จะเลือกเครื่องทำความร้อน PTFE ที่มีเปลือกผนัง-หนาสำหรับการใช้งานที่มีแรงดันสูง-ได้อย่างไร

เครื่องทำความร้อนแบบจุ่ม PTFE พื้นฐานที่มีผนัง 0.8 มม. นั้นเพียงพอสำหรับถังเปิดและภาชนะปิดผนึกแรงดันต่ำ แต่สำหรับเครื่องปฏิกรณ์เคมีแรงดันสูงที่ทำงานที่ 10 บาร์ขึ้นไป เครื่องทำความร้อนจะเป็นส่วนประกอบขอบเขตแรงดัน ผนังโพลีเมอร์ขนาดเล็กไม่แข็งแรงพอที่จะต้านทานแรงที่ต่อเนื่องได้ คำตอบคือเครื่องทำความร้อนแรงดันสูงที่ออกแบบมาโดยเฉพาะ - ปลอก PTFE หรือ PFA มีความหนากว่ามาก ผนังที่หนาขึ้นนี้ให้ความแข็งแรงของห่วงเชิงกลที่จำเป็นในการรองรับแรงกดได้อย่างปลอดภัย แต่มีโทษทางความร้อนที่กำหนดไว้อย่างชัดเจนซึ่งผู้ออกแบบต้องยอมรับ

แรงดันเครื่องทำความร้อน PTFE-บทบาทขอบเขตในระบบแรงดันสูง-
ปลอก PTFE ในถังเปิด (ความดันบรรยากาศ) ใช้เพื่อแยกองค์ประกอบความร้อนออกจากของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเท่านั้น ความแตกต่างของแรงดันทั่วทั้งฝักคือหัวไฮโดรสแตติกของของเหลว (ปกติคือ 0.5 บาร์) ก็เพียงพอที่จะใช้ความหนาของผนังปกติ 0,5–0,8 มม. อย่างไรก็ตาม ในภาชนะที่มีแรงดันปิดผนึก แรงดันภายในทั้งหมดจะถูกนำไปใช้กับพื้นผิวภายนอกของปลอกเครื่องทำความร้อน (สมมติว่าเครื่องทำความร้อนถูกจุ่มจนสุดและความดันถูกส่งอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งของเหลว) หรือเมื่อเครื่องทำความร้อนข้ามข้อต่อขอบเขตแรงดัน ปลอกจะต้องสามารถทนต่อแรงดันที่แตกต่างระหว่างด้านกระบวนการและองค์ประกอบความร้อนภายใน (ซึ่งอยู่ที่ความดันบรรยากาศผ่านกล่องขั้วต่อ) ไม่ว่าในกรณีใด ปลอก PTFE เป็นส่วนประกอบในการกักเก็บแรงกด และต้องสร้างอย่างเหมาะสม

เปลือกผนังหนาของเครื่องทำความร้อน PTFE ไม่ใช่วัสดุที่มีความแข็งแรงสูง และการใช้งานที่ใช้แรงดันสูงต้องใช้ความระมัดระวังทางวิศวกรรม ที่อุณหภูมิแวดล้อม ความต้านทานแรงดึงจะอยู่ที่ประมาณ 20–30 MPa แต่จะลดลงอย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิสูงกว่า นอกจากนี้ PTFE ยังแสดงการคืบคลาน (การไหลเย็น) ภายใต้ความเค้นเชิงกลอย่างต่อเนื่อง-ซึ่งจะค่อยๆ บิดเบี้ยวเมื่อเวลาผ่านไป ผนังหนาจะชดเชยสิ่งนี้ โดยกระจายความเค้นของห่วงไปบนหน้าตัดที่กว้างกว่า- และดังนั้นจึงลดความเค้นต่อหน่วยพื้นที่และเวลาที่เกิดความล้มเหลว

พารามิเตอร์การเลือกที่สำคัญสำหรับปลอก PTFE แบบผนัง-หนา
1. เกรดแรงดันและความหนาของผนัง
แรงดันใช้งานสูงสุดที่อนุญาต (MAWP) สำหรับท่อ PTFE (หรือปลอกปลายปิด-) ถูกกำหนดโดยสูตรบาร์โลว์ (สำหรับท่อที่มีผนังบาง-) หรือสมการ Lame (สำหรับท่อที่มีผนังหนา-) สำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางภายในเฉพาะ (เส้นผ่านศูนย์กลางของช่ององค์ประกอบความร้อน) ผนังยิ่งหนา ระดับแรงดันก็จะยิ่งสูงขึ้น ความหนาโดยทั่วไปของปลอก PTFE หรือ PFA แรงดันสูง ได้แก่:

