Hvordan vælger man det korrekte ekspansionsledsdesign til en fast rørplade-PTFE-udvekslerskal?

En fast-rørplade PTFE varmeveksler er mekanisk enkel og ofte økonomisk attraktiv, men designet involverer en grundlæggende termisk konflikt. PTFE-rørene udvider sig kraftigt ved stigende temperatur, men den omgivende stålskal udvider sig meget lidt. Hvis bevægelsen er begrænset, kan misforholdet forårsage enorm aksial belastning. En del af veksleren skal bøjes for at absorbere denne differensudvidelse. Svaret er en metalbælg-ekspansionsfuge svejset ind i skallen - et fleksibelt, harmonika-lignende- segment, der udvider sig og trækker sig sammen, når PTFE-rørbundtet ånder termisk under drift.

Bælgsamlingen er den vigtigste mekaniske komponent i hele vekslersystemet til ethvert valg af ekspansionsfuger med fast rørplade PTFE-veksler.

Hvorfor er ekspansionssamlinger nødvendige på PTFE-vekslere
PTFEs ekstreme termiske udvidelse
Den termiske udvidelseskoefficient for PTFE er meget højere end kulstofstål eller rustfrit stål. PTFE-rørene kan udvide flere gange størrelsen af ​​skalkonstruktionen omkring dem med ændringer i driftstemperaturen.

Uden et fleksibelt kompensationssystem kan der opstå væsentlige problemer:

Forvrængninger i rørpladen

Rørbrud

For store aksiale kræfter

Knækker skallen

Svejsetræthed

Lækagefejl

Ekspansionsfugen er zonen for kontrollerede bevægelser og tillader ikke koncentrationen af ​​de termiske spændinger i vekslerlegemet.

Bælgen som en fleksibel trykgrænse
Bælgen er vekslerens metallunger, der trækker vejret ind og ud med hver termisk cyklus, men bevarer trykbarrierens integritet. Så længe der er ordentlig fleksibilitet, kan PTFE-rørbundtet udvide sig og trække sig sammen naturligt uden at-overbelaste skallen.

Denne tilpasningsevne skal konstrueres bevidst i stedet for at efterligne med generisk rørudstyr.

Nøgledesignkriterier for valg af ekspansionsfuger
Fuld vandring på aksial
Den mest kritiske parameter ved dimensionering af dilatationsfuger er evnen til at bevæge sig aksialt. Bælgen skal sikkert optage den samlede estimerede termiske udvidelse på grund af PTFE-rørene over hele driftstemperaturområdet.

Typiske designberegninger tager højde for:

Længde af rør

Termisk udvidelseskoefficient for PTFE

Opstartstemperaturforskelle

Sammentrækning ved nedlukning

Proces oprørt situation

Maksimal designtemperatur (MDT)

En for kort rejse kan overstrække bælgen eller forårsage fejl på grund af kompressionstræthed.

Hvorfor vi kan lide tykke-væggede enkelt-lagsbælge
Krav til modstand mod tryk
For faste-rørplade PTFE-vekslere udsættes bælgen for indvendigt tryk, men er også i stand til at bevæge sig. Tynd, flerlags bælge, som ofte anvendes i lavtryksrørsystemer, er muligvis ikke tilstrækkelig stærk til dette formål.

Af denne grund anvendes ofte tykke-vægge enkeltlags-bælgedesigns.

Fordelene omfatter:

Øget strukturel styrke

Bedre trykinddæmning

Øget korrosionsgodtgørelse

Bedre håndtering af skadesbestandighed

Lavere modtagelighed for lagadskillelse

Bælgsamlingen er ikke kun en fleksibel forbindelse. Det er en del af en trykbeholder, der samtidigt udsættes for varme-, tryk- og udmattelsesbelastninger.

Udvalg af bælgmateriale
Hvorfor 316L rustfrit stål er så almindeligt
Det mest populære materiale til vekslerskalbælge er 316L rustfrit stål, da det tilbyder en blanding af:

Modstand mod korrosion

Svejsefærdigheder

Træthedsegenskaber

Tilgængelighed:

Mekanisk bøjbarhed

Atmosfærisk korrosionsbestandighed er da en afgørende faktor, da bælgen normalt er på den udvendige skalside frem for i direkte kontakt med aggressiv proceskemi.

Eksterne korrosionsfarer
Plantemiljøet, hvor bælgen er placeret, kan udsætte dem for:

Syre dampe

Salt-stærk luftfugtighed

Vask kemikalier

* Udslipsprocedure

Forurening med klorid

Især sporchlorider er meget skadelige, da de kan forårsage ydre spændingskorrosionsrevner af rustfri stålbælge under trækspænding.

