A két anyag, amely papíron felcserélhetőnek tűnik
Egy vegyi feldolgozó létesítmény hőcserélőt ír elő a 150 fokos kénsav szolgáltatáshoz. A közbeszerzési dokumentumban a cső anyaga "PTFE vagy azzal egyenértékű", a cső méretei pedig 6 mm külső átmérőjűek, 0,8 mm-es fal mellett. Két árajánlat érkezett: egy PTFE-csövekre és egy PFA-csövekre. A PFA árajánlat 15%-kal magasabb, a szállítási idő négy héttel hosszabb.
A kiválasztás az alacsonyabb ár alapján történik, és a PTFE egység megrendelésre kerül. Az egység fel van szerelve, és körülbelül 14 hónapig működik, mielőtt szivárgás lépne fel a cső -csőlemez csatlakozásánál. Az ellenőrzés során kiderül, hogy a PTFE a csatlakozásnál megkúszott, és a hegesztés megrepedt. A PFA egység, ha ezt választották volna, üzemi hőmérsékleten nagyobb kúszási ellenállású hegesztett csatlakozással rendelkezett volna.
Az egyszerű ár-összehasonlításnak tűnő választási döntés valójában a maximális üzemi hőmérséklet és a két anyag együttes integritása volt.
A kémiai szerkezet különbsége
A PTFE és a PFA egyaránt perfluorozott polimerek, ami azt jelenti, hogy a szénvázat teljesen fluoratomok árnyékolják. A különbség az oldalláncokban van. A PTFE lineáris szerkezetű, oldalláncok nélkül. A PFA lineáris szerkezetű perfluor-alkoxi oldalláncokkal, amelyek a gerinchez kapcsolódnak.
A PFA-ban lévő oldalláncok megzavarják a polimer kristályosságát és csökkentik az olvadék viszkozitását. Az alacsonyabb olvadékviszkozitás lehetővé teszi a PFA olvadékextrudálással és fröccsöntéssel történő feldolgozását, ami simább felületű és megbízhatóbb hegesztett kötésekkel rendelkező csöveket és alkatrészeket eredményez, mint a PTFE.
A PTFE lineáris szerkezete nagyobb kristályosságot eredményez, ami a PTFE-nek nagyobb szakítószilárdságot, jobb kúszási ellenállást és magasabb folyamatos üzemi hőmérsékletet biztosít, mint a PFA-é.
A maximális üzemi hőmérséklet különbség
A maximális folyamatos üzemi hőmérséklet a PTFE esetében 260 fok, a PFA esetében pedig 260 fok. A két anyag névleges hőmérsékleti határértéke megegyezik. A gyakorlati különbség a tartomány magasabb végén jelenik meg, ahol a mechanikai tulajdonságok kezdenek eltérni.
150 fokon mindkét anyag megtartja a megfelelő mechanikai szilárdságot a hőcserélő működéséhez. 200 fokon a PTFE megőrzi szobahőmérsékletű -szakítószilárdságának körülbelül 70%-át, míg a PFA körülbelül 50%-át. 250 fokon a PTFE körülbelül 50%-át, míg a PFA körülbelül 30%-át megtartja.
A gyakorlati következtetés az, hogy 200 fok feletti hőmérsékleten a PTFE a jobb választás a nyomást tartalmazó-komponensekhez, míg a PFA az alacsonyabb feszültségű{2}}alkalmazásokra korlátozódik.
A kúszásállóság különbsége
A kúszás az anyag lassú deformációja tartós terhelés hatására. A PTFE jobb kúszási ellenállással rendelkezik, mint a PFA, mert magasabb a kristályossága és lineáris szerkezete. A különbség különösen jelentős magas hőmérsékleten.
A hőcserélőben a csövek és a csőlemez tartós terhelésnek vannak kitéve a belső nyomás és a hőtágulás miatt. A cső-cs-lemez csatlakozásai tartós terhelésnek vannak kitéve a kötés összenyomása miatt. Idővel az anyag kúszik, és a kötés meglazulhat.
A PTFE kisebb sebességgel kúszik, mint a PFA azonos hőmérsékleten és feszültség mellett. Magas-hőmérsékletű üzemben ez a különbség határozza meg a kötés élettartamát. A PTFE-kötés 10-15 évig, míg a PFA-kötés 5-8 évig tarthat.
