La junta on cada tub de PTFE es troba amb la làmina de tubs és un camí potencial de fuites. S'utilitzen dos mètodes diferents per segellar aquesta interfície: junta mecànica amb compressió o soldadura tèrmica del PTFE. L'elecció no només afecta l'estanquitat inicial, sinó també les opcions de manteniment a llarg termini-. Per a aplicacions d'acabat de superfícies i processos químics, on els fluids corrosius i els cicles tèrmics són habituals, és essencial entendre les-compromisos entre les juntes-del tub soldat i amb junta-a-per a un rendiment fiable de l'intercanviador de calor.
La interfície de segellat crítica
En un intercanviador de calor-i-de tubs de PTFE, cada tub s'ha de connectar de manera segura a la làmina de tubs en un o ambdós extrems. La junta ha de suportar la pressió diferencial, l'expansió tèrmica i l'atac químic alhora que evita qualsevol fuita entre els fluids del costat del tub i del costat de la carcassa. La baixa energia superficial del PTFE i l'alta expansió tèrmica fan que aquest repte de segellat sigui més complex que amb els tubs metàl·lics.
S'han desenvolupat dos enfocaments fonamentalment diferents:
Juntes juntes (compressió mecànica).– L'extrem del tub està acampanat i una junta separada (PTFE, elastòmer o encapsulada) es comprimeix entre l'acampada del tub i la làmina de tubs mitjançant un racó roscat o un anell de suport.
Juntes soldades (fusió tèrmica).– L'extrem del tub es fusiona tèrmicament directament a una làmina de tubs de PTFE o a un revestiment de PTFE que s'uneix a una làmina de tubs metàl·lics, creant una estructura de PTFE contínua i homogènia.
Juntes de tub de PTFE-a-tubs
En un disseny amb junta, cada tub de PTFE s'insereix a través d'un forat a la placa de tubs. L'extrem del tub s'escalfa i s'escampa cap a fora per formar un collar. Una junta separada (normalment feta de PTFE, PFA o un elastòmer encapsulat de PTFE-) es col·loca entre l'acampada del tub i un avellanat de la làmina de tubs. Una femella roscada, un anell de suport o una placa de compressió aplica una força axial, comprimint la junta i creant un segell.
Avantatges de les juntes amb junta
Reparabilitat de camp– Els tubs individuals es poden substituir al camp sense substituir tot el paquet. Si un sol tub presenta una fuita o es fa malbé, la femella s'afluixa, s'elimina el tub antic, s'escampa i s'insereix un tub nou i es substitueix la junta. Aquest és un avantatge important en instal·lacions on s'han de minimitzar els temps d'inactivitat i es tenen tubs de recanvi a mà.
Menor cost inicial d'eines- Les eines d'envasat i els accessoris de muntatge són relativament econòmics en comparació amb els equips de soldadura especialitzats. Per a la producció d'intercanviadors de calor a petit-escala o personalitzada, les juntes amb juntes solen ser més econòmiques.
Tolerància a la desalineació del tub– La junta de compressió mecànica pot adaptar-se a petites variacions de longitud i posició del tub, simplificant el muntatge.
Desmuntatge per inspecció– El feix de tubs es pot desmuntar parcialment per inspeccionar els extrems dels tubs individuals, les juntes i la làmina de tubs sense destruir cap component.
Inconvenients de les juntes amb junta
Relaxació de la junta i fluïdesa– Les juntes de PTFE i elastòmers es relaxen amb el pas del temps, especialment sota el cicle tèrmic. La càrrega de compressió de la junta disminueix, cosa que pot provocar fuites. Es requereix un re-parell periòdic de les femelles de compressió, cosa que pot ser difícil en un canal d'intercanviador estret.
Múltiples vies de fuites– Cada unió de tub té tres interfícies de fuites potencials: tub-a-junta, junta-a-lamina de tubs i rosques o segell de l'anell de suport. En un paquet amb centenars de tubs, la probabilitat estadística d'una fuga és més alta.
Risc de corrosió en escletxes– Tot i que el PTFE en si no es corroeix, la zona de compressió de la junta pot crear esquerdes on s'acumulen fluids de procés corrosius, que poden atacar els components de la làmina de tubs metàl·lics subjacents si el revestiment de PTFE està danyat.
