Теплообмінник з ПТФЕ вилучається з експлуатації після того, як оператори помічають невеликі витоки біля згину труби та на краю трубної решетки. Візуальний огляд виявляє мережу надзвичайно дрібних тріщин, що розходяться по поверхні. Таблиці хімічної сумісності підтверджують, що технологічна рідина прийнятна для PTFE. Робочі температури ніколи не перевищували проектні межі. Жодних слідів стирання, удару чи надмірного тиску не видно. Пошкодження виглядає механічним, але механічного перевантаження не було. Цей тип загадкової невдачі часто призводить до неправильних висновків, доки не буде розглянуто менш очевидний механізм: розтріскування напруги в середовищі.
Розтріскування під дією напруги навколишнього середовища (ESC) описує режим руйнування, при якому полімер руйнується внаслідок спільної дії напруги розтягування та хімічного середовища, що послаблює опір розвитку тріщин. Жоден фактор сам по собі зазвичай не пошкоджує матеріал. PTFE широко відомий своєю хімічною інертністю та стійкістю до корозії, але, як і всі полімери, він має мікроструктуру, чутливу до тривалого -навантаження. Коли в матеріалі існує механічний натяг, певні хімічні речовини можуть значно прискорити розповсюдження тріщин, навіть якщо вони хімічно не розчиняють і не руйнують полімер.
Механізм принципово відрізняється від корозії. Під час корозії хімічна речовина реагує з матеріалом і споживає його. Під час крекінгу під впливом навколишнього середовища хімічна речовина діє як посередник, а не як нападник. Молекули проникають у мікроскопічні ділянки поверхні та зменшують міжмолекулярну когезію, знижуючи енергію, необхідну для розширення тріщини. Після виникнення тріщина поширюється під впливом напруги, значно нижчої від нормальної міцності матеріалу. Тому обмінник виходить з ладу «нижче рейтингу», створюючи плутанину під час аналізу несправностей.
Рушійною силою є залишкова напруга. PTFE теплообмінні труби та вигини формуються шляхом термічного формування та монтажу. Навіть ретельне виготовлення залишає локалізовані напруги розтягування, особливо на зовнішній стороні вигинів, де відбувається розтягування. Встановлення може збільшити навантаження через зсув труби, надмірне затягування фланців або обмежене теплове розширення. Термічний цикл під час експлуатації потім постійно навантажує ці області, зберігаючи постійну рушійну силу-з часом.
Агенти-розтріскування під напругою запускають другу частину механізму. Фторполімери стійкі до більшості кислот і лугів, але деякі сполуки все ж можуть сприяти зростанню тріщин. Поверхнево-активні речовини є-відомою категорією, оскільки вони зменшують поверхневу енергію та проникають у мікропорожнини. Деякі органічні розчинники при підвищеній температурі можуть діяти аналогічно, особливо в поєднанні з механічним навантаженням. Певні технологічні добавки, зволожувачі та хімікати для чищення також мають такий ефект. Хімічна речовина не впливає на поверхню PTFE, тому лише таблиці сумісності не можуть передбачити несправність.
Характерні малюнки тріщин допомагають відрізнити ESC від інших пошкоджень. Тріщини, як правило, дуже тонкі та часто розгалужуються в кількох напрямках. Вони з’являються в зонах найвищої напруги розтягування: зовнішні радіуси згину, поблизу затиснутих областей фланців і навколо з’єднань трубної дошки. Поверхня зламу зазвичай виглядає матовою, а не оплавленою або ерозованою. На ранніх стадіях обмінник може пройти випробування тиском, оскільки тріщини залишаються неглибокими; витік починається тільки після їх з'єднання через товщину стінки.
Польові дослідження часто показують, що-залишкова напруга, спричинена встановленням, є вирішальним фактором. Напруга труби, що передається на сопло теплообмінника, дещо деформує трубну дошку, концентруючи напругу навколо входів труб. Під дією технологічних потоків,-які містять м’яку поверхнево-активну речовину, протягом місяців поступово утворюються тріщини. Середовище саме по собі не пошкодило б ненапружений компонент, а сама по собі напруга залишилася б нешкідливою без хімічної речовини. Разом вони породжують провал.
Тому для профілактики необхідно боротися як з механічним, так і з хімічним впливом. Заходи механічного проектування є високоефективними. Більші радіуси вигину зменшують натяг зовнішніх-волокон під час виготовлення. Правильно вирівняні трубопроводи запобігають безперервним зовнішнім навантаженням. Незалежні трубні опори запобігають вібрації та передачі ваги в корпус теплообмінника. Контрольований крутний момент болта дозволяє уникнути локальної деформації фланців. Надання простору для теплового розширення запобігає циклічному розтягуванню під час змін температури.
Огляд процесу не менш важливий. Виявлення потенційних агентів-розтріскування під напругою в рідині - включно з мікродобавками та очисними розчинами - допомагає визначити ризик. Коли такі агенти неможливо усунути, зниження механічної напруги стає ще більш критичним. У деяких випадках альтернативні сорти фторполімерів або модифіковані методи обробки пропонують покращену стійкість до розповсюдження тріщин за рахунок збільшення молекулярного заплутування або зменшення концентрації внутрішньої напруги.
Розтріскування під напругою в навколишньому середовищі є непомітною, але добре{0}}задокументованою формою відмови в полімерному теплообмінному обладнанні. Відсутність видимої корозії часто вводить в оману спроби усунення несправностей у напрямку неправильних причин, таких як виробничі дефекти або коливання тиску. Ретельна оцінка залишкової напруги, радіуса вигину, вирівнювання монтажу та хімічного складу зазвичай розкриває справжній механізм.
Надійна робота залежить від усвідомлення того, що сама по собі хімічна стійкість не гарантує довговічності конструкції. Коли напруга розтягування та -агенти розтріскування під напругою співіснують, навіть дуже інертний PTFE може передчасно зламатися. Включення функцій-зняття напруги в конструкцію та перегляд хімії процесу під час технічних характеристик забезпечує практичний запас безпеки. Для вимогливих застосувань із застосуванням поверхнево-активних речовин або нагрітих органічних сумішей консультації з досвідченими виробниками та фахівцями з матеріалів дозволяють вибрати конструктивні деталі, які протистоять поширенню тріщин і подовжують термін служби теплообмінника.
