ค่าการนำความร้อนของท่อเหล็กเคลือบฟลูออโรโพลีเมอร์-เปรียบเทียบกับ PTFE แข็งเป็นอย่างไร

ท่อ PTFE แข็งมีความทนทานต่อสารเคมีแต่มีกลไกที่อ่อนแอ จำเป็นต้องมีผนังหนาเพื่อให้สามารถรับแรงดันที่เหมาะสมได้ ความหนานี้หมายถึงความต้านทานความร้อนได้มาก ตัวเลือกที่ดีคือท่อเหล็กที่มีฟลูออโรโพลีเมอร์ทนสารเคมีชั้นเล็กๆ อยู่ข้างใน โครงสร้างคอมโพสิตนี้มีความแข็งแรงของโลหะและทนต่อการกัดกร่อนของพลาสติก จากมุมมองด้านความร้อน ผนังบุพลาสติกบางๆ เป็นสิ่งกีดขวางที่เล็กกว่าผนังหนาของท่อ PTFE แข็งอย่างมาก และประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนโดยรวมของท่อบุในก็ดีขึ้นอย่างน่าประหลาดใจ ในบทความนี้ เราจะตรวจสอบการเปรียบเทียบระหว่างค่าการนำความร้อนของท่อเหล็กบุด้วยฟลูออโรโพลีเมอร์กับ PTFE แข็งในการใช้งานการถ่ายเทความร้อนจริง

ความต้านทานความร้อนในระบบท่อคืออะไร
แนวคิดทั่วไปสำหรับการต้านทานความร้อน
ความต้านทานรวมต่อความร้อนที่ผ่านผนังท่อคือผลรวมของความต้านทานของชั้นต่างๆ สำหรับท่อชั้นเดียว (PTFE แข็ง) ความต้านทานจะสัมพันธ์กับความหนาของผนังและเป็นสัดส่วนผกผันกับค่าการนำความร้อนของวัสดุ สำหรับท่อคอมโพสิต (เหล็กและไลเนอร์) จะมีการเพิ่มความต้านทานของเปลือกเหล็กและไลเนอร์ฟลูออโรโพลีเมอร์

ค่าการนำความร้อนของวัสดุ
ค่าการนำความร้อนของ PTFE ที่เป็นของแข็งอยู่ที่ประมาณ 0.25 W/(m·K) ที่อุณหภูมิห้อง ต่ำ-เมื่อเทียบได้กับฉนวนความร้อน

เหล็กกล้าคาร์บอนมีค่าการนำความร้อนประมาณ 45-50 W/(mK) ซึ่งมากกว่า PTFE ประมาณ 200 เท่า

ค่าการนำความร้อนของไลเนอร์ฟลูออโรโพลีเมอร์ (PTFE, PFA, FEP) ก็ต่ำเช่นกัน ประมาณ 0.20-0.25 W/(m·K)

ความแตกต่างที่สำคัญไม่ใช่ค่าการนำไฟฟ้าโดยธรรมชาติของพลาสติก แต่เป็นความหนาที่จำเป็นในแต่ละการออกแบบ

ท่อ PTFE แข็งแบบมีผนังหนา- กับท่อเหล็กแบบมีเส้น
ท่อเหล็กเคลือบฟลูออโรโพลีเมอร์- พลาสติกบาง โลหะนำไฟฟ้า
สำหรับท่อเหล็กบุผิว เปลือกเหล็กเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม และเปลือกเหล็กจะรับระดับแรงดันของโครงสร้างทั้งหมด ฟลูออโรโพลีเมอร์ ซึ่งมักเป็น PTFE หรือ PFA จะต้องมีความทนทานต่อสารเคมีเท่านั้น ดังนั้นจึงนำไปใช้เป็นสารเคลือบบางๆ ซึ่งปกติจะมีความหนา 0.5 ถึง 1.0 มม. ความหนาของผนังเหล็กถูกตั้งค่าให้มีแรงดัน (โดยทั่วไปคือ 2–5 มม.) แม้ว่าเหล็กที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูงจะมีความต้านทานความร้อนค่อนข้างน้อยก็ตาม

