Jak wybrać właściwy projekt złącza dylatacyjnego dla stałej osłony wymiennika PTFE z arkuszem rurowym?

Wymiennik ciepła z PTFE z-rurami jest prosty pod względem mechanicznym i często atrakcyjny ekonomicznie, ale jego konstrukcja wiąże się z podstawowym konfliktem termicznym. Rurki PTFE rozszerzają się silnie wraz ze wzrostem temperatury, ale otaczająca je stalowa osłona rozszerza się bardzo słabo. Jeśli ruch jest ograniczony, niedopasowanie może powodować ogromne naprężenia osiowe. Pewna część wymiennika musi się ugiąć, aby pochłonąć to różnicowe rozszerzanie. Odpowiedzią jest złącze kompensacyjne z metalowym mieszkiem przyspawane do skorupy, czyli elastycznego segmentu przypominającego harmonijkę-, który rozszerza się i kurczy, gdy wiązka rurek PTFE oddycha termicznie podczas pracy.

Zespół mieszków jest najważniejszym elementem mechanicznym w całym systemie wymiennika dla dowolnego wymiennika PTFE z płytą rurową ze stałym złączem kompensacyjnym.

Dlaczego złącza kompensacyjne są potrzebne w wymiennikach PTFE
Ekstremalna rozszerzalność cieplna PTFE
Współczynnik rozszerzalności cieplnej PTFE jest znacznie wyższy niż stali węglowej lub stali nierdzewnej. Rurki PTFE mogą rozszerzać się kilkakrotnie w stosunku do otaczającej je konstrukcji skorupy wraz ze zmianami temperatury roboczej.

Bez elastycznego systemu wynagrodzeń mogą pojawić się istotne problemy:

Zniekształcenia w arkuszu rurowym

Pęknięcie rurki

Nadmierne siły osiowe

Pęknięcie skorupy

Zmęczenie spoiny

Awarie wycieków

Dylatacja jest strefą kontrolowanych ruchów i nie pozwala na koncentrację naprężeń termicznych w korpusie wymiennika.

Mieszek jako elastyczna granica ciśnienia
Miechy są metalowymi płucami wymiennika, wdychają i wydychają podczas każdego cyklu termicznego, zachowując jednocześnie integralność bariery ciśnieniowej. Pod warunkiem odpowiedniej elastyczności wiązka rurek PTFE może naturalnie się rozszerzać i kurczyć bez nadmiernego{{1}naprężania powłoki.

Tę zdolność adaptacji należy zaprojektować celowo, a nie naśladować za pomocą typowego osprzętu rurociągowego.

Kluczowe kryteria projektowe przy wyborze złącz dylatacyjnych
Pełny przesuw osiowy
Najważniejszym parametrem przy doborze złącza dylatacyjnego jest możliwość ruchu osiowego. Mieszek musi bezpiecznie wytrzymywać całkowitą szacowaną rozszerzalność cieplną rurek PTFE w całym zakresie temperatur roboczych.

Typowe obliczenia projektowe uwzględniają:

Długość rurki

Współczynnik rozszerzalności cieplnej PTFE

Różnice temperatur rozruchu

Skurcz przy wyłączeniu

Sytuacja zakłócona procesem

Maksymalna temperatura projektowa (MDT)

Zbyt krótka droga może spowodować nadmierne rozciągnięcie miecha lub spowodować awarię w wyniku zmęczenia ściskającego.

Dlaczego lubimy grube-jednowarstwowe-miechy o grubych ściankach
Wymagania dotyczące odporności na ciśnienie
W przypadku wymienników PTFE ze stałymi-rurami mieszek poddawany jest wewnętrznemu ciśnieniu płaszcza, ale może się także poruszać. Cienkie,-wielowarstwowe mieszki, często stosowane w instalacjach rurociągów niskociśnieniowych, mogą nie być wystarczająco mocne do tego celu.

Z tego powodu często przyjmuje się konstrukcje mieszków-jednowarstwowych-grubościennych.

Korzyści obejmują:

Zwiększona wytrzymałość konstrukcyjna

Lepsza kontrola ciśnienia

Zwiększony naddatek na korozję

Lepsza odporność na uszkodzenia

Mniejsza podatność na separację warstw

Zespół mieszkowy to nie tylko elastyczne złącze. Jest to część zbiornika ciśnieniowego poddawana jednocześnie obciążeniom cieplnym, ciśnieniowym i zmęczeniowym.

Wybór materiału mieszkowego
Dlaczego stal nierdzewna 316L jest tak powszechna
Najpopularniejszym materiałem na mieszki płaszcza wymiennika jest stal nierdzewna 316L, ponieważ oferuje ona mieszankę:

Odporność na korozję

Umiejętności spawalnicze

Charakterystyka zmęczenia

Dostępność:

Zginanie mechaniczne

Odporność na korozję atmosferyczną jest zatem kluczowym czynnikiem, ponieważ mieszki zwykle znajdują się po zewnętrznej stronie płaszcza, a nie w bezpośrednim kontakcie z agresywnymi chemikaliami procesowymi.

Zagrożenia korozją zewnętrzną
Środowisko instalacji, w którym znajdują się miechy, może narażać je na:

Kwaśne opary

Sól-duża wilgotność

Zmyć chemikalia

* Procedura w przypadku rozlania

Zanieczyszczenie chlorkiem

W szczególności chlorki śladowe są bardzo szkodliwe, ponieważ mogą powodować pękanie korozyjne naprężeniowe mieszków ze stali nierdzewnej pod wpływem naprężenia rozciągającego.

