ir jāsamazina, parasti par 20–40% no parastajiem sildītājiem.

Apvalks ir ar biezām -sienām, smags, izturīgs, termiski gauss vads, lai izturētu milzīgo spiedienu, taču uz lēnākas, negribīgākas siltuma plūsmas rēķina.

4. Ilgtermiņa spiediena saglabāšana un šļūde
PTFE un PFA ir visko{0}}elastīgi materiāli. Ilgstoša stīpas nospriegojuma rezultātā tie lēnām deformēsies (izlīst). Laika gaitā sienas biezums var nedaudz samazināties un palielināties iekšējais diametrs. Šī atslābināšana var samazināt spailes spēku uz sildelementu un potenciāli radīt noplūdes kanālu pie spailes blīvējuma. Lai samazinātu pārmeklēšanu:

Parasti tiek ņemts drošības koeficients, kas nav mazāks par 5 x materiāla īstermiņa pārraušanas izturībai.

Sildītājs ir jākonstruē tā, lai ekspluatācijas spriegums būtu ievērojami zemāks par materiāla šļūdes pārrāvuma izturību paredzētajā kalpošanas laikā (piemēram, . 10 gadi).

Ļoti augsta spiediena gadījumā (piem., > 15 bar) var apsvērt sildītāju ar metāla-apvalku ar PTFE starpliku vai ar PTFE pārklātu metāla sildītāju, taču tie zaudē visu -PTFE tīrības priekšrocības.

Ražotājam ir jāpiedāvā šļūdes dati vai sertificēts spiediena novērtējums no ilgtermiņa{0}}testēšanas.

5. Atloka un starplikas spiediena klase
Sildītāja montāžas atloks un blīves blīvējums arī ir daļa no spiediena robežas. Biezs-sienas apvalks nav lietderīgs, ja atlokam ir noplūde. Lietošanai ar augstu spiedienu:

Atlokam ir jābūt no augstas stiprības materiāla (piem., . 316L nerūsējošā tērauda, ​​Hastelloy vai Inconel), ar atbilstošu biezumu un skrūvju zīmējumu paredzētajam spiedienam.

Blīvei jābūt novērtētai ar tādu pašu spiedienu un temperatūru." PTFE sildītājiem piemērotie starpliku materiāli ir iekapsulēts PTFE (piemēram, PTFE apvalks ar Viton vai silikona ieliktni) vai spirālveida -blīves ar PTFE pildvielu.

Sildītāja aukstajai zonai (neapsildītajai daļai virs šķidruma) jābūt pietiekami garai un pietiekami biezai{0}}sienai, lai izturētu spiediena izmaiņas.

Piezīme: ražotājam ir jāapstiprina visa sildītāja komplekta (apvalks, atloka, blīve un gala blīvējums) spiediena reitings. Jāiesniedz pārbaudes sertifikāts (piemēram, hidrostatiskā spiediena pārbaude pie 1,5 x projektētā spiediena).

Atlases darbplūsma: darbs ar ražotāju
PTFE sildītājs augstspiediena apkalpošanai nav noliktavā. Tas ir saistīts ar lielu darbu ar ražotāju. Ieteicams:

1. darbība: definējiet darbības apstākļus
Ir noteikti šādi parametri:

Maksimālais darba spiediens (bar vai psi)

Maks. darba temperatūra ( grādi )

Procesa šķidrums (ķīmiskās saderības ar PTFE/PFA pārbaudei)

Nepieciešamā siltuma jauda (kW)

Tvertnes vai tvertnes ģeometrija (telpas ierobežojumi, iegremdēšanas dziļums)

Nepieciešamais drošības koeficients (bieži vien 3–5x)

2. darbība: pieprasiet sākotnējo dizainu
Pamatojoties uz konfidenciāliem inženiertehniskajiem datiem (vai galīgo elementu analīzi), ražotājs iesaka:

PTFE vai PFA apvalka materiāls

Sienas biezums (parasti 1,2-2,5 mm)

Ārējais diametrs un sildīšanas garums

Iekšējā sildelementa pretestības stieples izmērs

Maksimālais pieļaujamais vatu blīvums (samazināts no standarta)

Skrūvju dizains un atloka izmērs

3. darbība: pārbaudiet termisko veiktspēju
Ražotājs piedāvā prognozēto temperatūras kritumu caur apvalku un aprēķināto iekšējo elementu temperatūru. Projektētājs pārbauda, ​​vai iekšējā temperatūra ir zemāka par vadu izolācijas drošām robežām (parasti < 250 grādi PTFE-izolētajiem vadiem). Ja iekšējā temperatūra ir pārāk augsta, dizains tiek mainīts, paplašinot sildītāja virsmas laukumu (garāku vai lielāku diametru), lai samazinātu vatu blīvumu.

