Com seleccionar el disseny correcte de la junta de dilatació per a una carcassa d'intercanviador de PTFE de full de tub fix?

Un intercanviador de calor de-tub fix de PTFE és mecànicament senzill i sovint econòmicament atractiu, però el disseny implica un conflicte tèrmic bàsic. Els tubs de PTFE s'expandeixen fortament a l'augment de la temperatura, però la carcassa d'acer circumdant s'expandeix molt poc. Si el moviment és limitat, el desajust pot causar una gran tensió axial. Alguna part de l'intercanviador s'ha de doblegar per absorbir aquesta expansió diferencial. La resposta és una junta d'expansió de manxa metàl·lica soldada a la carcassa - un segment flexible, semblant a un acordió-que s'expandeix i es contrau a mesura que el feix de tubs de PTFE respira tèrmicament durant el funcionament.

El conjunt de manxes és l'únic component mecànic més important de tot el sistema d'intercanviador per a qualsevol selecció d'intercanviadors de PTFE de fulla de tub fixa de junta d'expansió.

Per què es necessiten juntes de dilatació als intercanviadors de PTFE
Expansió tèrmica extrema de PTFE
El coeficient d'expansió tèrmica del PTFE és molt més alt que l'acer al carboni o l'acer inoxidable. Els tubs de PTFE poden ampliar diverses vegades la magnitud de la construcció de la carcassa al seu voltant amb canvis en la temperatura de funcionament.

Sense un sistema de compensació flexible, poden sorgir problemes importants:

Distorsions a la làmina de tubs

Trencament del tub

Forces axials excessives

Esquerda la closca

Fatiga de soldadura

Falles de fuites

La junta de dilatació és la zona de moviments controlats i no permet la concentració de les tensions tèrmiques en el cos de l'intercanviador.

El manxa com a límit de pressió flexible
Les manxes són els pulmons metàl·lics de l'intercanviador, que inhalen i expiren amb cada cicle tèrmic, però mantenint la integritat de la barrera de pressió. Sempre que hi hagi una flexibilitat adequada, el feix de tubs de PTFE es pot expandir i contraure de manera natural sense -estrès excessivament la carcassa.

Aquesta adaptabilitat s'ha de dissenyar deliberadament, en lloc d'imitar-la amb equips de canonades genèrics.

Criteris clau de disseny per a l'elecció de les juntes de dilatació
Recorregut complet a l'axial
El paràmetre més crític en la mida de les juntes de dilatació és la capacitat de moure's axialment. La manxa ha d'acomodar amb seguretat l'expansió tèrmica total estimada a causa dels tubs de PTFE en tot el rang de temperatures de funcionament.

Els càlculs de disseny típics tenen en compte:

Longitud del tub

Coeficient d'expansió tèrmica de PTFE

Diferències de temperatura d'arrencada

Contracció a l'aturada

Situació de trastorn del procés

Temperatura màxima de disseny (MDT)

Un recorregut massa curt pot sobreestirar la manxa o produir una fallada per fatiga per compressió.

Per què ens agraden els manxes gruixuts de-paret simple-
Requisits de resistència a la pressió
Per als intercanviadors de-tub fix de PTFE, les manxes estan sotmeses a pressió interna de la carcassa, però també es poden moure. És possible que les manxes primes de -capa múltiple, com s'utilitzen sovint en sistemes de canonades de baixa pressió, no siguin prou resistents per a aquest propòsit.

Per aquest motiu, sovint s'adopten dissenys de manxes de-paret única-gruixuda.

Els beneficis inclouen:

Augment de la resistència estructural

Millor contenció de la pressió

Augment de la capacitat de corrosió

Millor maneig de la resistència als danys

Menor susceptibilitat a la separació de capes

El conjunt de manxes no és només un connector flexible. És una secció d'un recipient a pressió que està sotmesa simultàniament a càrregues de calor, pressió i fatiga.

Selecció de material de manxa
Per què l'acer inoxidable 316L és tan comú
El material més popular per a la manxa de la carcassa de l'intercanviador és l'acer inoxidable 316L, ja que ofereix una barreja de:

Resistència a la corrosió

Habilitats de soldadura

Característiques de la fatiga

Disponibilitat:

Flexibilitat mecànica

Aleshores, la resistència a la corrosió atmosfèrica és un factor crucial, ja que les manxes es troben normalment al costat de la carcassa externa més que en contacte directe amb la química del procés agressiva.

Perills de corrosió externa
L'entorn vegetal on es troben les manxes els pot exposar a:

Fums àcids

Sal{0}}gran humitat

Renteu els productes químics

* Procediment de vessaments

Contaminació amb clorur

En particular, els traces de clorurs són molt nocius, ja que poden provocar esquerdes per corrosió per tensió externa de manxes d'acer inoxidable sota esforç de tracció.