ความหนาของผนัง (มม.) แรงดันสูงสุดทั่วไป (บาร์) ที่ 20 องศา ความดันสูงสุดทั่วไป (บาร์) ที่ 100 องศา 0.8 (มาตรฐาน) 3-5 1-2 1.2 8-10 3-5 1.5 12-15 5-7 2.0 18-22 8-10
หมายเหตุ: นี่เป็นค่าตัวอย่าง การให้คะแนนตามจริงขึ้นอยู่กับเกรดโพลีเมอร์ที่แม่นยำ (PTFE เทียบกับ PFA) กระบวนการผลิต (การอัดขึ้นรูปและการขึ้นรูป) และปัจจัยด้านความปลอดภัยที่ใช้ (ปกติ 3 ถึง 5 ครั้ง)

โดยปกติจะต้องมีความหนาของผนัง 1.5 มม. ขึ้นไปเพื่อให้ได้ระดับแรงดัน 10 บาร์ที่ 80 องศา สำหรับเครื่องทำความร้อนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก เช่น เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก . 10 มม. ไม่มีพื้นที่มากนักสำหรับตัวทำความร้อนที่มีผนัง 2.0 มม. และอาจต้องลดช่องภายในลง การศึกษาความเครียดต้องดำเนินการโดยผู้ผลิตเครื่องทำความร้อนตามขนาดและสภาวะการบริการที่แท้จริง

2. การเลือกวัสดุ: PTFE หรือ PFA
PTFE และ PFA เป็นทั้งฟลูออโรโพลีเมอร์ที่มีความทนทานต่อสารเคมีเทียบเท่ากัน สำหรับการใช้งานแรงดันสูง PFA ได้รับความนิยมมากกว่า PTFE ทั่วไป เนื่องจาก:

ความต้านทานแรงดึงที่แข็งแกร่ง: PFA มีความแข็งแรงเชิงกลที่ค่อนข้างแข็งแกร่งที่อุณหภูมิที่ร้อนกว่า

อัตราการคืบต่ำ: PFA มีความไวต่อการเสียรูปในระยะยาว-น้อยกว่าภายใต้แรงกดดันคงที่

ความสามารถในการขึ้นรูปหลอมที่ดีขึ้น: ปลอก PFA สามารถฉีดขึ้นรูปหรืออัดขึ้นรูปด้วยการควบคุมความหนาของผนังที่เข้มงวดยิ่งขึ้น

การอัดขึ้นรูปและการเผาผนึกอาจทำให้เกิดช่องว่างขนาดเล็ก-หรือความหนาที่แปรผันซึ่งสามารถลดระดับความดันของ PTFE ได้ ที่ความดันสูงกว่า 10 บาร์ วัสดุที่เลือกคือ PFA อย่างไรก็ตาม สามารถใช้ PTFE ที่มีผนังหนามาก (กลึงจากเนื้อแข็ง) ได้เช่นกัน

3. บทลงโทษ: เสียสละประสิทธิภาพเชิงความร้อน
ผนังที่หนาขึ้นจะเพิ่มความต้านทานการนำความร้อนผ่านฝัก ฟลักซ์ความร้อน (วัตต์ต่อตารางเมตร) จากองค์ประกอบความร้อนไปยังของเหลวในกระบวนการได้รับจากกฎของฟูริเยร์ สำหรับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างลวดทำความร้อนและของเหลวในกระบวนการ อัตราการถ่ายเทความร้อนจะลดลงตามการเติบโตของความหนาของผนัง หรือองค์ประกอบความร้อนจะต้องร้อนขึ้นภายในเพื่อให้ได้ความร้อนที่เท่ากัน

