ความหนาของผนังท่อ PTFE ส่งผลต่อแรงดันส่วนต่างสูงสุดที่อนุญาตในเปลือก-และ-ตัวแลกเปลี่ยนท่ออย่างไร

ขอบเขตความดันระหว่างของเหลวสองตัวในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนคือท่อ PTFE แบบบาง ความแตกต่างของแรงดันข้ามขอบนั้นอาจพุ่งสูงขึ้นเนื่องจากการปิดวาล์วอย่างรวดเร็วหรือปั๊มกระชาก ความหนาของผนังท่อเป็นด่านแรกในการป้องกันการแตกร้าว ความสมบูรณ์ทางกลสำหรับการออกแบบขีดจำกัดแรงดันต่างความหนาของผนังท่อ PTFE นั้นพิจารณาจากรูปทรง พฤติกรรมของวัสดุ และสถานการณ์การทำงานชั่วคราว ไม่ใช่สมมติฐานในสถานะคงที่-

PTFE เป็นตัวแลกเปลี่ยนขอบเขตแรงดันท่อเข้า
ในตัวแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE แบบเปลือก-และ-แบบท่อ ผนังท่อใช้เพื่อแยกของเหลวที่อาจเข้ากันไม่ได้สองตัวออก ขณะเดียวกันก็ส่งความร้อนไปด้วย ผนังท่อจึงเป็นส่วนสำคัญของความปลอดภัยและประสิทธิภาพ เนื่องจากทำหน้าที่สองฟังก์ชันนี้

แรงดันที่แตกต่างกันทั่วทั้งท่ออาจเป็นผลมาจากสภาวะการปั๊มโดยทั่วไป การไหลไม่สมดุลระหว่างด้านข้างของเปลือกและท่อ หรือเหตุการณ์ไฮดรอลิกชั่วคราว เช่น การสตาร์ทปั๊ม- การปิดเครื่อง หรือการควบคุมวาล์วอย่างรวดเร็ว การเพิ่มขึ้นของระยะเวลาสั้นๆ เหล่านี้โดยทั่วไปแล้วจะเป็นสถานการณ์การควบคุมสำหรับการออกแบบทางกล

ผนังของท่อ PTFE จึงทำหน้าที่เป็นตัวกั้นแรงดันบาง ๆ ซึ่งต้องรับน้ำหนักทั้งแบบต่อเนื่องและแบบระยะสั้น

ความหนาและความแตกต่างของผนัง ระดับความดัน
ปฏิสัมพันธ์ของเรขาคณิตและความแข็งแรงของวัสดุ
แรงดันต่างสูงสุดที่อนุญาตสำหรับท่อ PTFE ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์พื้นฐานสามประการ: เส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ ความหนาของผนัง และความแข็งแรงของวัสดุที่อุณหภูมิการทำงาน การปรับปรุงความต้านทานต่อการเสียรูปและความล้มเหลวในการระเบิดได้อย่างมากโดยการเพิ่มความหนาของผนัง

ความต้านทานแรงดันต่างของท่อที่มีความหนาของผนัง 0.5 มม. จะต่ำกว่าท่อที่มีความหนาของผนัง 1.0 มม. มากภายใต้สภาวะเส้นผ่านศูนย์กลางและอุณหภูมิเดียวกัน ความสัมพันธ์นี้มีความสำคัญเพิ่มเติมที่อุณหภูมิสูง เมื่อความแข็งแรงเชิงกลของ PTFE ลดลง

การเพิ่มอุณหภูมิจะช่วยลดแรงดันระเบิดเนื่องจากความแข็งของโพลีเมอร์ลดลงและความต้านทานการคืบ ความไวต่ออุณหภูมินี้จะต้องนำมาพิจารณาในทุกระดับของความดัน

การเพิ่มสถานการณ์สุญญากาศทำให้เกิดโหมดความล้มเหลวใหม่ หากความดันเป็นลบ ความหนาของผนังก็มีบทบาทคล้ายกัน เนื่องจากท่ออาจพังทลายลงภายใต้แรงดันภายนอก

แลกเปลี่ยน-ความปลอดภัยทางกลกับประสิทธิภาพการระบายความร้อน
ผลต่อประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน
ความหนาของผนังที่สูงขึ้นจะเพิ่มความปลอดภัยทางกล แต่มีโทษจากความร้อนด้วย ค่าการนำความร้อนต่ำของ PTFE หมายความว่าความหนาของวัสดุเพิ่มเติมใดๆ จะเพิ่มความต้านทานความร้อนทั่วทั้งผนังท่อ

ความหนาของผนังที่เพิ่มขึ้น แม้แต่เพียงเล็กน้อย ก็จะลดประสิทธิภาพโดยรวมของการถ่ายเทความร้อน และทำให้ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวม (ค่า U-) ลดลง ในทางปฏิบัติ ท่อที่หนาขึ้นอาจต้องการพื้นที่ผิวการถ่ายเทความร้อนที่สูงขึ้นหรือความยาวตัวแลกเปลี่ยนที่มากขึ้นเพื่อให้ได้หน้าที่ระบายความร้อนเท่ากัน