A hegesztési integritás különbsége
Alacsonyabb olvadékviszkozitása miatt a PFA megbízhatóbban hegeszthető, mint a PTFE. A PFA-ban a hegesztési zóna homogénebb, és a hegesztési szilárdság jellemzően az alapanyag szilárdságának 90-95%-a. A PTFE hegesztési zónája kevésbé homogén, és a hegesztési szilárdság jellemzően az alapanyag szilárdságának 70-85%-a.
A hegesztési varrat integritásbeli különbsége különösen fontos a cső -cs-lemez csatlakozásainál, amelyek a hőcserélő legnagyobb igénybevételnek kitett helyei. A PFA kötés megbízhatóbb, mint a PTFE kötés, és a PFA kötés élettartama hosszabb.
A felületi simaság különbsége
A PFA simább felülettel extrudálható, mint a PTFE az alacsonyabb olvadékviszkozitása miatt. A simább felület csökkenti a lerakódások és részecskék tapadását, ami csökkenti a szennyeződés mértékét és a tisztítás gyakoriságát.
Magas-hőmérsékletű savszolgáltatásnál előnyt jelent a simább PFA felület, mert a sav lerakódásokat képezhet a cső felületén, és a lerakódások csökkentik a hőátbocsátási tényezőt. A simább felület csökkenti a részecskeképződést is, ami fontos a nagy-tisztaságú alkalmazásoknál.
A két anyag összehasonlítása a magas{0}}hőmérsékletű savszolgáltatásban
Az alábbi táblázat összefoglalja a PTFE és PFA hőcserélők teljesítmény- és költségjellemzőit kénsav üzemben 150 fokon 50%-os kénsavval.
| Jellegzetes | PTFE hőcserélő | PFA hőcserélő | Előny |
|---|---|---|---|
| Maximális folyamatos üzemi hőmérséklet | 260 fok | 260 fok | Egyenlő |
| Szakítószilárdság 150 fokon | az RT 70%-a | az RT 60%-a | PTFE |
| Szakítószilárdság 200 fokon | az RT 50%-a | az RT 35%-a | PTFE |
| Kúszásállóság 150 fokban | Magas | Mérsékelt | PTFE |
| Kúszásállóság 200 fokban | Mérsékelt | Alacsony | PTFE |
| Hegesztési szilárdság | a szülő 70-85%-a | a szülők 90-95%-a | PFA |
| Felületi simaság | Jó | Kiváló | PFA |
| Elszennyeződés ellenállás | Mérsékelt | Magas | PFA |
| Kénsavval szembeni kémiai ellenállás | Kiváló | Kiváló | Egyenlő |
| Élettartam magas hőmérsékletű{0}}savban | 10-15 év | 8-12 év | PTFE |
| Tőkeköltség 30 kW illetékre | $28,000 | $32,000 | PTFE |
| Beépítési költség | $3,000 | $3,000 | Egyenlő |
| Éves karbantartási költség | $2,000 | $2,500 | PTFE |
| Öt{0}}éves összköltség | $50,000 | $55,000 | PTFE |
Az öt-éves összköltség értéke óránként 600 USD gyártási értéket feltételez, és tartalmazza a tőkeköltséget, a telepítési költséget és az öt évre vonatkozó karbantartási költséget.
Amikor a PFA a jobb választás
A PFA a jobb választás számos speciális alkalmazásban.
Magas-tisztaságú szolgáltatás.A PFA simább felületű és kisebb részecskeképződéssel rendelkezik, mint a PTFE, ami alkalmassá teszi félvezető- és gyógyszerészeti alkalmazásokhoz, ahol a részecskeszennyeződés aggodalomra ad okot.
Elszennyeződési szolgáltatás.A simább PFA felület csökkenti a lerakódások tapadását, ami csökkenti a szennyeződés mértékét és a tisztítás gyakoriságát.
Hegesztett kötés{0}}kritikus szolgáltatás.A PFA-hegesztések megbízhatóbbak, mint a PTFE-hegesztések, így a PFA-t a legjobb választás olyan szolgáltatásokhoz, ahol a kötés integritása kritikus.
Alacsonyabb{0}}hőmérsékletű szolgáltatás.150 fok alatti hőmérsékleten mindkét anyag jól teljesít, a simább PFA felület és a megbízhatóbb varratok a magasabb költség ellenére is előnyben részesíthetik a PFA-t.