สำหรับปลอก PTFE ทั่วไปขนาด 0.8 มม. อุณหภูมิที่ตกคร่อมผนังโดยทั่วไปจะอยู่ที่ 10-20 องศาที่ความหนาแน่นวัตต์ทั่วไป (3-5 W/cm 2 ) สำหรับผนังที่มีความหนา 1.5 มม. อุณหภูมิจะลดลงประมาณ 90% (ความต้านทานเป็นสัดส่วนกับความหนา) ซึ่งหมายความว่าองค์ประกอบความร้อนภายในอาจร้อนกว่าพื้นผิวเปลือก 20-40 องศา อุณหภูมิภายในที่สูงขึ้นจะทำให้อายุการใช้งานของลวดต้านทานและฉนวนสั้นลง ดังนั้น ความหนาแน่นของวัตต์จะต้องลดลงสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบผนังหนา โดยปกติคือ 20-40% ของเครื่องทำความร้อนแบบธรรมดา

ฝักนั้นมีผนังหนา- เป็นท่อร้อยสายที่มีน้ำหนัก ทนทาน และเชื่องช้าทางความร้อน สำหรับการต้านทานแรงกดดันมหาศาล แต่ก็ต้องแลกมาด้วยการไหลของความร้อนที่ช้าลงและไม่เต็มใจมากขึ้น

4. การเก็บรักษาแรงดันและการคืบคลานในระยะยาว
PTFE และ PFA เป็นวัสดุที่ยืดหยุ่น- พวกมันจะค่อยๆ เปลี่ยนรูป (คืบ) ภายใต้แรงตึงของห่วงที่ยืดเยื้อ เมื่อเวลาผ่านไป ความหนาของผนังอาจลดลงเล็กน้อยและเส้นผ่านศูนย์กลางด้านในอาจเพิ่มขึ้น การคลายตัวนี้อาจลดแรงยึดจับบนองค์ประกอบความร้อน และอาจสร้างช่องรั่วที่ซีลขั้วต่อได้ วิธีลดการรวบรวมข้อมูล:

โดยทั่วไปแล้ว จะต้องคำนึงถึงปัจจัยด้านความปลอดภัยไม่น้อยกว่า 5 เท่าใน-ความแข็งแรงในการระเบิดของวัสดุในระยะสั้น

เครื่องทำความร้อนควรถูกสร้างขึ้นเพื่อให้ความเครียดในการทำงานต่ำกว่าความต้านทานการแตกร้าวของการคืบของวัสดุอย่างมากสำหรับอายุการใช้งานที่คาดการณ์ไว้ (เช่น . 10 ปี)

สำหรับแรงดันสูงมาก (เช่น > 15 บาร์) อาจพิจารณาใช้เครื่องทำความร้อนแบบหุ้มโลหะ-ที่มีซับ PTFE หรือเครื่องทำความร้อนโลหะเคลือบ PTFE แต่จะสูญเสียประโยชน์-ความบริสุทธิ์ของ PTFE ทั้งหมด

ผู้ผลิตควรเสนอข้อมูลการคืบหรือระดับแรงดันที่ได้รับการรับรองจากการทดสอบระยะยาว-

5. ระดับความดันหน้าแปลนและปะเก็น
หน้าแปลนติดตั้งเครื่องทำความร้อนและซีลปะเก็นก็เป็นส่วนหนึ่งของขอบเขตแรงดันเช่นกัน เปลือกผนังหนา-ไม่มีประโยชน์หากหน้าแปลนรั่ว สำหรับการใช้งานที่มีแรงดันสูง:

หน้าแปลนจะต้องเป็นวัสดุที่มีความแข็งแรงสูง (เช่น . 316 สแตนเลส L, Hastelloy หรือ Inconel) โดยมีความหนาและรูปแบบสลักเกลียวที่เหมาะสมสำหรับแรงกดในการออกแบบ

ปะเก็นควรได้รับการจัดอันดับให้มีความดันและอุณหภูมิเท่ากัน" วัสดุปะเก็นที่เหมาะสมสำหรับเครื่องทำความร้อน PTFE คือ PTFE แบบห่อหุ้ม (เช่น ซอง PTFE ที่มี Viton หรือซิลิโคนแทรก) หรือปะเก็นแผลเกลียว-ที่มีตัวเติม PTFE

บริเวณเย็นของเครื่องทำความร้อน (ส่วนที่ไม่ได้รับความร้อนเหนือของเหลว) จะต้องยาวเพียงพอและมีผนังหนา-เพียงพอที่จะทนต่อการเปลี่ยนแปลงของแรงดัน

