Zaboravljeni tenk
Tehničar za održavanje dovršava vikend popravak na spremniku za kiseljenje sumporne kiseline. Spremnik je ispražnjen. Ventil za dovod pare, ostavljen otvoren tijekom rješavanja problema, propušta paru od 4 bara u PTFE izmjenjivač topline. U ponedjeljak ujutro, operater u prvoj-smjeni aktivira parni sustav bez provjere razine spremnika. PTFE zavojnica radi u zraku na punoj temperaturi pare otprilike 90 minuta prije nego što se otkrije greška.
Zavojnica od nehrđajućeg čelika pod istim uvjetima dosegla bi površinsku temperaturu od 143 stupnja i brzo oksidirala. Toplinsko širenje opteretilo bi zavarene spojeve iznad projektiranih granica. Nakon punjenja spremnika, hladna kiselina koja bi udarila u pregrijani metal uzrokovala bi jak toplinski šok.
Kvarcni grijač bi se vjerojatno razbio od toplinskog udara hladne tekućine koja je u kontaktu s površinom od 143 stupnja, raspršujući fragmente u spremnik.
Što se događa s PTFE zavojnicom? Odgovor ovisi o postignutoj temperaturi, trajanju izlaganja i dizajnu potpornog sustava-a ne o mehanizmu kemijske razgradnje jer je PTFE termički stabilan do 260 stupnjeva.
Toplinski profil suhe-vatre
Para na 4 bara kondenzira se na 152 stupnja. Kada PTFE izmjenjivač topline radi u zraku umjesto u tekućini, mehanizam prijenosa topline dramatično se mijenja. Vanjski koeficijent prijenosa topline pada s približno 600 W/m²·K u uzburkanoj kiselini na približno 10-25 W/m²·K u mirnom zraku. Temperatura stijenke cijevi raste sa normalnih 70-90 stupnjeva (u tekućini) kako bi se približila temperaturi zasićenja parom od 152 stupnja.
Na 152 stupnja, PTFE je unutar svoje ocjene kontinuirane upotrebe od 260 stupnjeva. Ne dolazi do kemijske razgradnje. Nema topljenja. Nema razgradnje. Materijal u potpunosti zadržava svoj strukturni integritet.
Zabrinutost nije sam PTFE nego sustav potpore. Ako je nosivi okvir PVDF (ograničenje kontinuirane upotrebe 150 stupnjeva), može omekšati ili se iskriviti. Ako su potporne stezaljke previše -zategnute metalne, mogu uvući omekšale PTFE cijevi. Dobro-dizajniran PTFE izmjenjivač topline koristi PTFE ili visoko{6}}temperaturne PVDF potpore ocijenjene za maksimalnu moguću temperaturu pare, pružajući zaštitu od pogreške operatera.
Tablica 1: Suha{1}}usporedba preživljavanja požara prema materijalu izmjenjivača topline (para od 4 bara, 152 stupnja, 90-minutna izloženost zraku)
| Parametar | Nehrđajući čelik 316L | Titan Grade 2 | Kvarcni | PTFE |
|---|---|---|---|---|
| Maksimalna temperatura materijala tijekom-vatre na suho | 152 stupnja | 152 stupnja | 152 stupnja | 152 stupnja |
| Granica kontinuirane upotrebe materijala | 870 stupnjeva | 425 stupnjeva | 1100 stupnjeva (omekšavanje na 1600 stupnjeva) | 260 stupnjeva |
| Oksidacija/korozija u vrućem zraku | Umjereno (oksidni kamenac) | Teška (krtost kisikom) | Nijedan | Nijedan |
| Toplinski šok pri kontaktu s hladnom tekućinom | Ozbiljan (rizik od pucanja u gašenju) | Umjereno | Ekstremno (razbiti) | Nema (elastična akomodacija) |
| Rizik sustava podrške | Nizak (metal bez utjecaja) | Niska | N/A (integralna konstrukcija) | PTFE nosači ocijenjeni do 260 stupnjeva; PVDF nosači mogu omekšati iznad 150 stupnjeva |
| Oporavak nakon događaja | Zahtijeva inspekciju za skaliranje; moguće smanjenje naprezanja u zavarivanju | Zahtijeva pregled na krtost | Potrebna je zamjena u slučaju lomljenja | Trenutačni povratak u rad nakon vizualne provjere |
| Odlaganje nakon 90-minutne suhe vatre | Pregledati; može zahtijevati pasivizaciju | Pregledati; zamijenite ako je krt | Zamijeniti | Pregledajte nosače; zavojnica za višekratnu upotrebu |
Sustav podrške: ograničavajući faktor
Sama PTFE cijev preživljava suhu-vatru bez oštećenja. Potporne ploče, okvir i priključci zaglavlja određuju može li se zavojnica odmah vratiti u rad ili zahtijeva popravak.
