La fuga di notizie ricorrente
Uno scambiatore di calore in PTFE funziona tra 25 gradi durante l'arresto e 140 gradi durante la produzione. Ogni sei-otto settimane, una connessione flangiata inizia a piangere. La manutenzione-serra nuovamente i bulloni. La perdita si interrompe temporaneamente, poi ritorna. Dopo diversi cicli di ri-serratura, la guarnizione deve essere sostituita.
Il materiale della guarnizione è chimicamente compatibile. Le superfici della flangia sono pulite e piatte. I bulloni sono specificati correttamente. Tuttavia il giunto non è in grado di mantenere la tenuta attraverso ripetuti cicli termici. La causa principale risiede nell’interazione tra le proprietà del materiale della guarnizione, le differenze di dilatazione termica e il rilassamento della tensione dei bulloni.
Il meccanismo di guasto del ciclo termico
Un giunto flangiato bullonato sigilla quando la tensione del bullone comprime la guarnizione sufficientemente da riempire le imperfezioni della superficie della flangia e mantenere lo stress di contatto al di sopra dello stress di tenuta minimo. Il ciclo termico mina questa condizione attraverso molteplici meccanismi simultanei.
Le flange in PTFE e le flange metalliche si espandono a velocità diverse. Una flangia in PTFE si espande circa dieci volte di più di una flangia di accoppiamento in acciaio quando riscaldata da 25 gradi a 140 gradi. Questa espansione differenziale aumenta la compressione della guarnizione durante il riscaldamento, potenzialmente schiacciando la guarnizione oltre il suo limite di recupero elastico. Durante il raffreddamento, il PTFE si contrae più dell'acciaio, riducendo la compressione della guarnizione. Se la guarnizione ha subito un compression set, non può espandersi per riempire lo spazio di rilassamento.
La tensione del bullone si allenta nel tempo attraverso lo scorrimento nel materiale della guarnizione e nelle superfici della flangia in PTFE. A temperatura elevata, questo rilassamento accelera. La tensione rimanente del bullone dopo centinaia di ore alla temperatura di esercizio può essere pari al 40-60% del valore di installazione iniziale. Quando il sistema si raffredda, la ridotta tensione dei bulloni combinata con la contrazione differenziale apre un percorso di perdita.
Tabella 1: Prestazioni dei materiali delle guarnizioni nel servizio di riciclaggio termico dello scambiatore di calore in PTFE
| Materiale della guarnizione | Resistenza al set di compressione | Rilassamento strisciante a 120 gradi | Recupero dopo lo scarico | Frequenza di ri-serratura | Valutazione di idoneità |
|---|---|---|---|---|---|
| Foglio di PTFE vergine | Povero | Alto (40-60% di perdita di stress) | Molto basso | Ogni 4-6 settimane | Povero |
| PTFE con riempitivo di vetro | Giusto | Moderato (25-35%) | Basso | Ogni 3-4 mesi | Giusto |
| PTFE espanso (ePTFE) | Giusto | Moderato-Alto (30-40%) | Moderare | Ogni 2-3 mesi | Giusto |
| Busta in PTFE con anima metallica | Bene | Basso (15-20%) | Bene | Annualmente | Bene |
| Grafite flessibile con rivestimento in PTFE | Molto bene | Molto basso (5-10%) | Eccellente | Raramente richiesto | Eccellente |
| FKM (Viton) - uso chimico limitato | Eccellente | Basso (10-15%) | Eccellente | Raramente richiesto | Ottimo (verificare compatibilità chimica) |
Dati sulle prestazioni basati sui valori di rilassamento del creep e compression set pubblicati dai produttori di guarnizioni a 120 gradi. Stime della frequenza di ri-serratura per cicli compresi tra 25 gradi e 140 gradi su flange rivestite in PTFE-.
Pratiche di installazione che prevengono i guasti
La corretta coppia dei bulloni è fondamentale e spesso fraintesa. La coppia dei bulloni della flangia in PTFE è significativamente inferiore rispetto a quella delle flange metalliche perché il PTFE scorre a freddo-sotto una compressione eccessiva. Le raccomandazioni sulla coppia del produttore della guarnizione per il materiale specifico della guarnizione e il tipo di flangia devono essere seguite esattamente. Una coppia eccessiva- schiaccia la guarnizione e accelera il rilassamento dovuto allo scorrimento. La sotto-coppia non riesce a raggiungere lo stress di tenuta minimo.
Le rondelle elastiche Belleville sotto le teste dei bulloni compensano la dilatazione termica e lo scorrimento della guarnizione. La deflessione della molla mantiene una tensione del bullone quasi-costante mentre il giunto si rilassa. Uno stack di molle adeguatamente progettato può ridurre-la frequenza di serraggio da mensile ad annuale.
La sequenza di serraggio controllata dei bulloni garantisce una compressione uniforme della guarnizione. I bulloni devono essere serrati secondo uno schema-incrociato in tre incrementi: 30%, 60% e 100% della coppia target. Dopo 24 ore alla temperatura operativa, un singolo passaggio di ri{7}}coppia al 100% della coppia target compensa l'assestamento iniziale-in rilassamento. Non dovrebbero essere necessarie ulteriori coppie di serraggio-se il materiale della guarnizione e le rondelle elastiche sono specificati correttamente.
Riepilogo
Il cedimento prematuro della guarnizione nelle connessioni flangiate dello scambiatore di calore in PTFE è il risultato della dilatazione termica differenziale, della deformazione della compressione della guarnizione e del rilassamento della tensione dei bulloni durante il ciclo termico. Le guarnizioni in PTFE vergine hanno prestazioni scarse a causa dell'elevato scorrimento e del basso recupero. Le guarnizioni con-anima in metallo o energizzate a molla-forniscono una tenuta affidabile a lungo termine-.
La corretta coppia dei bulloni, le rondelle elastiche Belleville e le procedure di serraggio controllate prolungano la durata della guarnizione da mesi ad anni. Una singola ri-coppia dopo il riscaldamento iniziale-compensa l'assestamento-. Il successivo serraggio successivo-non dovrebbe essere un'operazione di routine-la sua necessità indica una selezione o un'installazione errata della guarnizione.
I consigli tecnici per la selezione della guarnizione dello scambiatore di calore in PTFE e la manutenzione della flangia sono disponibili previa presentazione dell'intervallo di temperatura di esercizio, dei materiali e delle dimensioni della flangia, della chimica del processo e della cronologia attuale dei guasti della guarnizione.
