Ako vybrať správny dizajn dilatačného spoja pre plášť výmenníka s pevnými rúrkami z PTFE?

Pevný-potrubkový PTFE výmenník tepla je mechanicky jednoduchý a často ekonomicky atraktívny, ale jeho konštrukcia zahŕňa základný tepelný konflikt. Rúry PTFE sa pri zvyšujúcej sa teplote silne rozťahujú, ale okolitý oceľový plášť sa rozťahuje veľmi málo. Ak je pohyb obmedzený, nesúlad môže spôsobiť obrovské axiálne napätie. Niektoré časti výmenníka sa musia ohnúť, aby absorbovali túto rozdielnu expanziu. Odpoveďou je kovový vlnovcový dilatačný spoj privarený do plášťa - flexibilného segmentu podobného harmonike-, ktorý sa rozťahuje a sťahuje, keď zväzok PTFE trubíc počas prevádzky tepelne dýcha.

Zostava vlnovca je jediným najdôležitejším mechanickým komponentom v celom výmenníkovom systéme pre akýkoľvek výber výmenníka z pevnej rúrky PTFE s kompenzátorom.

Prečo sú na PTFE výmenníkoch potrebné dilatačné škáry
Extrémna tepelná rozťažnosť PTFE
Koeficient tepelnej rozťažnosti PTFE je oveľa vyšší ako uhlíková oceľ alebo nehrdzavejúca oceľ. Rúry PTFE sa môžu pri zmenách prevádzkovej teploty zväčšiť niekoľkonásobne tak, ako je veľkosť plášťa okolo nich.

Bez flexibilného systému odmeňovania môžu vzniknúť závažné problémy:

Deformácie v trubkovnici

Prasknutie trubice

Nadmerné axiálne sily

Praskanie škrupiny

Únava zvaru

Poruchy úniku

Dilatačná škára je zónou riadených pohybov a neumožňuje koncentráciu tepelných napätí v telese výmenníka.

Mech ako flexibilná tlaková hranica
Vlnovce sú kovové pľúca výmenníka, ktoré dýchajú a vychádzajú pri každom tepelnom cykle, pričom zachovávajú integritu tlakovej bariéry. Pokiaľ je zabezpečená správna flexibilita, zväzok PTFE trubíc sa môže prirodzene rozťahovať a zmršťovať bez nadmerného{1}}namáhania plášťa.

Táto prispôsobivosť musí byť navrhnutá zámerne, a nie napodobňovaná s generickým potrubným zariadením.

Kľúčové konštrukčné kritériá pre výber dilatačných škár
Plný zdvih po axiálnom smere
Najkritickejším parametrom pri dimenzovaní dilatačných škár je schopnosť axiálneho pohybu. Vlnovec sa musí bezpečne prispôsobiť celkovej odhadovanej tepelnej rozťažnosti v dôsledku PTFE rúrok v celom rozsahu prevádzkových teplôt.

Typické konštrukčné výpočty berú do úvahy:

Dĺžka trubice

Koeficient tepelnej rozťažnosti PTFE

Teplotné rozdiely pri štartovaní

Kontrakcia pri vypnutí

Situácia narušená procesom

Maximálna návrhová teplota (MDT)

Príliš krátka cesta môže spôsobiť pretiahnutie mechov alebo zlyhanie spôsobené únavou pri stlačení.

Prečo máme radi hrubé-stenové jednoduché-vrstvové mechy
Požiadavky na odolnosť voči tlaku
V prípade pevných-trubkových výmenníkov PTFE je vlnovec vystavený vnútornému tlaku plášťa, ale je tiež schopný pohybu. Tenký, viacvrstvový vlnovec, ktorý sa často používa v nízkotlakových potrubných systémoch, nemusí byť na tento účel dostatočne pevný.

Z tohto dôvodu sa často používajú hrubostenné jednovrstvové mechy.

Medzi výhody patrí:

Zvýšená pevnosť konštrukcie

Lepšia kontrola tlaku

Zvýšená tolerancia korózie

Lepšia manipulácia s odolnosťou voči poškodeniu

Nižšia náchylnosť na oddeľovanie vrstiev

Zostava vlnovca nie je len flexibilný konektor. Je to časť tlakovej nádoby, ktorá je súčasne vystavená tepelnému, tlakovému a únavovému zaťaženiu.

Výber materiálu vlnovcov
Prečo je nehrdzavejúca oceľ 316L taká bežná
Najobľúbenejším materiálom pre vlnovce plášťa výmenníka je nehrdzavejúca oceľ 316L, pretože ponúka kombináciu:

Odolnosť proti korózii

Zváracie zručnosti

Charakteristiky únavy

Dostupnosť:

Mechanická ohýbateľnosť

Odolnosť proti atmosférickej korózii je potom rozhodujúcim faktorom, pretože vlnovec je zvyčajne na vonkajšej strane plášťa a nie je v priamom kontakte s agresívnou procesnou chémiou.

Nebezpečenstvo vonkajšej korózie
Prostredie rastlín, kde sa mechy nachádzajú, ich môže vystaviť:

Kyslé výpary

Soľ-veľká vlhkosť

Umyte chemikálie

* Postup pri rozliatí

Kontaminácia chloridom

Najmä stopové chloridy sú veľmi škodlivé, pretože môžu spôsobiť vonkajšie korózne praskanie vlnovcov z nehrdzavejúcej ocele pri namáhaní v ťahu.

