Виклик високого-високого{1}}температури тиску
Занурювальний нагрівач PTFE, що працює при тиску пари 12 бар і температурі 180 градусів, є одним із найвимогливіших застосувань для фторполімеру. Температура насичення парою при тиску 12 бар становить 191 градус -близько до практичної межі для PTFE. Напруга кільця від тиску висока. Швидкість повзучості при 180 градусах є значною.
Товщина стінки труби повинна задовольняти вимоги щодо тиску розриву, вимоги до тривалості повзучості та вимоги до теплопередачі. Три обмеження конкурують.
Вимоги до тиску розриву
Кільцева напруга в тонкостінній -трубці: σ=P × D / (2t), де P – манометричний тиск (1,2 МПа), D – середній діаметр, а t – товщина стінки.
Для трубки з зовнішнім діаметром 10 мм:
| Товщина стінки (мм) | Кольцева напруга при 12 бар (МПа) | Тиск розриву (МПа) | Коефіцієнт безпеки порівняно з . 1.2 МПа |
|---|---|---|---|
| 1.5 | 3.4 | 8.5 | 7.1 |
| 2.0 | 2.4 | 12.0 | 10.0 |
| 2.5 | 1.8 | 16.0 | 13.3 |
| 3.0 | 1.5 | 20.0 | 16.7 |
Тиск розриву достатній для всіх стінок товщиною понад 1,5 мм. Дизайн не має-обмежень.
Вимоги до життя крипа
При 180 градусах швидкість повзучості PTFE є значною. Допустима кільцева напруга для 10-річного терміну служби при 180 градусах становить приблизно 1,2–1,5 МПа для модифікованого PTFE.
Для кільцевої напруги нижче 1,5 МПа: товщина стінки має бути принаймні 2,5 мм для труби з зовнішнім діаметром 10 мм.
| Товщина стінки (мм) | Обручна напруга (МПа) | Розрахунковий термін повзучості при 180 градусах |
|---|---|---|
| 1.5 | 3.4 | 1–2 роки |
| 2.0 | 2.4 | 3–5 років |
| 2.5 | 1.8 | 6–8 років |
| 3.0 | 1.5 | 10+ років |
Вимога щодо тривалості повзучості визначає вибір товщини стінки. Для 10-річного терміну служби потрібна стінка 3,0 мм.
Штраф за теплопередачу
Більш товста стінка додає термостійкість. Стінка з PTFE товщиною 3,0 мм має опір провідності 0,012 м²·K/Вт-, що втричі перевищує товщину стінки 1,0 мм. Загальне значення U-падає зі 143 Вт/м²·K до 71 Вт/м²·K-, що на 50% менше.
Штраф за передачу тепла вимагає більшої площі поверхні для того самого навантаження. Більший нагрівач займає більше місця в баку і коштує дорожче.
Рекомендація щодо дизайну
Для занурювального нагрівача з PTFE при тиску 12 бар і 180 градусів рекомендована товщина стінки становить 3,0 мм для трубки з зовнішнім діаметром 10 мм із використанням модифікованого PTFE. Це забезпечує 10-річний термін служби повзучості. Штраф за передачу тепла приймається як вартість послуги високого-високого тиску.
Площа поверхні нагрівача має відповідати зменшеному U-значенню. Більша габаритна площа – це компроміс-за тиск і температуру.
Резюме
Товщина стінки труби для занурювального нагрівача з PTFE при тиску 12 бар і 180 градусів визначається вимогами до тривалості повзучості, а не тиском розриву. Стінка 3,0 мм забезпечує 10-річний термін служби з модифікованим PTFE. Штраф теплопередачі на 50% вимагає більшої площі поверхні.
Інженерна підтримка підбору товщини стінки доступна за поданням тиску пари, робочої температури, необхідного терміну служби та розмірів труб.