สำหรับท่อบุที่มีซับใน PTFE 1.0 มม. และผนังเหล็ก 3.0 มม. ความต้านทานความร้อนโดยรวมคือ:

ความต้านทานของซับ: 0.0010.25=0.004 m2K/W 0.250.001​=0.004 m2K/W

ความต้านทานต่อเหล็ก: 0.00345µ2K/W450.003​µ0.00007 m2K/W (เล็กน้อย)

ความต้านทานรวม: ~0.00407 ม. 2 กิโลวัตต์/วัตต์

นี่คือประมาณหนึ่งในสามของความต้านทานของท่อ PTFE แข็ง 3 มม. (0.012 m²K/W) ในทางปฏิบัติ ค่าการนำความร้อนของท่อเหล็กบุฟลูออโรโพลีเมอร์ตรงกันข้ามกับค่าการนำความร้อนของ PTFE แข็ง แสดงให้เห็นว่าท่อบุนั้นให้ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนโดยรวมดีกว่ามาก

เป็นวัสดุคอมโพสิตอัจฉริยะ: ผิวบางของพลาสติกที่ทนความร้อนได้บนโครงเหล็กที่แข็งแกร่งและเป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ท่อมีเส้นบุเหนือท่อพลาสติกหนาและแข็งในการแข่งขันด้านความร้อน

ความหมายเชิงปฏิบัติสำหรับการออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน
ปรับปรุงค่า U- และอุปกรณ์ที่มีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น
โดยทั่วไปความต้านทานความร้อนโดยรวมของท่อเรียงรายมักจะต่ำกว่าท่อ PTFE ตันที่มีระดับแรงดันเท่ากัน 50-70% ดังนั้นตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่ทำด้วยท่อมีเส้นสามารถมีค่า U โดยรวมได้มากกว่า สิ่งนี้เปิดใช้งานอยู่:

ลดพื้นที่ผิวการถ่ายเทความร้อนสำหรับงานที่คล้ายกัน

การออกแบบตัวแลกเปลี่ยนที่กะทัดรัดมากขึ้น

เวลาคงอยู่ของของไหลสั้นลงซึ่งอาจเป็นประโยชน์สำหรับกระแสกระบวนการที่ไวต่ออุณหภูมิ

การใช้งานทั่วไป
วิธีการนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายกับท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ (2 นิ้วขึ้นไป) และภาชนะบรรจุ เช่น เครื่องปฏิกรณ์แบบเรียงราย ถังเก็บ และตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือก-และ-แบบท่อในบริการที่มีฤทธิ์กัดกร่อนรุนแรง เช่น กรดไฮโดรคลอริก กรดซัลฟิวริกร้อน หรือตัวทำละลายคลอรีนที่มีฤทธิ์รุนแรง

ข้อควรพิจารณาทางเทคนิคที่สำคัญ
เราต้องการความสัมพันธ์ที่สมบูรณ์แบบและเป็นโมฆะ-
ไลเนอร์ฟลูออโรโพลีเมอร์จะต้องเชื่อมต่อกับซับสเตรตที่เป็นเหล็ก{0}}อย่างสมบูรณ์และเป็นโมฆะ ช่องว่างหรือการแยกชั้นจะทำให้ชั้นอากาศมีค่าการนำความร้อนเพียง ~0.025 W/(m·K)- ต่ำกว่า PTFE เพียงสิบเท่า ช่องว่างอากาศเป็นฉนวนความร้อนที่แย่มาก นอกจากนี้ยังช่วยให้ของเหลวในกระบวนการที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเข้าไปใต้ชั้นบุทำให้เกิดการกัดกร่อนภายใต้-เส้น การกัดกร่อนที่ซ่อนอยู่สามารถเจาะเปลือกเหล็กจากภายในได้อย่างรวดเร็วโดยไม่มีหลักฐานภายนอกใดๆ