Dlatego proces wyboru materiału musi uwzględniać zarówno proces roboczy, jak i narażenie środowiska wokół instalacji wymiennika.

Projektowanie życia zmęczeniowego i splotu
Rola geometrii splotu
Zwoje to pofałdowania, które ściskają się i rozciągają pod wpływem ruchu ciepła, tworząc elastyczność mieszka.

Projekt powinien składać się z:

Liczba zwojów

Wysokość splotu

Kształt boiska

Grubość ścian

Stała sprężyny osiowej

Zbyt mało zwojów może powodować zbyt dużą sztywność, a zbyt wiele zwojów może powodować mniejszą zdolność ciśnieniową i mniejszą odporność zmęczeniową.

Problemy z cyklami termicznymi
Wymienniki poddawane licznym-uruchomieniom, wyłączeniom lub warunkom procesu okresowego poddawane są powtarzającym się zmianom temperatury, powodując cykliczne naprężenia materiału mieszka.

W przypadku zastosowań wysokocyklowych-konieczne są mieszki odporne na zmęczenie.

Inne środki inżynieryjne mogą obejmować:

Zoptymalizowany kształt splotu

Zmniejszone obszary koncentracji naprężeń

Lepsza kontrola jakości spoin

Ograniczenia w poruszaniu się

Sekcje wzmocnionych kołnierzy

Zniszczenie zmęczeniowe zwykle następuje stopniowo poprzez inicjację pęknięć w korzeniach splotu silnie obciążonych.

Zgodność ze standardami EJMA i ASME
Kryteria projektowe EJMA
Złącza kompensacyjne w płaszczach wymienników utrzymujących ciśnienie należy projektować zgodnie z kryteriami określonymi przez Stowarzyszenie Producentów Złącz Dylatacyjnych (EJMA).

Podejście EJMA dostarcza sugestii dotyczących:

Obliczanie stresu

Analiza zmęczenia

Ocena ciśnienia

Ograniczenia w poruszaniu się

Przewidywanie siły sprężyny

Przewidywanie cyklu życia

ASME Załącznik 26
W zastosowaniach do zbiorników ciśnieniowych Załącznik 26 ASME może również stanowić wytyczne dotyczące konstrukcji mieszków i umożliwiać ocenę naprężeń.

Stosowanie ustalonych przepisów projektowych pomaga zapewnić, że złącze kompensacyjne jest uważane za w pełni zaprojektowany element ciśnieniowy, a nie element wyposażenia dodatkowego.

Ochrona miecha przed uszkodzeniami mechanicznymi
Znaczenie osłon zewnętrznych
Zewnętrzne mechaniczne uszkodzenia zwojów mieszków spowodowane narzędziami, ruchem pieszym, spadającymi przedmiotami lub pracami konserwacyjnymi mogą powodować podatność na uszkodzenia.

Dlatego zespół mieszków powinien być wyposażony w zewnętrzną osłonę ochronną.

Całun chroni przed:

Uszkodzenia spowodowane uderzeniem

Przypadkowe odkształcenie

Nagromadzenie śmieci

Ekspozycja pogodowa

Kontakt personalny.

Ochrona fizyczna ma kluczowe znaczenie dla długoterminowej niezawodności, ponieważ niewielkie wgniecenia lub odkształcenia mogą znacznie skrócić trwałość zmęczeniową.

Dlaczego-z-kompensatorów półkowych nie działają
Wymagania inżynieryjne dostosowane
Stały wymiennik PTFE-rurowy prowadzi do bardzo specjalistycznych warunków obciążenia:

Wysoka wyporność cieplna

Ciśnienie "

Ładowanie cykliczne

Narażenie na środowisko korozyjne

Wstrząsanie mechaniczne

Gotowe--z półki kompensatory rurociągów rzadko są odpowiednie w działaniu, ponieważ nie są przeznaczone do spełnienia łącznych wymagań dotyczących ruchu i ciśnienia w przypadku wymiennika PTFE.

Zamiast tego każdy zespół mieszków powinien być skonstruowany tak, aby pasował do geometrii wymiennika i warunków pracy.

Streszczenie
Złącze dylatacyjne to pomysłowo skonstruowane, elastyczne połączenie, które pozwala przezwyciężyć podstawowy dylemat naprężenia termicznego w przypadku stałego wymiennika ciepła z PTFE-rurowego. Mieszek w bezpieczny sposób kompensuje dużą różnicę wzrostu temperatury pomiędzy rurkami PTFE a otaczającą je stalową osłoną i zapobiega uszkodzeniu mechanicznemu obciążeniu wymiennika, zachowując jednocześnie integralność ciśnienia.

Wybór stałego wymiennika rurowego PTFE z odpowiednio dobranym złączem dylatacyjnym jest wynikiem dokładnego rozważenia przesuwu osiowego, grubości ścianki, geometrii splotu, odporności zmęczeniowej, odporności na korozję i zgodności ze standardami projektowymi EJMA lub ASME. Równie istotne dla długoterminowego-okresu użytkowania są właściwa ochrona zewnętrzna i zgodność ze środowiskiem.

Jedną z najbardziej niezawodnych maszyn w inżynierii urządzeń cieplnych jest często ta, która ma raczej z gracją dostosowywać się do własnego ruchu wewnętrznego, a nie stawiać mu sztywny opór.