Gestió del parell– El muntatge adequat requereix un control precís del parell. Un-par de torsió insuficient provoca fuites; un-parell excessiu pot trencar la flama de PTFE o danyar la làmina de tubs.
Pesada més gran– El maquinari de compressió (nous, anells de suport) requereix més espai a la làmina de tubs, reduint el nombre de tubs que es poden empaquetar en un diàmetre de closca determinat.
Tub de PTFE soldat-a-unions de fulla de tub
En un disseny soldat, els extrems del tub de PTFE es fusionen tèrmicament a una làmina de tubs de PTFE o a un revestiment de PTFE que està ancorat mecànicament a una làmina de tubs metàl·lics. El procés de soldadura escalfa l'extrem del tub i la superfície del tub a una temperatura superior al punt de fusió del PTFE (aproximadament 327 graus) mentre s'aplica pressió per crear una zona de fusió homogènia. Després del refredament, el tub i la làmina de tubs es converteixen en una única peça contínua de PTFE.
Avantatges de les juntes soldades
Integritat de fuites absoluta– La junta soldada és de PTFE homogènia sense interfícies, juntes ni escletxes. Quan s'executa correctament, és hermètica-per a la vida útil de l'intercanviador. No hi ha juntes per relaxar-se o re-torquejar.
No requereix manteniment– Un cop soldada, la unió no requereix cap atenció periòdica. Aquest és un avantatge important en instal·lacions inaccessibles o on la mà d'obra de manteniment és cara.
Major densitat del tub- Sense maquinari de compressió, els tubs es poden col·locar més junts, permetent més àrea de transferència de calor dins del mateix diàmetre de la carcassa.
Compatibilitat química millorada– L'absència d'elastòmer o de juntes encapsulades elimina les preocupacions sobre l'atac químic a materials sense -PTFE. Tota la superfície mullada és de PTFE pur.
Millor resistència al cicle tèrmic– Com que l'articulació està totalment fusionada, s'expandeix i es contrau uniformement amb el tub. No hi ha cap junta per perdre compressió sota canvis cíclics de temperatura.
Inconvenients de les juntes soldades
No -servible– Si un sol tub presenta una fuita, no es pot substituir individualment. El mètode de reparació estàndard és connectar el tub amb fuites (conduint un tap de PTFE a l'extrem del tub i soldant-lo al seu lloc). L'endoll redueix l'àrea de transferència de calor activa. Si hi ha diversos tubs, s'ha de substituir tot el paquet.
Cal un procés de soldadura especialitzat– La soldadura de PTFE no és una habilitat-estndard del taller. Requereix un control precís de la temperatura, superfícies netes i equips especialitzats (planxes escalfades, aplicadors de pressió). Les soldadures mal executades poden tenir buits ocults o contaminació que condueixen a un fracàs precoç.
Major cost inicial per a paquets petits– El desenvolupament d'eines i processos per a juntes soldades és més car que les eines simples d'envasat. Per a paquets petits (menys de 50 tubs), les juntes amb junta poden ser més econòmiques.
Dificultat d'inspecció– Les juntes soldades són difícils d'inspeccionar de manera no-destructiva. La inspecció-de raigs X o d'ultrasons de les soldadures de PTFE no és habitual. La qualitat està assegurada mitjançant el control del procés i les proves destructives de mostres.
No apte per a la soldadura de camp– Les unions soldades s'han de fer a la fàbrica en condicions controlades. La substitució de camp d'un tub no és possible; si es produeix una fuita en servei, tot el paquet s'obtura o es substitueix.
Consideracions del procés de soldadura per a PTFE
El PTFE pur no es solda fàcilment perquè té una viscositat de fusió molt alta i no flueix fàcilment. Per aquest motiu, molts intercanviadors de calor de PTFE "soldats" utilitzen realmentPFA (perfluoroalcoxi)tubs i làmines de tubs. El PFA té una resistència química i unes capacitats de temperatura similars a les del PTFE, però es pot processar-en fusió i es pot soldar per fusió mitjançant les tècniques convencionals de placa calenta-o d'eina escalfada-. Quan s'especifica una unió soldada, és important aclarir si el material és PTFE o PFA, ja que la fiabilitat de la soldadura és diferent.