หมายเหตุ: อัตราแรงดันของชุดเครื่องทำความร้อนแบบเต็ม (ปลอก หน้าแปลน ปะเก็น และซีลปลายสาย) ต้องได้รับการยืนยันจากผู้ผลิต ควรจัดเตรียมใบรับรองการทดสอบ (เช่น การทดสอบแรงดันไฮโดรสแตติกที่แรงดันออกแบบ 1.5 x)

ขั้นตอนการคัดเลือก: การทำงานร่วมกับผู้ผลิต
เครื่องทำความร้อน PTFE สำหรับบริการแรงดันสูงไม่มีอยู่ในสต็อก มันเกี่ยวข้องกับการทำงานมากมายกับผู้ผลิต ขอแนะนำให้:

ขั้นตอนที่ 1: กำหนดเงื่อนไขการทำงาน
พารามิเตอร์ต่อไปนี้ถูกกำหนดไว้:

แรงดันใช้งานสูงสุด (บาร์หรือ psi)

สูงสุด อุณหภูมิในการทำงาน (องศา)

ของเหลวในกระบวนการ (สำหรับการตรวจสอบความเข้ากันได้ทางเคมีกับ PTFE/PFA)

กำลังความร้อนที่ต้องการ (kW)

รูปทรงของถังหรือภาชนะ (ขีดจำกัดของพื้นที่ ความลึกของการแช่)

ปัจจัยด้านความปลอดภัยที่จำเป็น (มักจะ 3-5x)

ขั้นตอนที่ 2: ขอการออกแบบเริ่มต้น
ผู้ผลิตแนะนำตามข้อมูลทางวิศวกรรมที่เป็นความลับ (หรือการวิเคราะห์องค์ประกอบไฟไนต์เอลิเมนต์):

วัสดุเปลือก PTFE หรือ PFA

ความหนาของผนัง (ปกติ 1.2-2.5 มม.)

เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกและความยาวความร้อน

ขนาดลวดต้านทานองค์ประกอบความร้อนภายใน

ความหนาแน่นวัตต์สูงสุดที่อนุญาต (ลดลงจากมาตรฐาน)

การออกแบบโบลต์และขนาดหน้าแปลน

ขั้นตอนที่ 3: ทดสอบประสิทธิภาพการระบายความร้อน
ผู้ผลิตนำเสนออุณหภูมิที่ลดลงผ่านปลอกและอุณหภูมิองค์ประกอบภายในที่คำนวณไว้ ผู้ออกแบบตรวจสอบว่าอุณหภูมิภายในต่ำกว่าขีดจำกัดที่ปลอดภัยสำหรับฉนวนสายไฟ (โดยปกติคือ < 250 องศาสำหรับสายหุ้มฉนวน PTFE-) หากอุณหภูมิภายในสูงเกินไป การออกแบบจะเปลี่ยนโดยการขยายพื้นที่ผิวเครื่องทำความร้อน (เส้นผ่านศูนย์กลางยาวขึ้นหรือใหญ่ขึ้น) เพื่อลดความหนาแน่นของวัตต์

ขั้นตอนที่ 4: กำหนดการทดสอบและการรับรอง
แนะนำให้ใช้การทดสอบต่อไปนี้สำหรับการใช้งานที่คำนึงถึงความปลอดภัย:

การทดสอบแรงดันอุทกสถิต: เครื่องทำความร้อนจะต้องได้รับแรงดัน 1.5 เท่าของแรงดันการออกแบบด้วยน้ำที่อุณหภูมิห้องในช่วงเวลาที่กำหนด (เช่น 15 นาที) ไม่อนุญาตให้มีการรั่วไหลหรือการบิดเบือน

การทดสอบความเป็นฉนวน (ฮิโปต): หลังจากการทดสอบแรงดัน เครื่องทำความร้อนจะได้รับการตรวจสอบความสมบูรณ์ทางไฟฟ้า (เช่น. 1500 VAC เป็นเวลา 1 นาที)

การทดสอบการรั่วของฮีเลียม (เป็นทางเลือกสำหรับความบริสุทธิ์ที่สูงมาก): วางเครื่องทำความร้อนไว้ในฟิกซ์เจอร์ทดสอบ และปลอกหุ้มได้รับแรงดันด้วยฮีเลียม แมสสเปกโตรมิเตอร์ตรวจพบรอยรั่วใดๆ