Per tant, el procés de selecció del material ha de tenir en compte tant el procés de treball com l'exposició ambiental al voltant de la instal·lació de l'intercanviador.

Disseny de Fatiga Vida i Convolució
El paper de la geometria de la convolució
Les convolucions són les ondulacions que es comprimeixen i s'estenen amb el moviment de calor per crear la flexibilitat de la manxa.

El disseny constarà de:

Nombre de circumvolucions

Alçada de convolució

Forma del to

Gruix de parets

Constante de molla axial

Massa poques circumvolucions poden causar massa rigidesa i massa circumvolucions poden causar menys capacitat de pressió i resistència a la fatiga.

Problemes de ciclisme tèrmic
Els intercanviadors que pateixen nombroses inicis-, parades o condicions de procés per lots estan sotmesos a cicles de temperatura repetits que provoquen una tensió cíclica al material de la manxa.

Per a aplicacions de cicle elevat-, calen dissenys de manxes resistents a la fatiga.

Altres mesures d'enginyeria poden incloure:

Forma optimitzada de la circumvolució

Zones de concentració d'estrès reduïdes

Millor control de la qualitat de la soldadura

Restriccions de moviment

Seccions de collars reforçats

El fracàs per fatiga sol produir-se progressivament per l'inici de l'esquerda a les arrels de la convolució molt tensades.

Conformitat amb les normes EJMA i ASME
Criteris de disseny de l'EJMA
Les juntes de dilatació de les carcassas de l'intercanviador de retenció de pressió s'han de dissenyar d'acord amb els criteris especificats per l'Associació de fabricants de juntes de dilatació (EJMA).

L'enfocament EJMA ofereix suggeriments sobre:

Càlcul d'estrès

Anàlisi de la fatiga

Classe de pressió

Restriccions de moviment

Predicció de la força de la molla

Predicció del cicle de vida

Apèndix 26 d'ASME
En aplicacions de recipients a pressió, l'apèndix 26 d'ASME també pot guiar el disseny de la manxa i permetre l'avaluació de la tensió.

L'ús de codis de disseny establerts ajuda a assegurar que la junta de dilatació es considera un component de pressió totalment dissenyat i no un element accessori.

Protecció de manxes contra danys mecànics
La importància de les cobertures externes
Els danys mecànics externs a les circumvolucions de la manxa a causa d'eines, trànsit a peu, caigudes d'articles o treballs de manteniment poden causar vulnerabilitat.

Per tant, el grup de manxes ha d'anar equipat amb una capa protectora externa.

La capa protegeix contra:

Danys per impacte

Deformació accidental

Acumulació de deixalles

Exposició meteorològica

Contacte amb el personal.

La protecció física és vital per a la fiabilitat a llarg termini, ja que les petites abolladures o deformacions poden disminuir considerablement la vida a la fatiga.

Per què no funcionen-les-les juntes de dilatació de la prestatgeria
Requisits d'enginyeria personalitzats
Un intercanviador de-tub fix de PTFE condueix a condicions de càrrega molt especialitzades de:

Alt desplaçament tèrmic

pressió »

Càrrega cíclica

Exposició a l'entorn corrosiu

Sacsejada mecànica

Les juntes d'expansió de les canonades fora de--la prestatgeria poques vegades són adequades en servei perquè no estan pensades per complir els requisits combinats de moviment i pressió del servei d'intercanviador de PTFE.

En lloc d'això, cada conjunt de manxes s'ha de construir per adaptar-se a la geometria de l'intercanviador i a les condicions de funcionament.

Resum
La junta de dilatació és l'enllaç flexible de construcció enginyosa que supera el dilema bàsic de l'estrès tèrmic amb un intercanviador de calor de-tub PTFE fix. La manxa compensa de manera segura la gran diferència de creixement de temperatura entre els tubs de PTFE i la carcassa d'acer que l'envolta i evita la càrrega mecànica danyosa a l'intercanviador mentre es manté la integritat de la pressió.

L'elecció d'un intercanviador de PTFE de làmina de tubs fix amb una junta d'expansió de mida adequada és el resultat d'una consideració acurada de la capacitat de viatge axial, el gruix de la paret, la geometria de la convolució, la resistència a la fatiga, la resistència a la corrosió i l'adhesió als estàndards de disseny EJMA o ASME. Igualment crucials per a la-vida útil a llarg termini són la protecció externa adequada i la compatibilitat amb el medi ambient.

Una de les màquines més fiables de l'enginyeria d'equips tèrmics és sovint la que pretén adaptar-se al seu propi moviment intern amb gràcia, en lloc de resistir-lo amb rigidesa.