En els casos en què es requereix PTFE veritable, s'utilitza un procés especialitzat de sinterització o fusió{0}}per calor. L'extrem del tub i la làmina de tubs s'escalfen fins a gairebé fondre i es pressionen junts, i després es refreden en condicions controlades. Aquest procés és més sensible a la contaminació i requereix condicions d'habitació neta-per obtenir resultats òptims.
L'enfocament soldat proporciona una estructura de PTFE monolítica sense juntes, sense esquerdes i sense manteniment periòdic. Per als bucles crítics d'alta-puresa (fabricació de semiconductors, sistemes d'aigua farmacèutica, processament químic ultrapur), les juntes soldades són l'estàndard.
Taula de comparació: tub de PTFE soldat amb junta-a-unió de xapa de tub
| Característica | Junta soldada | Junta (mecànica) amb junta |
|---|---|---|
| Integritat de fuites | Excel·lent: fusió homogènia, sense interfícies | Bé: depèn de la compressió i el parell de la junta |
| Rutes de fuites potencials | Un (només ruptura del tub, no fallada articular) | Tres o més per tub (tub-a-junta, junta-a-tubsheet, maquinari) |
| Relaxació de la junta / Creep | No aplicable | Sí: requereix un re-parell periòdic |
| Reparabilitat de camp | Cap: els tubs amb fuites s'han de tapar; substitució del paquet per a múltiples fuites | Sí, els tubs individuals es poden substituir al camp |
| Efecte del cicle tèrmic | Excel·lent: la junta s'expandeix/es contrau uniformement | Just: la càrrega de la junta pot disminuir amb el cicle |
| Cost inicial (paquet petit,<50 tubes) | Superior (eines especialitzades) | Inferior (acampada i compressió senzilla) |
| Initial Cost (Large Bundle, >200 tubs) | Més baix (més densitat de tubs, menys maquinari) | Més alt (molts fruits secs i anells de suport) |
| Densitat d'embalatge del tub | Alt (sense maquinari de compressió) | Inferior (el maquinari requereix espai) |
| Freqüència de manteniment | Cap: tancament periòdic només si falla el tub | Periòdic: re-parell i substitució de les juntes |
| Risc de corrosió per escletxes | Cap: PTFE homogeni | Baix a moderat: hi ha esquerdes de juntes |
| Material típic | PFA (preferit) o PTFE (procés especial) | PTFE (tubs acampanats) amb juntes de PTFE o FEP |
| Mètode d'inspecció | Control de procés + assaig destructiu de la mostra | Visual, verificació de parell, prova de pressió |
Aplicació-Orientació específica
Quan triar les juntes amb junta
Es recomanen les juntes entre tubs de PTFE-a-tubs quan:
El manteniment del camp és una alta prioritat. Les instal·lacions amb capacitat limitada del paquet de recanvi o llargs terminis de lliurament per a les substitucions es beneficien de la substitució de tubs individuals.
L'intercanviador de calor és petit (menys d'1 m² de superfície) o té pocs tubs (menys de 50). El cost de les eines de soldadura no està justificat.
S'espera que el paquet sofreixi danys mecànics (per exemple, per eines de neteja agressives o partícules sòlides en el fluid del procés), cosa que fa que la substitució del tub sigui probable.
L'equip de manteniment té experiència en procediments de re-aparellament i té accés als extrems del tub per a una inspecció periòdica.
L'aplicació és en un procés químic industrial general on es poden tolerar i reparar petites fuites ocasionals.
En dissenys de-reparació de camp, les juntes amb juntes són l'estàndard-del sector de llarga durada.
Quan triar les juntes soldades
Es prefereixen les juntes soldades quan:
Es requereix una integritat absoluta de fuites. Els bucles d'alta-puresa, els sistemes d'aigua farmacèutica, els bancs humits de semiconductors i les aplicacions nuclears no poden tolerar cap-contaminació creuada entre els fluids del costat-del tub-del costat de la closca.
