Чим продуктивність PTFE теплообмінника відрізняється від FEP при низько-температурному хімічному охолодженні?

Два матеріали, які виглядають схожими при низькій температурі

FEP і PTFE є перфторованими полімерами, обидва стійкі до звичайних охолоджуючих рідин, які використовуються в хімічній обробці: охолодженої води, розчинів гліколю, розсолу та холодоагенту. При температурах від 0 градусів до 50 градусів хімічна стійкість і механічні властивості двох матеріалів схожі, і вибір часто здійснюється на основі вартості.

ФЕП є сополімером тетрафторетилену та гексафторпропілену. Гексафторпропіленовий сомономер порушує кристалічність полімеру та зменшує в'язкість розплаву, що дозволяє обробляти FEP шляхом екструзії розплаву. FEP має максимальну безперервну робочу температуру 200 градусів у порівнянні з 260 градусами для PTFE.

PTFE є гомополімером тетрафторетилену. Лінійна структура забезпечує вищу кристалічність, що надає PTFE вищу міцність на розрив, кращий опір повзучості та вищу тривалу температуру експлуатації. ПТФЕ не можна обробити-розплавом, тому його виготовляють шляхом пресування та спікання.

Порівняння теплопровідності

FEP і PTFE мають однакову теплопровідність. PTFE має провідність 0,25 Вт/м·K, а FEP має провідність 0,24 Вт/м·K. Різниця незначна і не впливає на необхідну площу поверхні для даного теплового навантаження.

Загальний коефіцієнт теплопередачі для обох матеріалів визначається опором плівки рідини, а не опором стінки. У системах рідинного--охолодження загальний коефіцієнт для теплообмінника з PTFE зазвичай становить 200–300 Вт/м²·К, а коефіцієнт для теплообмінника з FEP практично такий же. Вибір між двома матеріалами не можна зробити на основі теплових характеристик.

Різниця в стійкості до втоми Flex

Стійкість до втоми при згинанні - це здатність матеріалу витримувати багаторазове згинання та згинання без розтріскування. FEP має менший опір втомі при згинанні, ніж PTFE, через його нижчу кристалічність і більш гнучку молекулярну структуру.

Під час низькотемпературного хімічного охолодження теплообмінники, які піддаються вібрації, термічним циклам або механічним рухам, можуть виникати втома від гнучкості. Труби згинаються, коли теплообмінник розширюється та звужується, і повторне згинання може спричинити тріщини на стінці труби.

PTFE має вищу стійкість до втоми при згинанні, ніж FEP, що робить його придатним для експлуатації, коли труби піддаються повторному згину. FEP підходить для експлуатації, коли труби мають жорстку опору та не піддаються значним рухам.

Різниця опору проникненню

Проникнення - це дифузія газу або рідини через полімер. FEP має вищі швидкості проникнення, ніж PTFE, через його нижчу кристалічність і більш відкриту молекулярну структуру.

У низькотемпературному хімічному охолодженні проникнення може викликати занепокоєння, якщо охолоджуюча рідина містить розчинені гази або якщо технологічна рідина чутлива до забруднення. Проникнення кисню або вуглекислого газу через стінку труби може вплинути на хімічний процес, а проникнення технологічної рідини через стінку труби може забруднити охолоджуючу рідину.

PTFE має нижчий рівень проникнення, ніж FEP, що робить його придатним для використання, де проникнення викликає занепокоєння. FEP підходить для обслуговування, де проникнення не є критичним фактором.

Різниця температурної здатності

FEP має максимальну безперервну робочу температуру 200 градусів, тоді як PTFE має максимальну безперервну робочу температуру 260 градусів. При низькій температурі обидва матеріали знаходяться в межах свого робочого діапазону, і різниця температур не впливає на вибір.

Різниця температурних можливостей стає важливою, якщо змінюються умови процесу. Якщо послугу охолодження пізніше буде перетворено на послугу опалення або якщо робоча температура буде підвищена, блок FEP може не підійти, і знадобиться блок PTFE.

Порівняння двох матеріалів при низько-температурному хімічному охолодженні

У наведеній нижче таблиці підсумовано продуктивність і вартісні характеристики теплообмінників з PTFE та FEP у низько-температурному хімічному охолодженні при 10 градусах із 30% розчином гліколю.

Значення загальної вартості за п’ять- років передбачають вартість виробництва 400 доларів США за годину та включають капітальні витрати, вартість встановлення та вартість обслуговування протягом п’яти років. Загальна вартість п’яти-років фактично однакова, оскільки нижча капітальна вартість FEP компенсується вищою вартістю обслуговування.

Коли FEP є кращим вибором

FEP є кращим вибором у кількох конкретних програмах.

Низько{0}}температурне обслуговування без згинання.При температурах нижче 50 градусів і з жорстко закріпленими трубами FEP працює так само добре, як PTFE за менших капітальних витрат.

Служба не-критичного проникнення.Якщо проникнення газів або рідин через стінку труби не викликає занепокоєння, FEP є адекватним.

