Ustupak debljine stijenke-
PTFE cijevi izmjenjivača topline dostupne su u debljinama stjenke od 0,5 mm do 2,5 mm. Odabir izravno utječe na dvije karakteristike performansi koje vuku u suprotnim smjerovima.
Tanje stijenke poboljšavaju prijenos topline. Vodljivi otpor stijenke cijevi proporcionalan je debljini. Zid od 0,5 mm provodi toplinu dvostruko brže od zida od 1,0 mm. Svaki vat grijanja dolazi do procesne tekućine s manjim padom temperature na materijalu cijevi.
Deblje stijenke poboljšavaju mehaničku izdržljivost. PTFE lagano omekšava kako temperatura raste. Na 120 stupnjeva, otpornost materijala na puzanje i čvrstoća na pucanje niži su nego na temperaturi okoline. Deblji zidovi kompenziraju, održavajući sigurne granice radnog tlaka. Deblje stijenke također su otporne na slučajna oštećenja od udaraca alata i rukovanja tijekom održavanja.
Inženjerska odluka zahtijeva balansiranje ovih konkurentskih zahtjeva za specifične radne uvjete.
Toplinska vodljivost: slučaj za tanke zidove
PTFE ima toplinsku vodljivost od približno 0,25 W/m·K, otprilike 60 puta nižu od nehrđajućeg čelika. Ova niska vodljivost je primarno toplinsko ograničenje materijala. Svaki milimetar debljine stijenke dodaje mjerljiv toplinski otpor.
Konduktivni prijenos topline kroz stijenku cijevi slijedi Fourierov zakon. Za PTFE zid debljine 1,0 mm s temperaturnom razlikom od 80 stupnjeva između unutarnje i vanjske strane, toplinski tok je približno 20 kW/m². Smanjenje debljine stijenke na 0,5 mm udvostručuje toplinski tok na 40 kW/m² za istu temperaturnu razliku.
Tanko{0}}zidne cijevi omogućuju manju površinu izmjenjivača topline za isti toplinski učinak. Ovo smanjuje veličinu zavojnice, troškove materijala i zapreminu spremnika. Za primjenu grijanja od 100 kW razlika u površini između debljine stijenke od 1,0 mm i 0,5 mm može premašiti 20%.
Tablica 1: Usporedba performansi debljine stijenke PTFE cijevi na 120 stupnjeva
| Debljina stijenke (mm) | Relativni prijenos topline | Tlak pucanja na 120 stupnjeva (bar) | Otpornost na puzanje | Otpornost na udarce | Preporučena primjena |
|---|---|---|---|---|---|
| 0.5 | Izvrsno (1,8× osnovna linija) | 4-6 | Niska | Jadno | Nizak{0}}tlak, zaštićena lokacija |
| 0.8 | Dobro (1,4 × osnovna linija) | 8-12 | Umjereno | Fer | Opće kupke za oblaganje |
| 1.0 | Osnovna linija (1,0 ×) | 12-18 | Dobro | Dobro | Standardna industrijska usluga |
| 1.5 | Umjereno (0,75 ×) | 20-28 | Vrlo dobro | Vrlo dobro | Visok{0}}tlačna para, teško rukovanje |
| 2.0 | Nisko (0,6 ×) | 30-40 | Izvrsno | Izvrsno | Teško mehaničko okruženje |
Osnovni prijenos topline na 1,0 mm debljine stijenke. Tlakovi pucanja za 10 mm OD cijevi. Vrijednosti približne za smjernice za dizajn.
Mehanička čvrstoća na povišenoj temperaturi
PTFE zadržava korisna mehanička svojstva do 260 stupnjeva, ali svojstva progresivno opadaju iznad 100 stupnjeva. Na 120 stupnjeva, vlačna čvrstoća je približno 40% vrijednosti sobne-temperature. Puzanje pod trajnim opterećenjem postaje mjerljivo.
Para od 3 bara doseže 143 stupnja unutar cijevi. PTFE stijenka na ovoj temperaturi doživljava unutarnji pritisak. Tanke stijenke od 0,5 mm mogu puzati tijekom godina rada, postupno se dalje stanjujući. Zid debljine 1,0 mm osigurava zaštitu od ove dugotrajne-deformacije.
Važna su i vanjska mehanička opterećenja. Cijevi pri uranjanju dolaze u kontakt s radnim dijelovima, alatima i opremom za čišćenje. Zid debljine 0,5 mm lako se buši od oštrih udaraca. Zid od 1,0 mm podnosi rutinsko rukovanje bez oštećenja.
Standardna preporuka za parno{0}}grijano uranjanje je debljina stijenke od 0,8 mm do 1,0 mm. Ovaj raspon osigurava odgovarajuću granicu tlaka pucanja pri tipičnom tlaku pare uz održavanje prihvatljivog prijenosa topline. Tanje stijenke mogu se koristiti u nisko{5}}sustavima tople vode gdje je unutarnji tlak minimalan.
Smjernice-za odabir posebnih aplikacija
Kiselinske kupke s umjerenim miješanjem i zaštićenim mjestom zavojnice odgovaraju zidnim cijevima od 0,8 mm. Prednost prijenosa topline je značajna, a mehaničkim rizicima se može upravljati.
Kupke od tvrdog kroma ili nikla bez elektrolita, gdje zavojnice mogu biti pogođene teškim obradacima, opravdavaju stijenke od 1,0-1,2 mm. Kazna prijenosa topline je skromna, a dobitak trajnosti značajan.
Visok{0}}parni sustavi iznad 6 bara zahtijevaju stijenke od 1,2-1,5 mm za odgovarajuću granicu tlaka pucanja pri temperaturi. Smanjeni prijenos topline kompenzira se pokretačkom silom više temperature pare.
Vanjski ljuskasti-i-cijevni izmjenjivači s pumpanim protokom mogu koristiti tanje stijenke jer je rizik od mehaničkog oštećenja manji, a unutarnji tlak je jedino značajno opterećenje.
Sažetak
Odabir debljine stijenke PTFE cijevi uravnotežuje toplinske i mehaničke performanse. Tanke stijenke od 0,5-0,8 mm povećavaju prijenos topline i minimaliziraju zahtjeve za površinom. Debele stijenke od 1,0-1,5 mm osiguravaju granicu tlaka pucanja i mehaničku izdržljivost na povišenim temperaturama.
Standardna zidna cijev od 0,8-1,0 mm služi većini aplikacija za uranjanje s grijanjem pare pri tlakovima do 4 bara. Prilagodbe prema tanjim ili debljim stijenkama ovise o specifičnom tlaku pare, mehaničkom okruženju i prihvatljivim ograničenjima otiska zavojnice.
Inženjerske preporuke za odabir debljine stijenke u specifičnim primjenama dostupne su nakon podnošenja radne temperature, tlaka pare ili medija za grijanje, opisa okoline spremnika i zahtjeva za prijenos topline.
