Ako ovplyvňuje koeficient tepelnej rozťažnosti PTFE návrh montáže a podpory ohrievača?

Keď sa PTFE ponorný ohrievač zahreje z teploty okolia na prevádzkovú teplotu, jeho dĺžka sa podstatne zväčší. Ak je ohrievač pevne držaný na oboch koncoch, táto expanzia spôsobuje veľké vnútorné napätie. Tento pohyb musí byť zohľadnený pri správnej montáži ohrievača a je dôležitou vlastnosťou, ktorá sa v priemyselných systémoch často ignoruje.

PTFE koeficient tepelnej rozťažnosti
Koeficient tepelnej rozťažnosti (CTE) meria, o koľko sa materiál roztiahne alebo zmrští pri každom stupni zmeny teploty. PTFE má relatívne vysoký CTE-približne 120 × 10⁻⁶ na stupeň Celzia (120 ppm na stupeň). Na porovnanie, nehrdzavejúca oceľ (304 a 316) má CTE približne 17*10^-6/C. Takže PTFE sa roztiahne približne 7-krát viac ako oceľ pri rovnakom zvýšení teploty.

Praktický výsledok je úžasný. 1 meter dlhý PTFE ohrievač zahriaty z izbovej teploty 20 stupňov na typickú prevádzkovú teplotu 100 stupňov sa roztiahne približne o:

ΔL=L 0 × CTE × ΔT=1.0 m × 120 × 10 −6 / stupeň × 80 stupňov=0.0096 m ≈ 9,6 mm

Pre pevne pripevnený komponent je zmena približne 10 mm na meter dĺžky veľmi podstatná. Pri väčších ohrievačoch s dĺžkou 3 alebo 4 metre môže byť celkové rozšírenie až 30–40 mm.

Materiálový koeficient tepelnej rozťažnosti (×10-6/ stupeň) pri 20-100 stupňoch Roztiahnutie na meter na 80 stupňov Zvýšenie PTFE 120 – 130 ≈9,6 – 10,4 mm
PFA 120 – 140 ≈9,6 – 11,2 mm
Nehrdzavejúca oceľ (304/316) 16 – 18 ≈1,3 – 1,4 mm
Titán (2. stupeň) 8 – 9 ≈0,6 – 0,7 mm
PFA je ďalší fluórpolymér, ktorý má podobne vysoký koeficient rozťažnosti. Niektoré špecializované kovové ohrievače používajú titán, ktorý sa rozťahuje ešte menej ako nehrdzavejúca oceľ. Rozdiel medzi PTFE a akýmkoľvek materiálom kovového plášťa alebo vnútorného kovového jadra je ohromujúci.

Problém montáže spôsobený vysokou expanziou PTFE
Vo všeobecnosti PTFE ponorný ohrievač obsahuje vnútorný kovový odporový drôt alebo jadro. Kovové jadro sa rozťahuje rýchlosťou asi-sedminou v porovnaní s okolitým PTFE plášťom. Keď sa ohrievač zahrieva, PTFE chce expandovať podstatne viac ako kovové jadro v ňom. Táto rozdielna expanzia spôsobuje vnútorné šmykové napätia na rozhraní medzi PTFE a kovom.

Ak je ohrievač tiež zvonku ohraničený (tvrdými svorkami, konzolami alebo prírubami na oboch koncoch), PTFE plášť sa nemôže voľne rozširovať v axiálnom smere. Takto vytvorené mechanické napätie vedie k množstvu porúch:

Vybočenie alebo vybočenie - Plášť PTFE je mäkší ako kov, a preto bude mať tendenciu vybočiť v strede smerom von, čím vznikne zakrivený alebo zvlnený tvar, ktorý môže naraziť na steny nádrže alebo iné ohrievače.

Praskanie v miestach koncentrácie napätia - Pevné svorky alebo ostré hrany podpery zvyšujú napätie. PTFE expanduje a tlačí proti týmto pevným miestam, čo môže spôsobiť tvorbu trhlín a rozšírenie po celom plášti.

Odtiahnite-od vnútorného kovového jadra - Rozdielna expanzia PTFE a kovového jadra spolu s vonkajšími obmedzeniami môže spôsobiť, že sa PTFE odtiahne od kovových koncoviek alebo sa odtrhne od jadra, čím sa odporový drôt vystaví korozívnym procesným kvapalinám.

Bežnou chybou v priemyselných inštaláciách je zaobchádzať s PTFE ohrievačom ako s kovovým ohrievačom, tj upevniť ho niekoľkými pevnými podperami pozdĺž jeho dĺžky alebo ho upnúť na hornom aj spodnom konci. Takéto taktiky sú takmer zaručené, že čoskoro zlyhajú.

Praktické pokyny pre inštaláciu tepelných expanzných ohrievačov PTFE
Základným predpokladom pre montáž PTFE tepelných expanzných ohrievačov je umožniť, aby sa ohrievač voľne rozťahoval a zmršťoval do dĺžky, ale stále zostával na určenom mieste v nádrži alebo nádobe. Odporúčané techniky zahŕňajú:

Montáž len na jeden koniec.
Ohrievač by mal byť namontovaný napevno iba na jednom mieste – často na koncovom konci (studený koniec, kde sú vytvorené elektrické pripojenia). Na druhej strane, vyhrievaná dĺžka by sa mala úplne voľne posúvať alebo pohybovať. Po dĺžke PTFE trubice nie je potrebné montovať žiadne prídavné svorky, konzoly alebo vodidlá.

