L'aturada que va causar danys
Un sistema d'àcid de recirculació s'atura per manteniment. La bomba de circulació s'atura. Una vàlvula de retenció a la línia de retorn, situada diversos metres per sobre de l'intercanviador de calor de PTFE, conté una columna de líquid. A mesura que la canonada es refreda, el líquid es contrau, creant pressió negativa a la secció tancada. Els tubs de PTFE, dissenyats per a la pressió positiva interna del vapor, experimenten un buit extern des del costat del procés.
Quan el sistema es reinicia, la producció de calor es redueix. La temperatura del bany lluita per assolir el punt de consigna. La inspecció revela que diversos tubs de PTFE es van col·lapsar parcialment-la seva secció transversal- circular aplanada en un oval. Els tubs no tenen fuites, però la forma deformada restringeix tant el flux intern de vapor com la transferència de calor externa.
Aquest mecanisme de fallada és totalment evitable. Prové d'una protecció inadequada al buit en el disseny de la canonada del procés, no d'una deficiència en l'intercanviador de calor de PTFE.
El mecanisme de col·lapse
Els tubs de PTFE estan dissenyats per resistir la pressió interna-l'estrès del cèrcol provocat pel vapor o l'aigua calenta que empenyen cap a fora. La flexibilitat del material i la resistència a la fluïdesa manegen bé aquesta càrrega. La pressió externa, que crea una tensió del cèrcol de compressió, és una condició de càrrega diferent per a la qual el tub pot no haver estat dissenyat.
Un tub circular de parets fines- sota pressió externa falla per pavelló quan la pressió externa supera la pressió crítica de col·lapse. Aquesta pressió depèn del diàmetre del tub, del gruix de la paret, del mòdul elàstic del material a la temperatura d'operació i de la-rodonesa-del tub.
A temperatures elevades, el mòdul elàstic de PTFE disminueix significativament. Un tub que suporta el buit total a 25 graus pot col·lapsar-se a 100 graus sota el mateix diferencial de pressió. La combinació d'una temperatura elevada durant el funcionament i una pressió negativa sobtada durant l'apagada crea la pitjor condició-casual.
És possible que la secció col·lapsada no sigui tot el tub. La pressió negativa es pot localitzar en determinades seccions de la canonada. El col·lapse del tub es produeix al punt més feble-normalment a la meitat-entre els suports on el tub té la menor restricció externa.
Taula 1: Criteris d'avaluació del col·lapse del tub de PTFE (10 mm de diàmetre exterior, 1 mm de paret)
| Ovalitat (%) | Aparença visual | Restricció de flux | Impacte de la transferència de calor | Disposició |
|---|---|---|---|---|
| < 5 | Lleuger aplanament, amb prou feines visible | Neglijable | Neglijable | Accepteu el servei continuat; monitor |
| 5-15 | Forma oval visible | menor (< 10% flow reduction) | Menor | Reduir la pressió del vapor; substitució del pla |
| 15-30 | Clarament aplanat | Moderada (reducció del 10-30%) | Moderat | Substituïu a la propera parada programada |
| 30-50 | Fortament aplanat | Sever (reducció del 30-50%) | Sever | Substituïu immediatament |
| > 50 | Paret gairebé tancada, arrugada | Critical (>50% de reducció) | Crític | Substitució immediata; inspeccioneu els tubs adjacents |
Ovalitat=(Dmax - Dmin) / Dnominal × 100%. Dnominal és el diàmetre exterior del tub original. Mesures fetes a la secció transversal-més deformada.
Procediment d'inspecció
La inspecció comença amb un examen visual extern. Els tubs col·lapsats estan visiblement aplanats en comparació amb els tubs adjacents sense danys. La zona de transició de la secció transversal circular a l'oval-pot mostrar un blanqueig per tensió-un aspecte tèrbol al PTFE que indica un rendiment localitzat.
L'ovalitat es mesura amb pinces o amb un indicador de go/no{0}}go al punt més deformat. Es registren els diàmetres exteriors màxim i mínim. Les mesures en diversos punts al llarg del tub indiquen l'extensió del col·lapse.
La inspecció interna pot requerir un examen amb endoscopi si els extrems del tub són accessibles. El pas interior pot estar tancat parcialment o totalment. Per als tubs que semblen totalment col·lapsats externament, la inspecció interna confirma si queda algun pas de flux.
També s'han d'inspeccionar els tubs adjacents al tub col·lapsat. La pressió transitòria que va col·lapsar un tub pot haver-ne deformat parcialment altres. Un tub que sembla circular pot haver reduït la resistència al col·lapse a causa d'un aprimament no detectat del servei anterior.
Reparació i prevenció
Els tubs col·lapsats no es poden reparar. La forma deformada altera permanentment el rendiment mecànic i tèrmic. El tub s'ha de taponar o substituir.
Si el disseny de la capçalera permet l'aïllament individual del tub, el tub col·lapsat es pot connectar als dos extrems i deixar-lo al seu lloc. Els tubs restants continuen proporcionant la transferència de calor, encara que amb una capacitat total lleugerament reduïda. La pèrdua de capacitat d'un tub endollat en un paquet de múltiples-tubs sol ser acceptable.
La prevenció requereix protecció pel buit a la canonada del procés. Una vàlvula de trencament de buit instal·lada al punt alt del sistema de canonades permet que l'aire entri quan la pressió cau per sota de la atmosfèrica. La vàlvula s'ha de dimensionar per a la velocitat de refrigeració màxima esperada. Per als sistemes amb parades freqüents, un interruptor de buit automatitzat amb retroalimentació de posició proporciona una protecció fiable.
Alternativament, l'intercanviador de calor de PTFE es pot especificar per a un servei de buit complet en l'etapa de disseny. Això requereix parets de tubs més gruixudes o diàmetres més petits per augmentar la pressió crítica de col·lapse. La penalització de rendiment tèrmic de parets més gruixudes s'accepta com el cost de la tolerància al buit.
Resum
El col·lapse del tub de l'intercanviador de calor de PTFE és el resultat del buit extern creat durant l'aturada de la bomba quan la contracció del líquid en un sistema de canonades tancats genera pressió negativa. Els tubs de paret fina-dissenyats per a la pressió interna poden trencar-se sota el buit extern, especialment a temperatures de funcionament elevades.
La inspecció avalua l'ovalitat a la secció-transversal més deformada. Els tubs amb una ovalitat superior al 30% requereixen substitució. La prevenció requereix vàlvules trencadores de buit a la canonada del procés o especificació de les dimensions del tub-buit-complet en l'etapa de disseny.
Les recomanacions d'enginyeria per a l'avaluació del tub col·lapsat i el disseny de protecció al buit estan disponibles quan s'envien les dimensions del tub, la temperatura de funcionament, la configuració de la canonada i els procediments d'aturada.
