La curva del campo che si piegava
Un tecnico sul campo che fa passare un tubo dello scambiatore di calore in PTFE attorno alla trave di supporto del serbatoio piega manualmente il tubo fino a un raggio che sembra ragionevole. Il tubo sembra accettare la curvatura senza rompersi. Tre mesi dopo, il tubo in corrispondenza di quella curva si è appiattito in una sezione trasversale-ovale. Il flusso di vapore è limitato. Il tubo deve essere sostituito.
L'errore stava piegando il PTFE al di sotto del raggio di curvatura minimo. A differenza dei tubi metallici, che si deformano plasticamente con un angolo di piegatura ben-definito, il PTFE può essere piegato con raggi sorprendentemente stretti senza danni visibili immediati. Le catene polimeriche si riorientano. Il tubo sembra accettabile. Ma la parete esterna della piega è in tensione oltre il limite elastico del materiale. Nel tempo, a temperatura elevata, il polimero allungato si insinua, la parete si assottiglia e il tubo si ovalizza.
Il raggio di curvatura minimo per il tubo dello scambiatore di calore in PTFE non è il raggio al quale il tubo si piega immediatamente. È il raggio al quale lo scorrimento e l'ovalizzazione a lungo termine- rimangono entro limiti accettabili per la durata di servizio.
Il regime di piegatura elastica vs. plastica
Quando un tubo viene piegato, la parete esterna si allunga in tensione mentre la parete interna si comprime. La deformazione sulla superficie esterna è: ε=r / R, dove r è il raggio esterno del tubo e R è il raggio dell'asse di curvatura.
Il PTFE ha una deformazione limite elastica di circa il 2-3% a temperatura ambiente e l'1-2% a 120 gradi. La flessione a sollecitazioni inferiori a questo limite produce una deformazione completamente elastica: il tubo ritorna diritto quando viene rilasciato. La flessione a sollecitazioni superiori a questo limite produce una deformazione permanente. Le catene polimeriche sono state allungate oltre la loro capacità di recupero elastico.
Il raggio di curvatura minimo di sicurezza viene calcolato per mantenere la deformazione della fibra esterna entro il limite elastico alla massima temperatura operativa. Questo garantisce che la piega non si ovalizzi progressivamente nel tempo.
Per tubi in PTFE con diametro esterno di 10 mm, il raggio esterno del tubo r è 5 mm. Per limitare la deformazione al 2% a 120 gradi, il raggio di curvatura minimo R=r / ε=5 / 0.02=250 mm. Per tubi con diametro esterno di 8 mm, r=4mm e R=4 / 0.02=200mm.
Tabella 1: Raggio di curvatura minimo consigliato per i tubi dello scambiatore di calore in PTFE
| Diametro esterno del tubo (mm) | Spessore della parete (mm) | Raggio di curvatura minimo a 20 gradi (mm) | Raggio di curvatura minimo a 120 gradi (mm) | Moltiplicatore del diametro esterno del tubo (a 120 gradi) | Note |
|---|---|---|---|---|---|
| 6 | 0.8 | 90 | 150 | 25× | Le pieghe strette richiedono il supporto del mandrino durante la piegatura |
| 8 | 1.0 | 120 | 200 | 25× | Raggio di curvatura del campo standard |
| 10 | 1.0 | 150 | 250 | 25× | Utilizzare la molla o la forma di piegatura per consistenza |
| 10 | 1.2 | 160 | 260 | 26× | La parete più spessa aumenta leggermente il raggio richiesto |
| 12 | 1.0 | 180 | 300 | 25× | Un diametro maggiore richiede naturalmente un raggio maggiore |
| 12 | 1.5 | 200 | 320 | 27× | La parete spessa aumenta il raggio richiesto |
L'effetto di recupero termico
Il PTFE ha una proprietà utile per la flessione sul campo: il recupero termico. Se un tubo viene piegato a freddo con un raggio leggermente più stretto del minimo consigliato, riscaldandolo a 120-150 gradi consente alle catene polimeriche di rilassarsi. Lo stress interno derivante dalla flessione si dissipa parzialmente. Il tubo mantiene la sua forma piegata ma con tensioni residue ridotte.
Questa tecnica consente curvature sul campo con raggi più stretti di circa il 20-30% rispetto alla curvatura a freddo-minima, a condizione che il tubo venga successivamente termofissato-facendo circolare vapore attraverso di esso a bassa pressione prima di metterlo in pieno servizio. La procedura di termofissaggio deve essere documentata nelle istruzioni di installazione.
Requisiti dello strumento di piegatura
La piegatura manuale non supportata produce raggi incoerenti e rischia di attorcigliarsi a livello locale. Una molla flessibile-una molla elicoidale che scivola sul diametro esterno del tubo-fornisce supporto esterno e impedisce l'ovalizzazione durante la piegatura. Una forma di piegatura-un blocco sagomato con il raggio desiderato-fornisce una geometria di piegatura coerente.
Per le installazioni sul campo in cui sono richieste più piegature identiche, è giustificato un semplice dispositivo di piegatura. L'apparecchio garantisce che ogni curvatura soddisfi i requisiti di raggio minimo e produca una caduta di pressione costante su circuiti di tubi identici.
Riepilogo
Il raggio di curvatura minimo per i tubi dello scambiatore di calore in PTFE è 25 volte il diametro esterno del tubo per la piegatura a freddo a 20 gradi e 25-27 volte per la piegatura a 120 gradi. Ciò mantiene la deformazione della fibra esterna entro il limite elastico del 2%, prevenendo l'ovalizzazione del creep a lungo termine e la restrizione del flusso.
Il recupero termico dopo la piegatura a freddo consente raggi leggermente più stretti con una procedura di termofissaggio controllata-. Le molle o le forme di piegatura garantiscono pieghe uniformi e prive di attorcigliamenti-durante l'installazione sul campo.
Le specifiche tecniche per le procedure di piegatura dei tubi in PTFE e i criteri di accettazione sono disponibili previa presentazione delle dimensioni del tubo, della temperatura operativa, dei vincoli di spazio di installazione e delle geometrie di piegatura richieste.
