Il cedimento da rigonfiamento per estrusione da stress termico si riferisce a coefficienti di dilatazione lineare incoerenti tra il rivestimento in PFA e il tubo di base esterno in acciaio durante l'aumento della temperatura della tubazione e i cicli di raffreddamento. Il rivestimento in fluoroplastica produce un allungamento termico molto maggiore rispetto al tubo rigido in acciaio, e l'espansione termica assiale è severamente limitata dalla flangiatura della flangia e dalle strutture di ancoraggio. La deformazione termica in eccesso viene convertita in sollecitazione di compressione radiale, facendo sì che il rivestimento si rigonfia verso l'interno localmente, estruda e raggrinzisca, restringa il passaggio del flusso e persino blocchi completamente la tubazione. Nel frattempo, la deformazione del rigonfiamento allenta l'interfaccia di legame, causando un'infiltrazione media, bolle tra gli strati e il distacco di un'ampia-area del rivestimento. Questo cedimento è un tipico danno da deformazione strutturale indotto da vincoli di dilatazione termica non corrispondenti, frequentemente osservati in lunghe tubazioni diritte con flange alle due-estremità fisse.
1. Disadattamento della dilatazione termica e meccanismo di deformazione del rigonfiamento
Il materiale PFA ha un coefficiente di dilatazione termica circa 10 volte quello dell'acciaio al carbonio e dell'acciaio inossidabile. Quando il sistema si riscalda, il rivestimento intende allungarsi assialmente lungo la lunghezza del tubo, ma entrambe le estremità sono bloccate dal serraggio della flangiatura della flangia senza margine di spostamento. All'interno della fodera si accumula un enorme stress termico di compressione. Quando lo stress supera il limite critico di deformazione del materiale, il rivestimento perde stabilità dimensionale e si gonfia verso il centro della tubazione per rilasciare lo stress interno. Dopo il raffreddamento, le pieghe deformate non possono ritornare alla forma piatta originale a causa dello scorrimento viscoelastico, formando barriere convesse permanenti all'interno del tubo. Diversamente dal collasso della pressione negativa del vuoto guidato dalla pressione atmosferica esterna, questa deformazione ha origine dallo stress di compressione termica interna causato dalla limitazione dell'espansione.
2. Posizioni tipiche soggette a danni da rigonfiamento da stress termico
Tubazioni diritte lunghe a sezione singola- fissate solo alle due estremità senza compensazione della dilatazione intermedia;
Condutture orizzontali in cui la gravità aiuta il rivestimento inferiore a rigonfiarsi preferenzialmente verso il basso;
Segmenti di tubo tra due flange fisse rigide con tolleranza di spostamento riservata pari a zero;
Sezioni di rivestimento sottili con scarsa rigidità e bassa resistenza alla deformazione termica;
Aree in cui il rivestimento viene parzialmente scollato in anticipo, diventando la posizione di rigonfiamento preferita sotto compressione.
3. Fattori fondamentali che inducono l'accelerazione del cedimento deformativo
Nessun giunto di dilatazione o struttura di compensazione telescopica installata per sezioni di tubo rivestite a lunga distanza-;
Le due estremità della tubazione adottano un fissaggio completamente rigido senza riservare spazio di scorrimento assiale per l'allungamento del rivestimento;
Il rivestimento è integralmente sinterizzato e incollato al tubo d'acciaio con un'adesione troppo forte, incapace di rilasciare lo spostamento assiale attraverso un leggero scorrimento;
Il funzionamento con un rapido aumento della temperatura genera un enorme stress termico istantaneo senza un graduale sollievo dallo stress;
Numerosi cicli di alternanza di freddo e caldo si sovrappongono alla deformazione cumulativa di scorrimento per solidificare le rughe in modo permanente.
4. Misure tecniche di prevenzione e controllo-del collegamento completo
① Installare giunti di dilatazione ondulati o giunti di compensazione di tipo scorrevole su tubazioni lunghe e diritte
Fornire spazio di allungamento assiale per rilasciare fondamentalmente lo stress da allungamento termico.
② Adottare una struttura a flangia flottante alle estremità del tubo per consentire un minimo scorrimento assiale del rivestimento e del tubo in acciaio
Evitare il bloccaggio rigido dello spostamento termico nelle posizioni limite della flangiatura.
③ Ridurre adeguatamente e moderatamente la forza di adesione complessiva delle sezioni parziali
Consentono il micro scorrimento relativo tra il rivestimento e il substrato per dissipare lo stress di compressione.
④ Implementare una procedura graduale di aumento lento della temperatura per evitare un forte aumento dello stress termico in breve tempo
Disperdere la tensione termica passo dopo passo per evitare deformazioni improvvise.
⑤ Organizzare ispezioni endoscopiche regolari per condotte lunghe-a campata fissa
Controllare i difetti di rigonfiamento e grinza e sostituire tempestivamente le sezioni di tubo difettose.
5. Tabella di confronto degli effetti della prevenzione
表格
| Layout della pipeline e modalità di fissaggio | Rischio di rigonfiamento da stress termico | Suggerimento per l'applicazione |
|---|---|---|
| Fissaggio rigido a doppia-estremità per tubo lungo + nessun dispositivo di compensazione + riscaldamento rapido diretto | Dopo diversi cicli di riscaldamento si verificano evidenti rigonfiamenti del rivestimento verso l'interno e riduzione del flusso | Aggiorna i componenti di compensazione dell'espansione e trasforma la forma della flangia fissa |
| Dotato di giunti di dilatazione + limite di estremità flottante + funzionamento in aumento della temperatura a gradiente | Elimina efficacemente lo stress da compressione termica e la deformazione irreversibile di instabilità | Specifiche di layout standard per condotte di trasporto di riscaldamento-a campata lunga rivestite in PFA |
| Progettazione di ancoraggi segmentati + simulazione della dilatazione termica agli elementi finiti + ispezione video interna annuale | Pericolo nascosto di blocco rigonfiamento-a termine estremamente lungo e distacco dello strato intermedio | Schema preferito per reti di tubazioni di riscaldamento anticorrosione-con disposizione intensiva a telaio fisso |
Conclusione
Il cedimento per blocco del rigonfiamento dell'estrusione da stress termico del rivestimento in PFA deriva dalla grande differenza nel tasso di espansione termica tra il rivestimento e il tubo in acciaio, e la restrizione strutturale rigida trasforma l'allungamento assiale in una deformazione di instabilità radiale. Le contromisure di prevenzione principali includono la configurazione di accessori di compensazione termica, l'adozione di strutture di flangia di limitazione mobile, la regolazione moderata delle prestazioni di collegamento dell'interfaccia, la standardizzazione del funzionamento dell'aumento di temperatura e l'esecuzione di ispezioni interne periodiche. Il controllo a circuito chiuso- dell'intero processo della progettazione del layout della tubazione, della modalità di fissaggio delle estremità e del funzionamento di regolazione della temperatura può prevenire il blocco della tubazione e incidenti dovuti a perdite di corrosione del substrato derivanti dalla deformazione non corrispondente allo stress termico dei tubi di riscaldamento rivestiti in PFA.
