L'ovalità che accorcia la vita
Un tubo dello scambiatore di calore in PTFE con una sezione trasversale-perfettamente circolare distribuisce la pressione interna del vapore in modo uniforme attorno alla sua circonferenza. La tensione del cerchio è uguale in tutti i punti. Il tubo si insinua uniformemente e l'assottigliamento delle pareti procede in modo prevedibile.
Un tubo con ovalità anche lieve concentra le sollecitazioni nei punti di minimo raggio di curvatura. La sollecitazione del cerchio è maggiore laddove la parete curva più bruscamente. Il creep accelera in questi-luoghi ad alto stress. L'assottigliamento delle pareti diventa non-uniforme. La pressione di scoppio-la pressione interna alla quale il tubo si rompe-diminuisce più velocemente di quanto previsto dai modelli a parete-uniforme.
La relazione tra l'ovalità iniziale e il mantenimento della pressione di scoppio a lungo-termine è quantificabile. Specificare una tolleranza di ovalità al momento della produzione garantisce che il tubo mantenga un'adeguata capacità di pressione per tutta la sua durata di servizio prevista.
La concentrazione dello stress da ovalità
Per un tubo a parete sottile-perfettamente circolare, la tensione circonferenziale è: σ=P × D / (2 × t), dove P è la pressione interna, D è il diametro medio e t è lo spessore della parete. Questa è la formula standard di Barlow.
Per un tubo ovale, la sollecitazione circonferenziale nel punto di raggio minimo è maggiore. Il fattore di concentrazione dello stress K dipende dall'ovalità, definita come: Ovalità (%)=(Dmax - Dmin) / Dnominale × 100.
Al 2% di ovalizzazione, il fattore di concentrazione dello stress è di circa 1,15-un aumento del 15% dello stress del cerchio locale. Al 5% di ovalità, K ≈ 1,35. Al 10% di ovalità, K ≈ 1,70. L'aumento dello stress determina uno scorrimento più rapido nei punti ad alta curvatura. Il tubo diventa progressivamente più ovale man mano che il creep assottiglia la parete preferenzialmente in questi punti. Il ciclo di feedback accelera.
Tabella 1: Impatto dell'ovalizzazione sulla ritenzione della pressione di scoppio per 5 anni (PTFE modificato con parete 10 mm DE × 1 mm, vapore 3 barg a 143 gradi)
| Ovalità iniziale (%) | Fattore di concentrazione dello stress (K) | Assottigliamento della parete a 5 anni (% dell'originale) | Mantenimento della pressione di scoppio a 5 anni (% dell'originale) | Disposizione |
|---|---|---|---|---|
| < 1.0 | < 1.08 | 5-8% (uniforme) | 85-90% | Accettabile per 10+ anno di servizio |
| 1.0-2.0 | 1.08-1.15 | 8-12% (leggermente non uniforme) | 78-85% | Accettabile per un servizio di 5-8 anni |
| 2.0-3.0 | 1.15-1.22 | 12-18% (misurabilmente non uniforme) | 70-78% | Marginale; ridurre l'intervallo di ispezione |
| 3.0-5.0 | 1.22-1.35 | 18-28% (visibilmente non uniforme) | 60-70% | Sostituire entro 3 anni |
| > 5.0 | > 1.35 | >28% (in accelerazione) | < 60% | Sostituisci alla prossima occasione |
Valori calcolati per PTFE modificato a vapore saturo a 143 gradi. Il PTFE vergine mostra un assottigliamento delle pareti più rapido di circa il 30-50% a parità di ovalità grazie alla maggiore velocità di scorrimento.
Specifiche di produzione dell'ovalità
Il tubo in PTFE è prodotto mediante estrusione di pasta. Il processo di estrusione produce naturalmente un certo grado di ovalità. L'ovalità come-estruso dipende dal design della matrice di estrusione, dalla tensione di trasporto-e dalla velocità di raffreddamento.
I tubi in PTFE commerciali standard hanno in genere un'ovalità dell'1-3%. Ciò è adeguato per la maggior parte delle applicazioni di scambiatori di calore che operano al di sotto di 4 bar di pressione del vapore. Per servizi a pressione più elevata o requisiti di durata prolungata, è necessario specificare tubi con ovalità inferiore all'1,5%.
L'ovalità viene misurata con un micrometro o un comparatore ottico in più punti lungo ciascun tubo. Per le applicazioni critiche, si consiglia l'ispezione al 100% dell'ovalità del tubo nel punto medio e su entrambe le estremità. I dati di misurazione devono essere inclusi nella documentazione di certificazione del materiale.
Monitoraggio dell'ovalità in-Service
L'ovalità del tubo aumenta nel tempo a causa dello scorrimento nei punti-di maggiore stress. La misurazione periodica dell'ovalità del tubo durante la manutenzione programmata fornisce un avviso tempestivo dell'avvicinarsi della fine vita. Una tendenza all'aumento dell'ovalità indica che lo scorrimento sta accelerando e l'assottigliamento delle pareti sta diventando non-uniforme.
Quando-l'ovalità in servizio raggiunge il 5%, il tubo ha consumato circa il 50-60% della sua vita utile di scorrimento. Dovrebbe essere pianificata la sostituzione. Quando l'ovalità raggiunge l'8-10%, il fattore di sicurezza della pressione di scoppio si avvicina al livello minimo accettabile e si consiglia la sostituzione immediata.
Riepilogo
L'ovalizzazione iniziale del tubo influisce direttamente-sul mantenimento della pressione di scoppio a lungo termine negli scambiatori di calore in PTFE. Un'ovalità inferiore al 2% garantisce uno scorrimento uniforme e un assottigliamento prevedibile delle pareti per 5-8 anni di servizio. Un'ovalizzazione superiore al 3% accelera il diradamento non-uniforme nei punti di curvatura elevata, riducendo la ritenzione della pressione di scoppio al 60-70% entro 5 anni.
Specificare una tolleranza di ovalizzazione inferiore o uguale al 2% in fase di produzione e monitorare l'ovalità durante il servizio fornisce una base quantificabile per la previsione della durata di servizio e la pianificazione della sostituzione.
Le specifiche tecniche per i criteri di accettazione dell'ovalizzazione del tubo in PTFE in specifiche applicazioni di scambiatori di calore sono disponibili previa presentazione della pressione del vapore, della durata di servizio richiesta, delle dimensioni del tubo e delle attuali procedure di ispezione.
