จะเลือกการออกแบบข้อต่อขยายที่ถูกต้องสำหรับเชลล์ตัวแลกเปลี่ยน PTFE แบบ Tubesheet แบบคงที่ได้อย่างไร

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE แบบแผ่นท่อคงที่-นั้นมีกลไกที่เรียบง่ายและมักจะมีความน่าสนใจในเชิงเศรษฐกิจ แต่การออกแบบนั้นเกี่ยวข้องกับข้อขัดแย้งทางความร้อนขั้นพื้นฐาน ท่อ PTFE จะขยายตัวอย่างมากเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น แต่เปลือกเหล็กโดยรอบจะขยายตัวน้อยมาก หากการเคลื่อนไหวมีจำกัด ความไม่ตรงกันอาจทำให้เกิดความเครียดในแนวแกนอย่างมาก บางส่วนของตัวแลกเปลี่ยนจะต้องโค้งงอเพื่อดูดซับการขยายตัวส่วนต่างนี้ คำตอบคือข้อต่อขยายของเครื่องสูบลมโลหะที่เชื่อมเข้ากับเปลือก - ซึ่งเป็นส่วนที่คล้ายหีบเพลงที่ยืดหยุ่น- ซึ่งจะขยายและหดตัวเมื่อมัดท่อ PTFE หายใจด้วยความร้อนระหว่างการทำงาน

ชุดเครื่องเป่าลมเป็นส่วนประกอบทางกลที่สำคัญที่สุดเพียงชิ้นเดียวในระบบตัวแลกเปลี่ยนทั้งหมดสำหรับการเลือกตัวแลกเปลี่ยน PTFE แบบแผ่นท่อคงที่ที่มีข้อต่อขยาย

เหตุใดจึงจำเป็นต้องใช้ข้อต่อขยายบนตัวแลกเปลี่ยน PTFE
การขยายตัวทางความร้อนขั้นสูงสุดของ PTFE
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของ PTFE สูงกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนหรือเหล็กกล้าไร้สนิมมาก ท่อ PTFE สามารถขยายขนาดของโครงสร้างเปลือกรอบๆ ได้หลายเท่าเมื่ออุณหภูมิการทำงานเปลี่ยนแปลง

หากไม่มีระบบค่าตอบแทนที่ยืดหยุ่น ปัญหาสำคัญอาจเกิดขึ้นได้:

การบิดเบือนในแผ่นท่อ

หลอดแตก

แรงตามแนวแกนที่มากเกินไป

แตกเปลือก

ความเหนื่อยล้าจากการเชื่อม

ความล้มเหลวในการรั่วไหล

ข้อต่อส่วนขยายเป็นโซนของการเคลื่อนไหวที่ได้รับการควบคุม และไม่อนุญาตให้มีความเข้มข้นของความเครียดจากความร้อนในตัวแลกเปลี่ยน

เครื่องเป่าลมเป็นขอบเขตแรงดันที่ยืดหยุ่น
เครื่องเป่าลมคือปอดโลหะของเครื่องแลกเปลี่ยน ซึ่งหายใจเข้าและออกตามรอบการระบายความร้อนแต่ละครั้ง แต่ยังคงรักษาความสมบูรณ์ของแผงกั้นแรงดัน ตราบใดที่มีความยืดหยุ่นที่เหมาะสม มัดท่อ PTFE ก็สามารถขยายและหดตัวได้ตามธรรมชาติโดยไม่ต้อง-ทำให้เปลือกเครียดเกินไป

ความสามารถในการปรับตัวนี้จำเป็นต้องได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมอย่างจงใจ แทนที่จะเลียนแบบกับอุปกรณ์ท่อทั่วไป

เกณฑ์การออกแบบที่สำคัญสำหรับการเลือกข้อต่อขยาย
การเดินทางเต็มรูปแบบบนแกน
พารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดในการกำหนดขนาดรอยต่อส่วนขยายคือความสามารถในการเคลื่อนที่ในแนวแกน เครื่องเป่าลมต้องสามารถรองรับการขยายตัวทางความร้อนโดยประมาณทั้งหมดได้อย่างปลอดภัย เนื่องจากท่อ PTFE ตลอดช่วงอุณหภูมิการทำงานทั้งหมด

การคำนวณการออกแบบทั่วไปคำนึงถึง:

ความยาวของท่อ

ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของ PTFE

ความแตกต่างของอุณหภูมิเริ่มต้น

การหดตัวเมื่อปิดเครื่อง

ประมวลผลสถานการณ์ที่ไม่สบายใจ

อุณหภูมิการออกแบบสูงสุด (MDT)

การเดินทางที่สั้นเกินไปอาจทำให้เครื่องสูบลมยืดออกมากเกินไปหรือทำให้เกิดความล้มเหลวเนื่องจากความเหนื่อยล้าในการกดอัด