Proces výberu materiálu preto musí brať do úvahy pracovný proces a environmentálnu expozíciu okolo inštalácie výmenníka.

Dizajn únavového života a konvolúcie
Úloha konvolučnej geometrie
Zákruty sú zvlnenia, ktoré sa pohybom tepla stláčajú a predlžujú, aby vytvorili pružnosť mechu.

Dizajn pozostáva z:

Počet závitov

Výška konvolúcie

Tvar ihriska

Hrúbka stien

Axiálna konštanta pružiny

Príliš málo závitov môže spôsobiť príliš veľkú tuhosť a príliš veľa závitov môže spôsobiť menšiu tlakovú schopnosť a odolnosť proti únave.

Problémy s tepelným cyklovaním
Výmenníky, ktoré prechádzajú mnohými spúšťacími-zapínaniami, vypínaniami alebo dávkovým procesom, sú vystavené opakovaným teplotným cyklom, ktoré spôsobujú cyklické namáhanie materiálu vlnovcov.

Pre aplikácie s vysokým{0}}cyklom sú potrebné konštrukcie mechov odolných voči únave.

Ďalšie technické opatrenia môžu zahŕňať:

Optimalizovaný tvar konvolúcie

Oblasti zníženej koncentrácie stresu

Vylepšená kontrola kvality zvaru

Obmedzenia pohybu

Časti zosilnených golierov

Únavové zlyhanie sa zvyčajne vyskytuje progresívne iniciáciou trhlín v silne namáhaných koreňoch konvolúcie.

Zhoda s normami EJMA a ASME
Kritériá dizajnu EJMA
Dilatačné spoje v plášťoch výmenníkov udržiavajúcich tlak musia byť navrhnuté v súlade s kritériami špecifikovanými Asociáciou výrobcov kompenzátorov (EJMA).

Prístup EJMA poskytuje návrhy týkajúce sa:

Výpočet stresu

Analýza únavy

Hodnotenie tlaku

Obmedzenia pohybu

Predpoveď sily pružiny

Predikcia životného cyklu

ASME Príloha 26
V aplikáciách tlakových nádob môže ASME príloha 26 tiež usmerňovať konštrukciu vlnovca a hodnotenie povoleného napätia.

Použitie zavedených konštrukčných kódov pomáha zabezpečiť, aby sa kompenzátor považoval za plne skonštruovaný tlakový komponent a nie za príslušenstvo.

Ochrana mechov pred mechanickým poškodením
Význam vonkajších krytov
Vonkajšie mechanické poškodenie vlnovcových závitov nástrojmi, chodením, padajúcimi predmetmi alebo údržbárskymi prácami môže spôsobiť zraniteľnosť.

Preto by mala byť skupina vlnovcov vybavená vonkajším ochranným krytom.

Plášť chráni pred:

Poškodenie vplyvom nárazu

Náhodná deformácia

Hromadenie trosiek

Expozícia počasiu

Personálny kontakt.

Fyzická ochrana je životne dôležitá pre dlhodobú spoľahlivosť, pretože malé preliačenie alebo deformácia môže výrazne znížiť únavovú životnosť.

Prečo vypnuté--dilatačné spoje police nefungujú
Technické požiadavky na mieru
Pevný- rúrkový výmenník PTFE vedie k veľmi špecializovaným podmienkam zaťaženia:

Vysoký tepelný posun

tlak »

Cyklické zaťaženie

Vystavenie korozívnemu prostrediu

Mechanické trasenie

Ex{0}}-policové kompenzátory potrubia sú v prevádzke len zriedka vhodné, pretože nie sú určené na splnenie kombinovaných požiadaviek na pohyb a tlak pri servise výmenníka PTFE.

Namiesto toho by mala byť každá zostava vlnovca skonštruovaná tak, aby vyhovovala geometrii výmenníka a prevádzkovým podmienkam.

Zhrnutie
Dilatačný spoj je dômyselne skonštruovaný flexibilný článok, ktorý prekonáva základnú dilemu tepelného namáhania s pevným-trubkovým výmenníkom tepla PTFE. Vlnovec bezpečným spôsobom kompenzuje veľký teplotný rozdiel medzi PTFE rúrkami a okolitým oceľovým plášťom a zabraňuje škodlivému mechanickému zaťaženiu výmenníka pri zachovaní integrity tlaku.

Voľba pevného rúrkového PTFE výmenníka s vhodne dimenzovaným kompenzátorom je výsledkom starostlivého zváženia kapacity axiálneho zdvihu, hrúbky steny, konvolučnej geometrie, odolnosti proti únave, odolnosti proti korózii a dodržiavania konštrukčných noriem EJMA alebo ASME. Pre dlhodobú-životnosť je rovnako dôležitá správna vonkajšia ochrana a kompatibilita so životným prostredím.

Jedným z najspoľahlivejších strojov v technike tepelných zariadení je často ten, ktorý je určený na prispôsobenie sa vlastnému vnútornému pohybu s gráciou, namiesto toho, aby mu tvrdo odolával.