Як вибрати правильне з’єднання труб-–-трубної решетки для PTFE теплообмінника з високою термоциклічністю?

У теплообміннику з PTFE, який кілька разів на день переходить від холодного до гарячого та назад, з’єднання між гнучкою полімерною трубкою та жорсткою металевою трубною решеткою стає контактом, що постійно змінюється. ПТФЕ трубка практично функціонує як поршень у своєму отворі, розширюючись і стискаючись з кожним тепловим циклом. Цей безперервний рух незабаром втомить просте клейове з’єднання. Таким чином, з’єднання має бути побудовано як динамічна система ущільнення, яка сприймає диференційований рух, а не чинить йому опір.

Вибір високотемпературного PTFE-конструкції з’єднання труби з трубною решеткою є життєво важливим фактором довгострокової надійності теплообмінника, особливо для корозійної роботи, де витік є неприйнятним.

Поведінка термоциклування та диференціального розширення
Основною проблемою конструкції є невідповідність теплових розширень.

Швидкість розширення PTFE проти Metal
PTFE має коефіцієнт теплового розширення приблизно:

У 10 разів міцніше вуглецевої сталі

Ця невідповідність призводить до:

Осьові напруги ковзання

Радіальний зсув на межі з’єднання

Повторювані мікро{0}}рухи з циклами нагрівання та охолодження.

Під час цих циклічних навантажень жорсткі зв’язки мають тенденцію з часом розриватися або роз’єднуватися.

Вплив добового термоциклування
У системах зі швидкими змінами температури:

Повторне завантаження та розвантаження інтерфейсів ущільнень

Жорсткі поверхні можуть утворювати мікро-зазори

Шляхи витоку можуть з’явитися з часом.

З'єднання являє собою не жорсткий замок, а гнучку дихаючу прокладку.

Конструкція з'єднання рулонна і розвальцьована
Механічно катані-і-з’єднання труб-з-трубною решеткою є найдосконалішим рішенням для контактів-з-металем.

Інструкції з монтажу
Типова послідовність складання може бути такою:

Нагрійте та розм’якшіть кінець PTFE трубки

Вставте через отвір у трубній решетці

Механічна прокатка стінки внутрішньої труби

Розширення трубного отвору - радіально

Формування розвальцьованої губи над зенкером.

Це призводить до механічно заблокованої геометрії, а не до хімічно зв’язаного розділу.

Роль спалахової геометрії
Відблиск:

Розподіляє тягар на ширшу область

Зменшує локальну концентрацію деформації

Механічне утримання проти наскрізних сил

Ця форма має велике значення при циклічній термічній службі.

Використання еластичної прокладки з PTFE
Основним удосконаленням для обслуговування з високим циклом є додавання сумісного ущільнювального елемента.

Призначення прокладки
М'яка прокладкова шайба з PTFE під розширювачем виконує функції:

Весняний член

Буфер стресу

Мікрокомпенсатор руху

У міру теплового розширення відбувається:

Трубка дещо рухається в розширеному сідлі

Прокладка стискається і відпускається

Зберігається постійна сила пломбування

Це запобігає перевантаженню суглоба під час піків розширення.

Циклічна стабільність ущільнення
Система з прокладками зберігає свою цілісність завдяки:

Дозволено контрольоване мікро{0}}ковзання

Уникнення прямого зсуву металу до полімеру

Підтримуйте контактний тиск постійним

Ця конструкція призводить до значного збільшення довговічності у втомі порівняно з підходами до жорсткого ущільнення.

Альтернативи спільним технологіям
Загалом використовується прокатне-і-розвальцьоване з’єднання, однак існує кілька типів залежно від матеріалів і умов експлуатації.

PFA Спільне гомогенне зварювання
Для систем труб PFA:

однак можна використовувати -стикове зварювання плавленням до трубної дошки PFA

Утворюється повністю однорідне полімерне з'єднання

Переваги:

Немає відповідних інтерфейсів матеріалів.

знижена концентрація механічних навантажень

Велика хімічна безперервність

Однак ця техніка рідше використовується для обробки PTFE, оскільки вона не-розплавляється-.

Системи PTFE до металу та PTFE до PTFE
Для систем з ПТФЕ, що використовуються в термоциклі:

Механічні розвальцьовані з'єднання залишаються найкращим рішенням

Адгезивне з’єднання часто не підходить для умов циклічної втоми

Традиційна перевірена -конструкція має механічну фіксацію та прокладку.

Проблеми дизайну для високо-велосипедного обслуговування
Спільна продуктивність залежить від різноманітних інженерних параметрів.

Виробничі допуски
Щоб забезпечити надійне ущільнення:

Суворий контроль за розмірами отворів трубної решетки

Постійна геометрія спалаху

Рівномірне стиснення прокладки

Варіації можуть спричинити нерівномірний розподіл навантаження між суглобами.

Перевірка та введення в експлуатацію
Установка:

Зазвичай проводять гідростатичне випробування

Подальші випробування можна проводити після перших циклів нагрівання

Гідровипробування після циклу можуть виявити:

Впливає осідання

Розслаблення прокладки

З’єднання потребують повторного-затягування або переробки

Види відмов погано сконструйованих з'єднань
Якщо суглоби підібрані погано, можливі численні механізми поломки.

Загальні проблеми
Розтріскування факела, викликане надмірним обмеженням

Екструзія прокладки під термоциклуванням.

Втрата сили ущільнення, витік

Роз'єднання клейових систем

Ці несправності зазвичай викликані неконтрольованим диференціальним розширенням.

Технічні переваги розширеної-дизайну прокладки
У циклічному обслуговуванні техніка згортання-та-розвальцьовування має ряд переваг:

Механічна податливість при тепловому русі

Розподілене ущільнювальне навантаження

Стійкість до втомного розтріскування

Можливість ремонту на полі

Продемонстрована продуктивність в корозійних середовищах

Це робить його особливо придатним для застосування в теплообмінниках з PTFE, де надійність надається перевагу легкості виготовлення.

Висновок:
У теплообмінниках з термоциклу PTFE поєднання труб-–-трубної решетки є найважливішим компонентом усієї системи, що обмежує термін служби. Величезна різниця в тепловому розширенні між PTFE та металевими конструкціями вимагає конструкції з’єднання, яка дозволяє рух, а не обмежує його.

Механічно катане та розвальцьоване з’єднання з міцною прокладкою з ПТФЕ є перевіреним варіантом для експлуатації при важких температурних циклах. Ця конструкція забезпечує регульований мікро-рух, постійну силу герметизації та значно кращу стійкість до втоми порівняно з підходом із жорстким адгезивом або склеюванням.

Завдяки використанню з’єднання, яке забезпечує теплове розширення, а не бореться з ним, це забезпечує довгострокову роботу без{0}}протікання. Найкращі системи ущільнення — це не фіксовані обмеження, а розроблені інтерфейси, призначені для переміщення разом із матеріалами, до яких вони з’єднані.