Zabezpečte axiálny pohyb v-bočných konzolách-
Ak sa použije montážna konzola cez--stranu, konzola by nemala pevne zvierať PTFE puzdro. Namiesto toho by sa malo vytvoriť voľné- vedenie alebo štrbinové usporiadanie, ktoré udrží ohrievač vo zvislej polohe, ale umožní PTFE axiálne prechádzať konzolou, keď sa teplota mení. Môžete začať s vôľou približne 2-3 mm medzi plášťom a otvorom konzoly.

Vyhnite sa príliš tuhým konfiguráciám L a U
Niekedy sa pre určité konštrukcie nádrží používajú ohrievače v tvare L (s vodorovnou a zvislou nohou). Ak sú dve nohy, horizontálna a vertikálna, na svojich koncoch bezpečne upevnené, roztiahnutie jednej nohy pôsobí proti druhej a roh je vystavený značným ohybovým napätiam. V skutočnosti by PTFE ohrievač v tvare L- mal byť navrhnutý tak, aby sa jedna noha mohla voľne pohybovať, alebo by roh mal mať flexibilný prechod (napr. väčší polomer ohybu), aby absorboval rozdielnu expanziu.

Voľný koncový priestor na rozšírenie
1-metrový ohrievač rozširujúci sa o 10 mm potrebuje na svojom voľnom konci aspoň 10 mm prázdneho priestoru. Pre ohrievač, ktorý je zavesený vertikálne, to znamená, že spodná časť ohrievača by sa nemala dotýkať dna nádrže alebo čohokoľvek vo vnútri nádrže. Odporúča sa vzdialenosť 20-30 mm, aby sa kompenzovali výrobné tolerancie a prípadné odchýlky v nadmernej teplote.

Použite flexibilné vodiče namiesto pevnej hadičky Pripojené k puzdru
Vodiče z koncového konca elektrického napájania musia byť dostatočne flexibilné, aby umožnili mierny pohyb zostavy koncovky, keď sa ohrievač rozťahuje a zmršťuje. Pevné kovové vedenie, keď je pripojené priamo k krytu terminálu, môže prenášať pohybové sily na miesto pripojenia, čo môže poškodiť terminály.

Čo sa stane, keď je rozšírenie obmedzené?
Skúsenosti z terénu ukazujú, že obmedzená tepelná rozťažnosť je jednou z hlavných príčin zlyhania ohrievača PTFE po elektrickom preťažení. Bežné príznaky zlyhania zahŕňajú:

Vybočenie puzdra - Vizuálna kontrola serpentínového alebo vlnitého tvaru.

Pozdĺžne trhliny - Trhliny rovnobežné s osou ohrievača, zvyčajne začínajúce v blízkosti montážnych svoriek.

Oddelenie koncových koncov - PTFE plášť skĺzne zo zmesi na zalievanie koncoviek, čím odkryje odporový drôt alebo umožní vedenie pre prenikanie tekutiny.

Vnútorné pretrhnutie drôtu - Cykly rozťahovania a zmršťovania, keď sú zadržané, unavujú vnútorný odporový drôt v mieste vstupu do PTFE plášťa.

Montážny materiál nesmie radiálne stláčať PTFE plášť. PTFE sa plazí pod neustálym tlakom. Hadicová svorka alebo hadicová svorka upnutá okolo PTFE sa nakoniec uvoľní, keď studený materiál-tečie zo svorky a nerovnomerný tlak môže spôsobiť zlomenie.

Záver: Dobré inštalačné postupy sú rovnako dôležité ako kvalita ohrievača
Koeficient tepelnej rozťažnosti PTFE je asi sedemkrát vyšší ako v prípade nehrdzavejúcej ocele. Ohrievač PTFE s dĺžkou 1- m sa pri zahriatí z teploty okolia na 100 stupňov vysunie približne o 10 mm. Ak je táto expanzia obmedzená, vznikajúce mechanické namáhania majú za následok vybočenie, zlomenie alebo odtrhnutie PTFE puzdra.

Správne pripevnenie ohrievača tepelnou expanziou z PTFE vyžaduje jeden pevný bod, zvyčajne na koncovom konci, pričom zvyšok ohrievača sa môže axiálne pohybovať. Posúvanie by malo byť povolené cez--bočné zátvorky; Usporiadania v tvare L by nemali mať dve obmedzenia; a na voľnom konci by malo byť dostatok miesta. Tieto konštrukčné techniky nie sú voliteľné vylepšenia, ale sú rozhodujúce pre dlhú životnosť. Kvalita ohrievača je životne dôležitá, ale rovnako dôležité sú aj správne postupy inštalácie. Keď sú mechanické účinky tepelnej rozťažnosti správne riešené, PTFE ponorné ohrievače poskytujú plnú chemickú odolnosť a výhody elektrickej izolácie bez kompromisov.