ทำไมเราถึงชอบ-เครื่องสูบลมชั้นเดียวที่มีผนังหนา-
ข้อกำหนดสำหรับการต้านทานแรงกดดัน
สำหรับเครื่องแลกเปลี่ยน PTFE แบบแผ่นท่อแบบตายตัว เครื่องสูบลมจะต้องได้รับแรงกดจากเปลือกภายในแต่ก็สามารถเคลื่อนที่ได้เช่นกัน เครื่องสูบลมหลายชั้นบาง-ซึ่งมักใช้ในระบบท่อแรงดันต่ำ อาจไม่แข็งแรงเพียงพอสำหรับจุดประสงค์นี้

ด้วยเหตุนี้จึงมักนำการออกแบบเครื่องสูบลมชั้น-ผนังเดี่ยว-หนามาใช้

สิทธิประโยชน์ ได้แก่:

ความแข็งแรงของโครงสร้างเพิ่มขึ้น

การควบคุมแรงดันที่ดีขึ้น

ค่าเผื่อการกัดกร่อนเพิ่มขึ้น

การจัดการต้านทานความเสียหายที่ดีขึ้น

ความไวต่อการแยกชั้นลดลง

ชุดเครื่องเป่าลมไม่ได้เป็นเพียงตัวเชื่อมต่อที่ยืดหยุ่นเท่านั้น เป็นส่วนของภาชนะรับความดันที่ต้องรับความร้อน ความดัน และความล้าไปพร้อมๆ กัน

การเลือกใช้วัสดุเครื่องเป่าลม
เหตุใดสแตนเลส 316L จึงเป็นเรื่องธรรมดา
วัสดุที่ได้รับความนิยมมากที่สุดสำหรับเปลือกตัวแลกเปลี่ยนคือเหล็กกล้าไร้สนิม 316L เนื่องจากมีส่วนผสมของ:

ความต้านทานต่อการกัดกร่อน

ทักษะการเชื่อม

ลักษณะความเมื่อยล้า

มีจำหน่าย:

ความโค้งงอทางกล

ความต้านทานการกัดกร่อนในชั้นบรรยากาศจึงเป็นปัจจัยสำคัญ เนื่องจากโดยปกติแล้วเครื่องสูบลมจะอยู่ที่ด้านเปลือกภายนอก แทนที่จะสัมผัสโดยตรงกับสารเคมีในกระบวนการที่รุนแรง

อันตรายจากการกัดกร่อนภายนอก
สภาพแวดล้อมของพืชที่เครื่องเป่าลมตั้งอยู่อาจทำให้:

ควันกรด

เกลือ-มีความชื้นสูง

ล้างสารเคมี

* ขั้นตอนการรั่วไหล

การปนเปื้อนด้วยคลอไรด์

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง คลอไรด์ปริมาณเล็กน้อยเป็นอันตรายอย่างมากเนื่องจากอาจทำให้เกิดการกัดกร่อนจากความเค้นภายนอกจากการกัดกร่อนของตัวสูบลมสแตนเลสภายใต้ความเค้นดึง

กระบวนการคัดเลือกวัสดุจำเป็นต้องพิจารณาทั้งกระบวนการทำงานและความเสี่ยงต่อสิ่งแวดล้อมรอบๆ การติดตั้งเครื่องแลกเปลี่ยน

การออกแบบชีวิตความเมื่อยล้าและการบิดเบี้ยว
บทบาทของเรขาคณิตการบิด
Convolution คือลอนที่บีบอัดและขยายตามการเคลื่อนตัวของความร้อนเพื่อสร้างความยืดหยุ่นของตัวเป่าลม

การออกแบบจะต้องประกอบด้วย:

จำนวนการโน้มน้าวใจ

ความสูงของการบิด

รูปร่างสนาม

ความหนาของผนัง

ค่าคงที่ของสปริงตามแนวแกน

การโน้มน้าวใจน้อยเกินไปอาจทำให้เกิดอาการตึงมากเกินไป และการโน้มน้าวใจมากเกินไปอาจทำให้ความสามารถในการรับแรงกดและความต้านทานต่อความเมื่อยล้าน้อยลง

ปัญหาการปั่นจักรยานด้วยความร้อน
เครื่องแลกเปลี่ยนที่เริ่มต้น- การปิดเครื่อง หรือเงื่อนไขกระบวนการเป็นแบทช์หลายครั้งจะต้องผ่านวงจรอุณหภูมิซ้ำๆ ทำให้เกิดความเครียดแบบวนรอบกับวัสดุสูบลม

สำหรับการใช้งานรอบสูง- จำเป็นต้องมีการออกแบบเครื่องสูบลมที่ทนทานต่อความล้า

มาตรการทางวิศวกรรมอื่นๆ อาจรวมถึง:

ปรับรูปร่างของการบิดให้เหมาะสม

พื้นที่ความเข้มข้นของความเครียดลดลง

ปรับปรุงการควบคุมคุณภาพการเชื่อม

ข้อจำกัดในการเคลื่อนไหว

ส่วนของปลอกคอเสริม

ความล้มเหลวของความเมื่อยล้ามักจะเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องโดยการเริ่มต้นของรอยแตกที่รากของการบิดที่มีความเครียดอย่างรุนแรง

