Як вибрати нагрівач PTFE для використання в баку під тиском (до 5 бар)?

PTFE занурювальні нагрівачі в основному використовуються у відкритих резервуарах. Але коли для процесу потрібна герметична ємність під тиском, що працює під тиском кілька бар, тоді нагрівач стає межею тиску, і його потрібно сконструювати як такий. Звичайний відкритий{2}}нагрівач резервуара просто не допоможе. Вибір правильного агрегату передбачає розуміння взаємодії тиску, температури та якості матеріалу, а також готовність працювати з виробником для індивідуального рішення.

Чому стандартні нагрівачі PTFE виходять з ладу в баках під тиском
Оболонка з ПТФЕ піддається лише тиску навколишнього середовища та статичному напору рідини у відкритому резервуарі. Основна роль нагрівача полягає в транспортуванні тепла без витоків електрики або корозії. Зовнішній тиск прикладається до всієї зволоженої поверхні нагрівача в резервуарі під тиском (до 5 бар або 72 psi). Якщо оболонка з ПТФЕ занадто тонка або погано обслуговується, вона зруйнується під дією перепаду тиску. З іншого боку, якщо бак знаходиться під тиском газової оболонки, а внутрішня частина нагрівача випускається в атмосферу, оболонка повинна протистояти роздуванню назовні.

Точка проникнення, де нагрівач проходить крізь стінку бака або фланець, також є потенційним шляхом витоку. Звичайний компресійний фітинг або відкритий сальник не витримують тиску. Повний вузол-оболонки, ущільнювача, фланця та електричної наконечника-потрібно розглядати як компонент, що підтримує тиск.

Основні проблеми проектування для експлуатації під тиском
1. Посилена оболонка з PTFE
PTFE є досить м'яким полімером, що володіє низькою механічною міцністю, особливо при підвищених температурах. Міцність на розрив PTFE при 20 градусах становить приблизно 20–30 МПа, але різко знижується з підвищенням температури. При звичайних температурах обробки 80-100 градусів матеріал втрачає більше половини своєї міцності. Таким чином, номінальний тиск нагрівача PTFE є функцією як температури, так і геометрії оболонки.

Для роботи до 5 бар оболонку необхідно час від часу зміцнювати на 50–100% порівняно з конструкцією відкритого резервуара. Іноді металева сітка або перфорований металевий вкладиш додається до PTFE, щоб забезпечити механічну підтримку, зберігаючи хімічну стійкість, це називається посиленою оболонкою. PTFE забезпечує захист від корозії, а армування сприймає навантаження від тиску.

2. Ущільнення клеми високого тиску
Ущільнення між оболонкою з ПТФЕ та монтажним фланцем має бути герметичним і мати номінальний тиск. Звичайне ущільнювальне кільце або прокладка не працюватимуть із циклічними коливаннями тиску та температури. Два поширених рішення:

Ущільнювачі з ПТФЕ- під напругою: оболонка з ПТФЕ з внутрішньою металевою пружиною забезпечує постійну силу ущільнення до отвору фланця через теплове розширення та звуження.

Металеві армовані прокладки: композитна прокладка (наприклад, нержавіюча сталь з покриттям PTFE), яка поєднує в собі хімічну інертність і механічну міцність.

Якщо ліміт матеріалу ущільнення перевищено, ущільнення має бути розташоване так, щоб воно не піддавалося повній температурі процесу. У багатьох конфігураціях холодна зона утворюється шляхом розширення ненагрітої ділянки оболонки над рівнем рідини та від фланця.

3. Номінальний тиск монтажного фланця
Фланець, який кріпиться до сопла резервуара, повинен бути виготовлений відповідно до відповідного стандарту для резервуарів під тиском, наприклад ASME B16.5 для фланців з рельєфною поверхнею або кільцевих з’єднань. Однак типовий металевий фланець не можна залити безпосередньо PTFE для нагрівача під тиском. Замість цього виробник зазвичай використовує металевий фланець (з нержавіючої сталі або вуглецевої сталі з PTFE вкладишем або покриттям), який обробляється для розміщення PTFE оболонки та ущільнення. Клас тиску фланця повинен дорівнювати або перевищувати розрахунковий тиск резервуара при максимальній робочій температурі.

У випадку резервуарів під тиском нагрівач є компонентом обладнання, що працює під тиском, і на нього діють ті ж правила, що й на посудину. Фланцеве з’єднання, яке протікає або вибухає під тиском, є серйозною проблемою безпеки, особливо з гарячими корозійними рідинами.