L'intercanviador de calor funcionarà en un lloc on el re{0}}parell periòdic sigui impossible (p. ex., submergit en un dipòsit, dins d'un recipient a pressió o en una zona de radiació).
El cicle tèrmic és freqüent i greu. La capacitat de la junta soldada d'expandir-se uniformement sense relaxació de la junta és un avantatge important.
El feix és gran (centenars de tubs). La major densitat de tubs i l'eliminació de maquinari redueixen la mida i el cost global de l'intercanviador.
Es requereix una llarga vida útil amb zero manteniment. Un paquet de PFA correctament soldat pot funcionar durant 10-15 anys sense cap manteniment relacionat amb les articulacions-.
Per als bucles crítics d'alta{0}}puresa, l'enfocament de soldadura és l'única opció acceptable.
Dissenys mixtes
Alguns fabricants ofereixen dissenys híbrids. Per exemple, una làmina de tubs està soldada als tubs, mentre que l'altra làmina de tubs utilitza una junta amb junta o acampanada per permetre l'expansió tèrmica. Alternativament, una placa de tubs pot tenir un revestiment de PTFE soldat als tubs, mentre que el revestiment està subjectat mecànicament a una làmina de tubs metàl·lics. Aquests híbrids intenten combinar la integritat de les fuites de la soldadura amb la capacitat de servei de les juntes mecàniques, però afegeixen complexitat i cost.
Consideracions pràctiques per a l'acabat superficial
A les aplicacions típiques d'acabat de superfícies (revestiment, anoditzat, decapat), l'elecció entre juntes soldades i juntes depèn de la química del bany i la filosofia de manteniment:
Revestiment de níquel electrolícit– Aquests banys són propensos a la descomposició espontània si estan contaminats per certs metalls. Una fuita del fluid del costat-de la closca (p. ex., vapor o aigua calenta) cap al bany podria provocar un abocament del bany. Sovint s'especifiquen juntes soldades per eliminar aquest risc.
Cromat dur– El bany és altament corrosiu però no extremadament sensible a la contaminació. Les juntes amb juntes són habituals perquè es valora la substitució de tubs individuals quan es produeixen danys mecànics durant la càrrega del bastidor.
Banys d'anodització (àcid sulfúric)– Requisits de puresa moderats. S'utilitzen els dos tipus d'articulació. Les juntes amb junta es prefereixen en línies de tancs grans on el temps d'inactivitat per a la substitució del paquet és costós.
Banys de decapat (àcid clorhídric o nítric/fluorhídric)- Corrosivitat extrema. Sovint es seleccionen juntes soldades amb tubs i làmines de PFA per eliminar qualsevol exposició d'elastòmer o metall.
També val la pena assenyalar que la unió del tub-a-la làmina de tubs no és l'únic camí potencial de fuites. També s'han de tenir en compte la junta de tub-a-la carcassa, els broquets de la carcassa i les juntes d'expansió. Una junta de tub soldada en un intercanviador d'una altra manera encara depèn de la junta de carcassa per a la integritat general.
Conclusió
L'elecció entre tubs de PTFE soldats i junts-a-juncions de fulles de tubs equilibra la prevenció absoluta de fuites amb la funcionalitat-a llarg termini. Les juntes soldades (normalment utilitzant PFA) eliminen les juntes i els camins de fuites, proporcionant una construcció de PTFE homogènia que no requereix manteniment periòdic. La compensació-és que la substitució individual del tub és impossible; els tubs amb fuites s'han de tapar i les falles de múltiples tubs requereixen la substitució del paquet. Les juntes amb juntes permeten la substitució de camp dels tubs danyats i un menor cost inicial per als paquets petits, però requereixen un re-parell periòdic i tenen múltiples interfícies de fuites potencials.
La filosofia de manteniment i la criticitat del procés guien aquest important detall de disseny. Per als bucles d'alta puresa-crítics on qualsevol fuga és inacceptable, les juntes soldades són l'estàndard. Per a l'acabat de superfícies industrials generals on es valora la reparabilitat de camp i un menor cost inicial, les juntes amb junta continuen sent una opció fiable i pràctica. Entendre aquestes compensacions-assegura que la junta-a-tub seleccionada coincideix amb la realitat operativa de la instal·lació.