ความเสี่ยงจากการแยกตัวของไลเนอร์หรือรูเข็ม
ข้อเสียหลัก-ระหว่างท่อบุท่อกับ PTFE ที่เป็นของแข็งคือโอกาสที่จะเกิดความล้มเหลวทางกลของท่อบุ หากซับในหลุดออก (ยกออกจากเหล็ก) หรือมีรูเข็ม ของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อนจะสัมผัสโดยตรงกับเหล็ก แม้แต่รูเข็มก็สามารถทำให้เกิดการกัดกร่อนเฉพาะจุดและความล้มเหลวของท่อในที่สุดได้ ดังนั้น ท่อเรียงต้องมีการควบคุมคุณภาพอย่างเข้มงวดในการผลิต- โดยทั่วไปโดยการทดสอบประกายไฟหรือการตรวจจับการหยุดทำงานของไฟฟ้าแรงสูง และการตรวจสอบเป็นระยะในการให้บริการ

กระบวนการผลิต
การนำไปใช้กับวัสดุบุผิวฟลูออโรโพลีเมอร์นั้นมีเทคนิคมากมาย:

ซับในหลวม (ไม่{0}}ถูกผูกมัด) พอดี

การติดกาวหรือการเผาผนึก (สำหรับ PTFE)

การฉีดขึ้นรูปหรือการหมุน (ในกรณีของ PFA และ FEP)

สำหรับวัสดุบุผิวที่มีการถ่ายเทความร้อนสูงสุดโดยมีการสัมผัสกับพื้นผิวทั้งหมดเป็นที่ต้องการ

สรุป: วัสดุสองชนิดรวมกันเพื่อประสิทธิภาพการระบายความร้อนที่ดีขึ้น
ท่อเหล็กที่บุด้วยฟลูออโรโพลีเมอร์เป็นการประนีประนอมทางความร้อนที่ชาญฉลาด โดยใช้ความแข็งแรงของโครงสร้างของโลหะเพื่อให้บางลงมาก และด้วยเหตุนี้จึงมีประสิทธิภาพทางความร้อนมากกว่า -การเคลือบที่ทนทานต่อการกัดกร่อน พลาสติกเป็นตัวนำที่ไม่ดี แต่ความหนาที่ต้องการลดลงอย่างมาก จาก PTFE แข็งหลายมิลลิเมตร เหลือน้อยกว่า 1 มิลลิเมตรในท่อที่มีเส้นเรียงราย มากเกินกว่าจะชดเชยได้ โครงสร้างที่ได้คือโครงสร้างคอมโพสิตที่มีคุณสมบัติการถ่ายเทความร้อนโดยรวมสูงกว่าท่อ PTFE แข็งที่มีผนังหนา- โดยยังคงความทนทานต่อสารเคมีได้ดีเยี่ยม

บ่อยครั้งที่ตัวเลือกการถ่ายเทความร้อนที่เหมาะสมที่สุดคือการผสมผสานระหว่างวัสดุสองชนิดที่แตกต่างกัน สำหรับท่อเหล็กบุฟลูออโรโพลีเมอร์- การผสมผสานระหว่างความแข็งแรงและสภาพนำไฟฟ้าของเหล็กเข้ากับความเฉื่อยทางเคมีของ PTFE ส่งผลให้ได้ส่วนประกอบที่ดีกว่าวัสดุเพียงอย่างเดียว -การปิด-ความเสี่ยงในการหลุดออกหรือรูเข็มที่อาจเกิดขึ้น-ได้รับการจัดการผ่านคุณภาพการผลิตที่เข้มงวดและการตรวจสอบตามปกติ ด้วยการป้องกันเหล่านี้ ท่อเรียงรายจึงนำเสนอโซลูชันที่สวยงามและมีประสิทธิภาพเชิงความร้อนสำหรับงานทำความร้อนหรือทำความเย็นที่มีฤทธิ์กัดกร่อน