เป็นไปตามมาตรฐาน EJMA และ ASME
เกณฑ์การออกแบบ EJMA
ข้อต่อการขยายตัวในเปลือกตัวแลกเปลี่ยนแรงดันจะต้องได้รับการออกแบบตามเกณฑ์ที่กำหนดโดยสมาคมผู้ผลิตข้อต่อการขยายตัว (EJMA)

แนวทาง EJMA ให้ข้อเสนอแนะเกี่ยวกับ:

การคำนวณความเครียด

การวิเคราะห์ความเหนื่อยล้า

ระดับความดัน

ข้อจำกัดในการเคลื่อนไหว

การทำนายแรงสปริง

การทำนายวงจรชีวิต

ASME ภาคผนวก 26
ในการใช้งานภาชนะรับความดัน ASME ภาคผนวก 26 อาจเป็นแนวทางในการออกแบบเครื่องสูบลมและอนุญาตให้ประเมินความเค้นได้

การใช้รหัสการออกแบบที่กำหนดไว้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าข้อต่อการขยายตัวถือเป็นส่วนประกอบด้านแรงดันที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมอย่างเต็มรูปแบบ ไม่ใช่รายการอุปกรณ์เสริม

การป้องกันเครื่องเป่าลมจากความเสียหายทางกล
ความสำคัญของผ้าห่อศพภายนอก
ความเสียหายทางกลภายนอกต่อเครื่องสูบลมที่เกิดจากเครื่องมือ การสัญจรทางเท้า สิ่งของที่หล่นลงมา หรืองานบำรุงรักษาอาจทำให้เกิดช่องโหว่ได้

ดังนั้นกลุ่มเครื่องเป่าลมจึงควรติดตั้งผ้าห่อศพป้องกันภายนอก

ผ้าห่อศพป้องกัน:

ความเสียหายจากการกระแทก

การเสียรูปโดยไม่ได้ตั้งใจ

การสะสมของเศษซาก

การสัมผัสกับสภาพอากาศ

ติดต่อบุคลากร.

การป้องกันทางกายภาพมีความสำคัญต่อความน่าเชื่อถือในระยะยาว เนื่องจากการบุบหรือการเสียรูปเล็กน้อยสามารถลดอายุการใช้งานที่เหนื่อยล้าได้อย่างมาก

เหตุใดจึงปิด--ข้อต่อขยายชั้นวางไม่ทำงาน
ข้อกำหนดทางวิศวกรรมที่กำหนดเอง
ตัวแลกเปลี่ยน PTFE แบบแผ่นท่อคงที่-นำไปสู่สภาวะการโหลดที่พิเศษมากของ:

การกำจัดความร้อนสูง

ความดัน "

โหลดแบบวน

การสัมผัสสิ่งแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน

การสั่นทางกล

ข้อต่อขยายท่อแบบปิด--ไม่ค่อยเพียงพอในการให้บริการ เนื่องจากไม่ได้มีวัตถุประสงค์เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดการเคลื่อนที่และแรงดันรวมกันของบริการแลกเปลี่ยน PTFE

แต่ควรสร้างชุดประกอบเครื่องเป่าลมแต่ละชิ้นเพื่อให้เหมาะกับรูปทรงของเครื่องแลกเปลี่ยนและสภาพการทำงาน

สรุป
ข้อต่อขยายเป็นตัวเชื่อมที่ยืดหยุ่นและสร้างขึ้นอย่างชาญฉลาด ซึ่งเอาชนะปัญหาความเครียดจากความร้อนขั้นพื้นฐานด้วยเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE แบบแผ่นท่อคงที่- เครื่องสูบลมจะชดเชยในลักษณะที่ปลอดภัยสำหรับความแตกต่างที่เพิ่มขึ้นของอุณหภูมิอย่างมากระหว่างท่อ PTFE และเปลือกเหล็กโดยรอบ และป้องกันความเสียหายทางกลบนตัวแลกเปลี่ยน ในขณะที่ยังคงรักษาความสมบูรณ์ของแรงดัน

การเลือกตัวแลกเปลี่ยน PTFE แบบแผ่นท่อคงที่พร้อมข้อต่อขยายที่มีขนาดเหมาะสมนั้นเป็นผลมาจากการพิจารณาอย่างรอบคอบเกี่ยวกับความสามารถในการเคลื่อนตัวของแนวแกน ความหนาของผนัง รูปทรงของการบิดงอ ความต้านทานต่อความเมื่อยล้า ความต้านทานการกัดกร่อน และการยึดติดกับมาตรฐานการออกแบบ EJMA หรือ ASME สิ่งสำคัญพอๆ กันต่ออายุการใช้งานที่ยาวนาน-ก็คือการปกป้องภายนอกที่เหมาะสมและความเข้ากันได้ทางสิ่งแวดล้อม

เครื่องจักรที่เชื่อถือได้มากที่สุดชิ้นหนึ่งในวิศวกรรมอุปกรณ์ระบายความร้อนมักเป็นเครื่องจักรที่มีจุดมุ่งหมายเพื่อรองรับการเคลื่อนไหวภายในของตัวเองอย่างสง่างาม แทนที่จะต้านทานอย่างแข็งขัน\\