Az elvékonyodás a kanyarban
A karbantartó személyzet öt év használat után eltávolítja a PTFE hőcserélőt. Az ultrahangos vastagságmérés azt mutatja, hogy a csőfalak egyenes szakaszokon a specifikáción belül vannak, 0,95-1,00 mm-rel az eredeti 1,00 mm-hez képest. A kanyarokban azonban a külső falvastagság 0,70-0,75 mm – ez 25-30%-os csökkenés. A kanyar az életkorlátozó hely.
A falak elvékonyodása a hajlításoknál a hajlítási folyamat előre látható következménye -hosszú távú kúszással kombinálva magas hőmérsékleten. Hajlítás közben a cső külső fala megnyúlik, hogy alkalmazkodjon a hosszabb ívhosszhoz a kanyar külső része körül. A fal vékonyodik a térfogat megőrzése érdekében. Belső gőznyomás alatti üzemi hőmérsékleten a vékonyított külső fal gyorsabban kúszik, mint a vastagabb egyenes szakaszok, így a vastagság idővel tovább csökken.
A hajlítási sugár határozza meg a kezdeti elvékonyodást. A szorosabb ívek nagyobb elvékonyodást eredményeznek. A minimális hajlítási sugár tervezés során történő meghatározása megakadályozza a túlzott kezdeti elvékonyodást, és a későbbi kúszási sebességet az élettartam során elfogadható szintre korlátozza.
A hajlítási feszültség és a vékonyodás kapcsolata
Ha egy egyenes csövet meghajlítanak, a külső ív hossza meghaladja a belső ív hosszát. A hajlat külső oldalán lévő anyagnak nyúlnia kell; a belsejében lévő anyag összenyomódik. A külső felület nyúlása ε=r / R, ahol r a cső külső sugara, R pedig a hajlítási középvonal sugara.
A falvastagság hajlítás után állandó térfogati deformációt feltételezve megközelítőleg t_hajlított=t_original / (1 + ε). Egy 10 mm-es külső átmérőjű cső (r=5mm) R=150 mm sugárra hajlított esetén a külső szál alakváltozása 5/150=3.33%. A falvastagság a külső ívnél körülbelül 0,968 mm-re csökken 1000 mm-ről{13}}, ami 3,2%-os csökkenés.
Az R=100 mm-nél szorosabb hajlításhoz a nyúlás 5/100=5%. A fal 0,952 mm-re{5}}vékonyodik, ami 4,8%-os csökkenést jelent.
Belső nyomás alatti üzemi hőmérsékleten a kúszási sebesség a vékonyított szakaszon nagyobb, mint a teljes vastagságú egyenes szakaszon. Az elvékonyodás idővel felgyorsul. A hajlításból adódó kezdeti 3-5%-os elvékonyodás több éves használat után 15-30%-os elvékonyodássá válhat.
1. táblázat: Hajlítási sugár és falritkítás PTFE hőcserélő csövekhez (10 mm OD × 1 mm fal)
| Hajlítási középvonal sugara (mm) | Sugár-–-átmérő arány (R/D) | Külső rost törzs (%) | Kezdeti falvastagság hajlításkor (mm) | Becsült 5 éves fal 143 fokban (mm) | Alkalmasság |
|---|---|---|---|---|---|
| 250 (ajánlott minimum) | 25 | 2.0 | 0.980 | 0.90-0.94 | Kiváló (10+ év élettartam) |
| 200 | 20 | 2.5 | 0.975 | 0.85-0.90 | Jó |
| 150 | 15 | 3.33 | 0.968 | 0.78-0.85 | Átvizsgálással elfogadható |
| 120 | 12 | 4.17 | 0.960 | 0.70-0.80 | Marginális (csökkentse a gőznyomást) |
| 100 | 10 | 5.0 | 0.952 | 0.60-0.72 | Gőzszolgálathoz nem ajánlott |
| 75 | 7.5 | 6.67 | 0.938 | < 0.60 (high failure risk) | Nem elfogadható |
Az ovalizációs kiegészítés
A hajlítás nemcsak a külső falat vékonyítja, hanem a cső keresztmetszetét is oválissá-adja. A cső enyhén elliptikussá válik a hajlításnál, a melléktengely pedig a kanyar síkjában van. Az ovalitás a belső nyomásból származó karikafeszültséget a maximális görbületi pontokon koncentrálja, tovább gyorsítva a kúszást.
Az ajánlott minimális 25D-s sugárra hajlított cső 5% alatt tartja az oválisságot. A szorosabb hajlítások nagyobb oválisságot eredményeznek. A fal elvékonyodása, az oválisság és a feszültségkoncentráció együttes hatásai a kanyart az élettartam meghatározásának kritikus helyévé teszik.
Megelőző tervezési előírások
Az elsődleges megelőző intézkedés a cső külső átmérőjének 25-szörösének megfelelő minimális hajlítási sugár meghatározása -ugyanaz a sugár, amelyet a megtörés megelőzésére ajánlott. Ez a sugár a kezdeti elvékonyodást 2%-ra korlátozza, és biztosítja, hogy az oválisság 5% alatt maradjon.
Az íveket a gyártás után ellenőrizni kell egy go/no{0}}go mérőműszer és ultrahangos vastagságmérés segítségével. A minimális falvastagságot a hajlítási külső sugárnál a jövőbeni összehasonlítás alapértékeként kell dokumentálni.
A szervizelés során a hajlításokat be kell vonni az ultrahangos vastagságmérési programba. Az 1,0 mm-es névleges falnál 0,75 mm-nél kisebb falvastagságot mutató ívek cseréjét ütemezni kell.
Összegzés
A PTFE hőcserélő csövek hajlításainál a falak lokális elvékonyodása a külső fal hajlítás közbeni megnyúlásából adódik, amit a vékonyított szakaszon üzemi hőmérséklet és nyomás alatti gyorsuló kúszás okoz. A minimálisan ajánlott, 25-szörös csőátmérőjű hajlítási sugár a kezdeti elvékonyodást 2%-ra korlátozza, és elfogadható hosszú távú kúszási teljesítményt biztosít.
A szorosabb ívek arányosan nagyobb elvékonyodást és rövidebb élettartamot eredményeznek. A gyártást-utó és az üzem közbeni ultrahangos vastagságmérés a kanyarokban kvantitatív adatokat szolgáltat a cserével kapcsolatos döntésekhez.
A PTFE csövek hajlítására és ellenőrzésére vonatkozó műszaki specifikációk a csőméretek, a hajlítási sugarak, az üzemi hőmérséklet és nyomás, valamint a szükséges élettartam benyújtásával érhetők el.