สิ่งที่แนบมาด้วยคือใบรับรองความสอดคล้องกับผลการทดสอบ

ขั้นตอนที่ 5: ติดตั้งด้วยแรงบิดและการรองรับที่ถูกต้อง
หน้าแปลนแรงดันสูง-จะต้องวางด้วยแรงบิดโบลต์ที่ถูกต้องตามที่ผู้ผลิตระบุ ต้องใส่ปะเก็นอย่างถูกต้อง สนับสนุนเครื่องทำความร้อน อย่าใช้แรงดัดงอเพิ่มเติมใดๆ บนหน้าแปลนหรือปลอก ต้องมีการเชื่อมต่อแบบยืดหยุ่นระหว่างกล่องขั้วต่อเครื่องทำความร้อนกับท่อร้อยสายไฟฟ้าที่นำไปสู่ถังเพื่อให้สามารถเคลื่อนที่ได้

ความแม่นยำทางเทคนิค การจัดอันดับความดันในระยะยาว บทบาทของการคืบ
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 ปี) โดยปกติจะอยู่ที่ 20–30% ของแรงดันระเบิดในระยะสั้น- ตัวอย่างเช่น หากปลอกหนา 1.5 มม. ล้มเหลวที่ 60 บาร์ในการทดสอบระยะสั้น แรงดันที่อนุญาตในระยะยาวจะอยู่ที่ 12-18 บาร์เท่านั้น

ผู้ที่มีประสบการณ์เกี่ยวกับเครื่องทำความร้อน PTFE แรงดันสูงจะมีข้อมูลภายในจากการทดลองการคืบในระยะยาว เมื่อเลือกเครื่องทำความร้อน คุณควรขอแรงดันใช้งานต่อเนื่องสูงสุดที่อุณหภูมิที่ต้องการพร้อมอายุการใช้งานที่กำหนด (เช่น 5 ปี 10 ปี) การออกแบบอย่างระมัดระวังจะมีระดับแรงดันที่ต่ำกว่าและมีผนังที่หนาขึ้น

สรุป: -ส่วนประกอบด้านความปลอดภัยจากแรงดันที่ออกแบบเอง
ข้อกำหนดการบริการเฉพาะจะมอบให้กับผู้ผลิตที่สร้างองค์ประกอบ-ผนังหนา แรงดัน- ปลอดภัย มีความสมดุลทางความร้อน และเลือกเครื่องทำความร้อน PTFE แรงดันสูง-ที่ออกแบบเป็นพิเศษ เปลือกแบบธรรมดาขนาด 0.8 มม. ถูกแทนที่ด้วยผนัง PTFE หรือ PFA ที่มีความหนา 1.5 มม. หรือ 2.0 มม. ทำให้ห่วงมีความแข็งแรงซึ่งจำเป็นต่อการรักษาแรงดันตั้งแต่ 10 บาร์ขึ้นไป แต่ผนังที่หนากว่าจะลดประสิทธิภาพเชิงความร้อนลง และต้องลดความหนาแน่นของวัตต์ลง และยอมรับอุณหภูมิที่ลดลงทั่วทั้งเปลือกมากขึ้น หน้าแปลนยึด ปะเก็น และซีลปลายท่อทั้งหมดจะต้องมีระดับแรงดันเท่ากัน และชุดประกอบจะต้องผ่านการทดสอบและรับรองอุทกสถิต ต้องพิจารณาการคืบคลานในระยะยาวของฟลูออโรโพลีเมอร์ และใช้ปัจจัยด้านความปลอดภัยที่สำคัญ

ความปลอดภัยเป็นวัตถุประสงค์แรกของขอบเขตความดัน ซึ่งไม่สามารถ-ต่อรองได้ แม้กระทั่งประสิทธิภาพเชิงความร้อนด้วยซ้ำ เครื่องทำความร้อน PTFE สำหรับบริการแรงดันสูงไม่ใช่อุปกรณ์-ทั่วไป- เป็นภาชนะรับความดันที่สร้างขึ้นอย่างแม่นยำซึ่งเกิดขึ้นเพื่อผลิตความร้อน ด้วยตัวเลือกที่เหมาะสมและความร่วมมืออย่างใกล้ชิดกับผู้ผลิตที่มีทักษะ คุณจึงมั่นใจได้ถึงระบบทำความร้อนที่เชื่อถือได้และห้องขังที่ปลอดภัย