Вимога щодо короткого терміну служби.Якщо очікується, що термін служби теплообмінника буде 10 років або менше, FEP є достатнім і менш дорогим.

Програми,-що чутливі до вартості.Коли капітальний бюджет обмежений, FEP забезпечує адекватну продуктивність за менших витрат.

Стандартна послуга охолодження.Для стандартного охолодження без незвичайних хімічних або механічних вимог FEP є достатнім.

Коли PTFE є кращим вибором

PTFE є кращим вибором у кількох конкретних сферах застосування.

Послуга згинання.Коли труби піддаються вібрації, термічним циклам або механічним рухам, PTFE має вищу стійкість до втоми при згинанні, ніж FEP.

Служба,-чутлива до проникнення.Коли проникнення газів або рідин через стінку труби викликає занепокоєння, PTFE має нижчий рівень проникнення, ніж FEP.

Обслуговування-високої температури.Коли робоча температура може перевищувати 200 градусів, потрібен PTFE, оскільки FEP розм’якшується та втрачає міцність.

Вимога тривалого терміну служби.Якщо очікується, що термін служби теплообмінника буде 15 років або більше, PTFE є кращим вибором, оскільки він має вищу механічну міцність і кращий опір повзучості.

Обслуговування-високої чистоти.Коли технологічна рідина чутлива до забруднення, ПТФЕ має нижчу швидкість проникнення та меншу кількість витягуваних речовин, ніж ФЕП.

Особливості дизайну, які впливають на вибір

Кілька конструктивних особливостей впливають на вибір між PTFE та FEP.

Відстань під опорою труб.Збільшений відстань між опорами труб зменшує згинання труб, що зменшує вимоги до втоми на згинання та дозволяє використовувати FEP.

Швидкість течії.Вища швидкість потоку збільшує вібрацію та згинання труб, що сприяє PTFE.

Частота термоциклування.Більш часті термічні цикли збільшують згинання труб, що сприяє PTFE.

Чутливість технологічної рідини.Більш чутливі технологічні рідини потребують нижчого рівня проникнення, що надає перевагу PTFE.

Запас робочої температури.Більший запас між робочою температурою та межею матеріалу забезпечує більшу гнучкість для майбутніх змін процесу, що надає перевагу PTFE.

Специфікаційні параметри для низько-температурного хімічного охолодження

Інженери з обладнання, які оцінюють теплообмінники з PTFE та FEP для низько-температурного хімічного охолодження, повинні підтвердити наступні параметри з постачальником.

Хімія охолоджуючої рідини.Вкажіть склад охолоджувальної рідини, включаючи концентрацію гліколю, розсолу чи інших добавок.

Робоча температура.Вкажіть максимальну робочу температуру та очікуваний температурний профіль.

Чутливість технологічної рідини.Вкажіть чутливість технологічної рідини до забруднення через проникнення.

Умови згинання.Укажіть вібрацію, температурний цикл і механічний рух, яких зазнають труби.

Вимога до терміну служби.Вкажіть очікуваний термін служби та графік заміни.

Теплове навантаження і площа поверхні.Для кожного варіанту матеріалу вкажіть теплове навантаження та необхідну площу поверхні.

Обмеження простору.Укажіть доступний простір і максимально допустиму площу.

Можливість обслуговування.Вкажіть можливість обслуговування об'єкта.

Відповідність вибору матеріалу умовам охолодження

Вибір між теплообмінниками з PTFE та FEP для низько-температурного хімічного охолодження залежить від умов згинання, чутливості до проникнення, вимог щодо терміну служби та чутливості до вартості. FEP підходить для роботи при низьких-температурах без згинання та проникнення, і він менш дорогий. PTFE необхідний для використання з вигинанням, проблемами проникнення або вимогою тривалого терміну служби.

Рішення про вибір має ґрунтуватися на-аналізі конкретного об’єкта, який включає капітальні витрати, вартість монтажу, вартість обслуговування та ризик виробничих втрат. Проста модель електронної таблиці з цими компонентами витрат надає інформацію, необхідну для прийняття рішення.

Для низькотемпературних установок хімічного охолодження, які оцінюють варіанти теплообмінника, вибір матеріалу має базуватися на загальній вартості володіння протягом очікуваного терміну служби, а не лише на капітальних витратах. Блок FEP з нижчою капітальною вартістю може мати вищу вартість терміну служби, якщо він потребує частішої заміни.

Інженери з обладнання та спеціалісти з закупівель, які оцінюють технічні характеристики теплообмінника з ПТФЕ для низько-температурного хімічного охолодження або іншої корозійної служби, можуть подати запит на перевірку конструкції, яка охоплює хімічний склад охолоджувальної рідини, робочу температуру, чутливість технологічної рідини, умови згинання та вимоги до терміну служби, щоб підтвердити, що вибір матеріалу відповідає фактичним умовам експлуатації та структурі витрат на об’єкті.