4. Розподільна коробка та електричний вхід
Якщо розподільна коробка електропроводки нагрівача безпосередньо з’єднана з технологічною рідиною, її, можливо, потрібно розрахувати на внутрішній тиск бака. Довга холодна зона, довга ненагріта ділянка оболонки з PTFE, що простягається над соплом резервуара, зазвичай використовується для ізоляції розподільної коробки від зволоженої зони. Ця холодна область працює як бар’єр від тепла та тиску. Електричні дроти проходять через герметичне ущільнення (скло-метал або кераміка) у верхній частині нагрівача, де тиск був знижений.

Виробник також може надати прохідний електричний -номінальний тиск, розрахований на певний діапазон тиску та температури. Вхід дроту повинен підтримувати номінальний тиск резервуара, тобто будь-яке з’єднання трубопроводу також має бути герметичним.

Процес відбору – крок за кроком
Вибір нагрівача PTFE для використання в резервуарі під тиском не є заняттям своїми руками. Цю інформацію необхідно надати виробнику, щоб створити безпечний, сумісний проект.

Технічні характеристики обов'язкові
Параметр Деталі надаються
Максимальний робочий тиск, наприклад . 5 бар (манометричний)
Макс. робоча температура, наприклад . 95 град
Технологічна рідина|Склад, pH, наявність розчинників
Розмір форсунок резервуара та стандартний фланець, наприклад, DN80 PN16, ANSI 3″, клас 150
Потрібна потужність і ватт Необхідна кВт, Вт/см2
Спосіб керування Вкл/Вимк, SCR або термостат
Типова відповідь виробника
Згідно зі специфікаціями, виробник:

Розрахуйте необхідну товщину оболонки – товщі PTFE для більшого тиску; можна порадити посилену конструкцію.

Виберіть тип ущільнення – ПТФЕ-під напругою або армована металом прокладка залежно від тиску та температури.

Укажіть фланець – відповідний металевий фланець (зазвичай з нержавіючої сталі) з виступом або канавкою RTJ, просвердленою для розміщення оболонки з PTFE та ущільнення.

Спроектуйте холодну зону - Забезпечте мінімальну довжину оболонки без підігріву над максимальним рівнем рідини, щоб підтримувати фланець і ущільнення достатньо холодними для надійної роботи.

Надайте сертифікат випробування тиском: більшість виробників перед відправленням проводять гідростатичні випробування нагрівача на тиск у 1,5 рази від номінального.

Контрольний список для вибору рішення для бака під тиском нагрівача PTFE
Під час оцінки постачальника або розробки специфікації закупівлі необхідно перевірити наступні моменти:

Одночасний стан тиску та температури - Ніколи не припускайте, що нагрівач із номінальним тиском 5 бар за кімнатної температури працюватиме за 90 градусів. C.

Попросіть посилену оболонку - Якщо тиск перевищує 2 бари або температура перевищує 80 градусів, особливо запитайте, чи має оболонка металеве посилення чи збільшену товщину стінки.

Підтвердьте номінальний тиск фланця та ущільнення – який клас тиску фланця (клас 150, клас 300 тощо) і тип ущільнення? Попросіть тестову документацію.

Перевірте електричне проникнення - Переконайтеся, що на вводі електропроводки підтримується межа тиску. Усіх інсталяцій може бути недостатньо для однієї холодної зони.

Зверніться до виробника - Не намагайтеся перевести відкритий-нагрівач бака на роботу під тиском. Вибирайте лише джерело, яке має досвід роботи з обігрівачами PTFE з номінальним тиском.

Термін «Вибір резервуара під тиском» для нагрівача з ПТФЕ означає остаточне визнання того, що нагрівач має бути розроблений як компонент посудини під тиском, а не як простий занурювальний елемент.

Резюме: спеціалізація не є обов’язковою
Тефлоновий нагрівач для використання в резервуарі під тиском (до 5 бар) є індивідуальним замовленням, і умови процесу повинні бути повністю розкриті виробнику, щоб можна було створити безпечну, сумісну конструкцію. При зміні граничних умов необхідно змінити стандартні компоненти. Усе, що працюватиме у відкритому резервуарі, під тиском розпадеться або витікає. З правильними специфікаціями тиску, температури, хімічного складу рідини та деталей фланців, а також з кваліфікованим виробником, можна отримати надійне, довговічне-рішення для опалення. Додаткові технічні роботи – це мінімальна плата за безпеку процесу та відповідність нормативним вимогам.