Egyedi{0}}alkatrészek.A PFA bonyolult formákká formázható, amelyeket nehéz PTFE-vel előállítani, így alkalmassá teszi az egyedi -gyártású hőcserélő alkatrészekhez.
Amikor a PTFE a jobb választás
A PTFE a jobb választás számos speciális alkalmazásban.
Magas{0}}hőmérsékletű szolgáltatás 200 fok felett.A PTFE megőrzi mechanikai szilárdságát 200 fok feletti hőmérsékleten, míg a PFA meglágyul és veszít erejéből.
Nagynyomású{0}}szolgáltatás.A PTFE-nek nagyobb a kúszási ellenállása, mint a PFA-nak, ezért alkalmas nagynyomású{0}}szolgáltatásra, ahol nagy a tartós terhelés.
Nagy hőcserélő szerviz.A PTFE olcsóbb, mint a PFA, ami alkalmassá teszi nagy hőcserélőkhöz, ahol a tőkeköltség jelentős tényező.
Termálkerékpár szolgáltatás.A PTFE-nek nagyobb a hősokkállósága, mint a PFA-nak, ami alkalmassá teszi a gyakori hőmérséklet-változások melletti szervizelésre.
Hosszú élettartam követelmény.A PTFE jobb kúszási ellenállással és hosszabb élettartammal rendelkezik, mint a PFA magas hőmérsékletű{0}} üzemben, ezért alkalmas olyan alkalmazásokra, ahol az élettartam kritikus tényező.
Magas{0}}hőmérsékletű savszolgáltatás specifikációs paraméterei
A PTFE- és PFA-hőcserélőket magas hőmérsékletű savszolgáltatáshoz értékelő berendezésmérnököknek meg kell erősíteniük a következő paramétereket a szállítóval.
Savas kémia.Adja meg a savösszetételt, beleértve a koncentrációt és a szennyeződéseket.
Üzemi hőmérséklet.Adja meg a maximális üzemi hőmérsékletet és a várható hőmérsékleti profilt.
Üzemi nyomás.Adja meg a maximális üzemi nyomást.
Hőterhelés és felület.Minden anyagopcióhoz adja meg a hőterhelést és a szükséges felületet.
Közös kialakítás.Adja meg a cső -cs-lemez csatlakozásának kialakítását és a szükséges hegesztési szilárdságot.
Felületkezelés.Adja meg a szükséges felületkezelést a szennyeződéshez és a részecskementességhez.
Termikus kerékpározás.Adja meg a termikus ciklusok várható számát és nagyságát.
Élettartam követelmény.Adja meg a várható élettartamot és a csere ütemezését.
Anyagválasztás a hőmérséklethez és a hézagkövetelményekhez
A magas hőmérsékletű savas üzemben a PTFE és PFA hőcserélők közötti választás a hőmérséklettől, a nyomástól, a hézag sértetlenségétől és a felületi minőségtől függ. A PTFE jobb kúszási ellenállással és magasabb gyakorlati hőmérsékleti határértékkel rendelkezik, míg a PFA jobb hegesztési integritással és simább felülettel rendelkezik.
A kiválasztási döntésnek egy létesítmény-{0}}specifikus elemzésen kell alapulnia, amely magában foglalja a tőkeköltséget, a telepítési költséget, a karbantartási költséget és a termelési veszteség kockázatát. Egy egyszerű táblázatos modell ezekkel a költségkomponensekkel biztosítja a döntéshez szükséges információkat.
A hőcserélő opciókat értékelő, magas hőmérsékletű-sav-szerviz létesítmények esetében az anyagválasztást a várható élettartam alatti teljes birtoklási költségen kell alapul venni, nem csak a tőkeköltséget vagy a hőteljesítményt. A magasabb tőkeköltséggel rendelkező PFA egység élettartama alatti költséggel járhat, ha kevesebb karbantartást igényel és kevesebb részecskét termel.
Azok a berendezésmérnökök és beszerzési szakértők, akik a PTFE hőcserélő specifikációit értékelik magas-hőmérsékletű sav- vagy egyéb korrozív szolgáltatásokhoz, tervezési felülvizsgálatot kérhetnek, amely kiterjed a savkémiára, az üzemi hőmérsékletre, az üzemi nyomásra, a hézagok kialakítására, a felületkezelésre és az élettartamra vonatkozó követelményekre, hogy megbizonyosodjon arról, hogy az anyagválasztás összhangban van a létesítmény tényleges üzemi feltételeivel és költségszerkezetével.