PTFE potporne ploče ocijenjene za kontinuirani rad od 260 stupnjeva ne utječu na izloženost od 152 stupnja. PVDF potporne ploče ocijenjene za 150 stupnjeva mogu doživjeti manje izobličenja na 152 stupnja, posebno pod mehaničkim opterećenjem težine cijevi. Nakon hlađenja, PVDF može pokazati trajnu deformaciju koja zahtijeva zamjenu nosača iako su grijaće cijevi neoštećene.
Metalni potporni okviri, ako se koriste, šire se različitom brzinom od PTFE cijevi. Diferencijalno širenje tijekom 90-minutnog izlaganja vrućini može olabaviti razmake između cijevi-i potpore. Nakon hlađenja, zazori se vraćaju na normalu jer se PTFE cijevi elastično skupljaju.
Priključci zaglavlja-obično su kompresijski ili prošireni spojevi-trebalo bi se pregledati radi popuštanja zakretnog momenta nakon toplinskog ciklusa. PTFE hladno-teče pod trajnom kompresijom na povišenoj temperaturi. Priključak koji je pravilno zategnut na sobnoj temperaturi može izgubiti kompresiju nakon nekoliko sati na 152 stupnja. Po-okretni moment nakon suhog-požara razborita je mjera opreza.
Zaštita operatera od pogreške kroz dizajn
Najučinkovitija suha-zaštita od požara je proceduralna: napunite spremnik prije aktiviranja pare. Kada proceduralne kontrole zakažu, značajke dizajna pružaju dubinsku obranu.
Prekidač za blokiranje razine spojen na ventil za kontrolu pare sprječava protok pare kada je razina spremnika ispod zavojnice. Ovo je primarno projektirana zaštita. Alternativa je ventil za ograničenje-tlaka pare koji je podešen da ograniči temperaturu zasićenja parom ispod maksimalne vrijednosti potpornog sustava-koji pruža toplinsku zaštitu čak i ako je blokada razine zaobiđena.
Za PTFE izmjenjivače topline, inherentna toplinska tolerancija materijala pruža treći sloj zaštite. Zavojnica preživi događaj čak i ako zakažu i proceduralne i primarno projektirane zaštite. Ova inherentna sigurnosna margina jedinstvena je za PTFE među uobičajenim materijalima za izmjenjivače topline.
Sažetak
PTFE izmjenjivač topline može preživjeti uvjete slučajne suhe-vatre uslijed aktivacije pare u praznom spremniku jer fluoropolimer ima 260 stupnjeva kontinuiranog rada koji prelazi temperaturu zasićenja parom od 152 stupnja. Sama cijev ne zahtijeva zamjenu. Noseći sustav-ako je specificiran s PTFE ili PVDF komponentama odgovarajuće ocjene-na sličan način opstaje.
Glavne radnje nakon-događaja su pregled potpornih ploča na deformacije, ponovno -zatezanje priključaka zaglavlja i provjera da se nikakav strani materijal otopio na površini zavojnice tijekom izlaganja. Vrijeme oporavka mjeri se minutama pregleda, a ne danima zamjene.
Inženjerske preporuke za konstrukciju PTFE izmjenjivača topline otpornog na-vatru-dostupne su nakon podnošenja maksimalnog mogućeg tlaka pare, specifikacija potpornog materijala i pojedinosti o sustavu blokade postojeće razine.