4. darbība: definējiet testēšanu un sertifikāciju
Drošības ziņā jutīgām lietojumprogrammām ieteicams veikt šādus testus:

Hidrostatiskā spiediena pārbaude: sildītāju uz noteiktu laiku (piem., 15 minūtes) pakļauj 1,5 reizes lielākam spiedienam ar ūdeni istabas temperatūrā. Nav pieļaujama noplūde vai deformācija.

Dielektriskās stiprības tests (hipot): pēc spiediena pārbaudes tiek pārbaudīta sildītāja elektriskā integritāte (piem., . 1500 VAC 1 minūti).

Hēlija noplūdes tests (pēc izvēles ļoti augstai tīrības pakāpei): sildītāju ievieto testa iekārtā, un apvalks tiek pakļauts spiedienam ar hēliju. Jebkuras noplūdes nosaka masas spektrometrs.

Pielikumā ir sertifikāts par atbilstību testa rezultātiem.

5. solis: uzstādiet ar pareizu griezes momentu un atbalstu
Augstspiediena{0}}atloks ir jānovieto ar pareizo skrūvju griezes momentu, kā norādījis ražotājs. Blīvei jābūt pareizi novietotai. Atbalstiet sildītāju. Nepiemērojiet papildu lieces slodzi uz atloku vai apvalku. Starp sildītāja spaiļu kārbu un elektrisko vadu, kas ved uz tvertni, jānodrošina elastīgs savienojums, lai nodrošinātu jebkādu kustību.

Tehniskā precizitāte Ilgtermiņa spiediena novērtējums Šļūdes loma
In the case of high pressure applications, the limitation of PTFE is not its short-term strength but its creep behaviour. A PTFE tube under constant internal pressure will slowly increase in diameter (diametral creep). If the expansion is limited by the heating element or the mounting framework, the stress may relax, but if not limited the wall may thin and eventually burst. The permissible operating pressure for long-term service (>1 gads) parasti ir 20–30% no īstermiņa pārraušanas spiediena. Piemēram, ja 1,5 mm biezs apvalks īstermiņa pārbaudē neizdodas pie 60 bāriem, pieļaujamais spiediens ilgtermiņā ir tikai 12-18 bāri.

Tiem, kuriem ir pieredze ar augstspiediena PTFE sildītājiem, būs iekšējie dati no ilgtermiņa šļūdes eksperimentiem. Izvēloties sildītāju, jums ir jāpieprasa augstākais nepārtrauktais darba spiediens vēlamajā temperatūrā ar noteiktu kalpošanas laiku (piemēram, 5 gadi, 10 gadi). Piesardzīgam dizainam būtu zemāks spiediena rādītājs un biezāka siena.

Secinājums: pielāgota{0}}izstrādāta spiediena drošības sastāvdaļa
Īpašas apkalpošanas prasības ir norādītas ražotājam, kurš izveido biezu -sienu, spiediena-drošu, termiski līdzsvarotu elementu un izvēlas pielāgotu-augstspiediena PTFE sildītāju. Parastais 0,8 mm apvalks tiek aizstāts ar PTFE vai PFA sienu, kuras biezums ir 1,5 mm vai 2,0 mm, nodrošinot loka stiprību, kas nepieciešama 10 bar un lielāka spiediena uzturēšanai. Bet biezāka siena samazina termisko efektivitāti un prasa samazināt vatu blīvumu un pieņemt lielāku temperatūras kritumu visā apvalkā. Visiem montāžas atlokiem, blīvei un gala blīvei jābūt ar vienādu spiedienu, un komplektam jābūt hidrostatiskam testam un apstiprinātam. Jāņem vērā fluorpolimēra ilgtermiņa šļūde un jāizmanto liels drošības faktors.

Drošība ir pirmais spiediena robežas mērķis, kas nav-apspriežams, pat pārsniedzot termisko efektivitāti. PTFE sildītājs augstspiediena apkalpošanai nav -no-nopērkama ierīce. Tā ir precīzi konstruēta spiedtvertne, kas ražo siltumu. Ar pareizo izvēli un ciešu sadarbību ar kvalificētu ražotāju jūs varat būt pārliecināti par uzticamu apkuri un drošu norobežojumu.