Materialevalgsprocessen skal derfor tage hensyn til både arbejdsprocessen og miljøeksponeringen omkring vekslerinstallationen.

Design af Fatigue Life and Convolution
Konvolutionsgeometriens rolle
Vindinger er de korrugeringer, der komprimeres og udvides med varmebevægelser for at skabe bælgens fleksibilitet.

Designet skal bestå af:

Antal viklinger

Faldhøjde

Pitch form

Tykkelse af vægge

Aksial fjederkonstant

For få vindinger kan forårsage for meget stivhed og for mange vindinger kan forårsage mindre trykevne og træthedsmodstand.

Problemer med termisk cykling
Udvekslere, der gennemgår adskillige opstart-, nedlukninger eller batchprocesforhold, udsættes for gentagne temperaturcyklusser, hvilket forårsager cyklisk belastning af bælgmaterialet.

Til høje-applikationer er træthedsbestandige bælgdesign nødvendige.

Andre tekniske foranstaltninger kan omfatte:

Optimeret form af foldningen

Reducerede stresskoncentrationsområder

Forbedret kontrol af svejsekvaliteten

Begrænsninger af bevægelse

Sektioner af forstærkede kraver

Træthedssvigt opstår sædvanligvis progressivt ved revneinitiering ved de stærkt belastede foldningsrødder.

Overensstemmelse med EJMA og ASME standarder
EJMA designkriterier
Ekspansionssamlinger i trykholdende vekslerskaller skal designes i overensstemmelse med kriterierne specificeret af Expansion Joint Manufacturers Association (EJMA).

EJMA tilgang giver forslag vedrørende:

Stressberegning

Analyse af træthed

Trykklassificering

Bevægelsesbegrænsninger

Forudsigelse af fjederkraft

Forudsigelse af livscyklus

ASME Bilag 26
I trykbeholderanvendelser kan ASME Appendiks 26 også vejlede bælgdesignet og tilladt spændingsevaluering.

Brug af etablerede designkoder hjælper med at sikre, at ekspansionsfugen betragtes som en fuldt konstrueret trykkomponent og ikke en tilbehørsdel.

Beskyttelse af bælge mod mekaniske skader
Betydningen af ​​ydre svøb
Ekstern mekanisk beskadigelse af bælgvindinger fra værktøj, gangtrafik, faldende genstande eller vedligeholdelsesarbejde kan forårsage sårbarhed.

Derfor bør bælggruppen forsynes med en udvendig beskyttelsesskærm.

Ligklædet beskytter mod:

Skader fra stød

Utilsigtet deformation

Ophobning af affald

Vejreksponering

Personalekontakt.

Fysisk beskyttelse er afgørende for langsigtet pålidelighed, da små buler eller deformationer i høj grad kan reducere træthedslevetiden.

Hvorfor af--hyldeudvidelsesleddene ikke virker
Tekniske krav tilpasset
En fast-rørplade PTFE-veksler fører til meget specialiserede belastningsforhold for:

Høj termisk forskydning

Tryk »

Cyklisk belastning

Ætsende miljøeksponering

Mekanisk rystning

Hylde--dispansionsfuger er sjældent tilstrækkelige i drift, fordi de ikke er beregnet til at opfylde de kombinerede bevægelses- og trykkrav til PTFE-vekslerservice.

I stedet bør hver bælgenhed konstrueres, så den passer til vekslerens geometri og driftsbetingelser.

Oversigt
Ekspansionsfugen er det geniale konstruerede fleksible led, der overvinder det grundlæggende termiske spændingsdilemma med en fast-rørplade PTFE varmeveksler. Bælgen kompenserer på en sikker måde for den store temperaturvækstforskel mellem PTFE-rørene og den omgivende stålskal og forhindrer beskadigende mekanisk belastning på veksleren, samtidig med at trykintegriteten bevares.

Valget af en fast rørplade PTFE-veksler med en korrekt dimensioneret ekspansionsfuge er resultatet af omhyggelig overvejelse af aksial vandringskapacitet, vægtykkelse, foldningsgeometri, udmattelsesbestandighed, korrosionsbestandighed og overholdelse af EJMA eller ASME designstandarder. Lige så afgørende for den langsigtede-levetid er korrekt ekstern beskyttelse og miljøkompatibilitet.

En af de mest pålidelige maskiner inden for termisk udstyrsteknik er ofte den, der er beregnet til at imødekomme sin egen indre bevægelse med ynde i stedet for at modstå den stift.