สิ่งนี้ทำให้การออกแบบที่เรียบง่ายต้องแลก-ระหว่างความทนทานเชิงกลและประสิทธิภาพการระบายความร้อน เมื่อปรับขีดจำกัดแรงดันส่วนต่างสำหรับความหนาของผนังท่อ PTFE ให้เหมาะสม เป้าหมายคือการค้นหาความหนาขั้นต่ำที่สามารถตอบสนองสภาวะการโหลดทางกล-กรณีที่แย่ที่สุด

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบสภาวะความดันชั่วคราว
ความสำคัญของการป้องกันไฟกระชากและบรรเทา
ในความเป็นจริง การออกแบบตัวแลกเปลี่ยนจะต้องพิจารณาถึงแรงดันที่เพิ่มขึ้นชั่วคราว และไม่ใช่แค่เพียง{0}}สถานการณ์การทำงานในสภาวะคงที่เท่านั้น การปิดปั๊มอย่างกะทันหัน การปิดวาล์วควบคุม หรือการอุดตันของการไหล สามารถสร้างความแตกต่างของแรงดันในระยะเวลาสั้นๆ ที่สูงกว่าระดับการออกแบบปกติมาก

จำเป็นต้องมีวาล์วระบายแรงดันที่ด้านข้างของเปลือกเพื่อจำกัดเหตุการณ์แรงดันต่างที่มากเกินไป เพื่อปกป้องความสมบูรณ์ของท่อ การลดไฟกระชากและการควบคุมการไล่ระดับของการทำงานของปั๊มก็เป็นกลยุทธ์ในการบรรเทาผลกระทบโดยทั่วไปเช่นกัน

โดยทั่วไป ท่อ PTFE ได้รับการออกแบบสำหรับแรงดันภายในที่เป็นบวก แต่การตรวจสอบการออกแบบควรคำนึงถึงความต้านทานการยุบตัวภายใต้สถานการณ์การโหลดภายนอกด้วย

เกณฑ์การคัดเลือกทางวิศวกรรม
ความหนาที่สมดุล ความปลอดภัย และประสิทธิภาพเชิงความร้อน
โดยปกติความหนาของผนังจะถูกเลือกจากข้อมูลพิกัดแรงดันและอุณหภูมิที่จัดทำโดยผู้ผลิต ตารางจะพิจารณา-พฤติกรรมการคืบในระยะยาว การย่อยสลายด้วยความร้อน และแง่มุมด้านความปลอดภัยที่รวมอยู่ในข้อมูลการทดสอบวัสดุ

สำหรับการออกแบบส่วนใหญ่ ความหนาของผนังที่ระบุคือค่าต่ำสุดที่ให้บัฟเฟอร์ความปลอดภัยที่เพียงพอต่อแรงดันไฟกระชากที่ใหญ่ที่สุดที่คาดการณ์ไว้ ความหนาของผนังที่ใหญ่เกินไปช่วยเพิ่มความทนทานเชิงกล แต่อาจทำให้ต้นทุนการแลกเปลี่ยนสูงโดยไม่จำเป็นและประสิทธิภาพการระบายความร้อนลดลง

ในการออกแบบที่สมดุล เราพิจารณาที่:

ความดันแตกต่าง กรณีที่เลวร้ายที่สุด ชั่วคราว

ความแข็งแรงของวัสดุและผลกระทบของอุณหภูมิการให้บริการ

ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนที่จำเป็น

อุปกรณ์ป้องกันแรงดันของระบบ

สรุป: ความหนาของผนังในฐานะพารามิเตอร์ทางความร้อน-ทางกลควบคู่
ความหนาของผนังท่อ PTFE เป็นองค์ประกอบการออกแบบที่สำคัญ ซึ่งควบคุมขีดจำกัดความดันแตกต่างที่อนุญาตในตัวแลกเปลี่ยนเปลือกและท่อได้โดยตรง ผนังที่หนากว่าจะมีความต้านทานเชิงกลได้ดีกว่า แต่ในขณะเดียวกันก็ลดประสิทธิภาพเชิงความร้อนและเพิ่มข้อกำหนดขนาดสำหรับอุปกรณ์

การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบเป็นผลให้ต้องแลก-ระหว่างความทนทานทางกลและประสิทธิภาพการระบายความร้อนโดยอิงตามแรงดันของผู้ผลิต- พิกัดอุณหภูมิและการประเมินความปลอดภัยระดับระบบ ปัจจัยด้านความปลอดภัยในการออกแบบทางกล เช่นเดียวกับในการคำนวณทางความร้อน มีความสำคัญไม่แพ้กันในงานวิศวกรรมระบบระบายความร้อน เพื่อรับประกันการทำงานที่เชื่อถือได้ทั้งในสภาวะคงที่และชั่วคราว