Gallringen vid kröken
Underhållspersonal tar bort en PTFE-värmeväxlare efter fem års drift. Ultraljudstjockleksmätning avslöjar att rörväggarna är inom specifikationerna på raka sektioner, mäter 0,95-1,00 mm mot en original 1,00 mm. Vid krökarna mäter den yttre väggtjockleken dock 0,70-0,75 mm - en minskning med 25-30 %. Böjen är den livsbegränsande platsen.
Väggförtunning vid kurvor är en förutsägbar konsekvens av bockningsprocessen i kombination med långvarig-krypning vid förhöjd temperatur. Under böjning sträcker sig den yttre väggen av röret för att rymma den längre båglängden runt böjens utsida. Väggen förtunnas för att spara volym. Vid driftstemperatur under internt ångtryck kryper den förtunnade ytterväggen snabbare än de tjockare raka sektionerna, vilket ytterligare minskar tjockleken över tiden.
Böjradien bestämmer den initiala gallringen. Snävare böjar ger större uttunning. Att specificera en minsta böjradie under konstruktion förhindrar överdriven initial förtunning och begränsar den efterföljande kryphastigheten till acceptabla nivåer under livslängden.
Böjningsspänningen och gallringsförhållandet
När ett rakt rör böjs överstiger den yttre båglängden den inre båglängden. Materialet på utsidan av böjen måste sträcka sig; materialet på insidan komprimeras. Töjningen vid den yttre ytan är ε=r / R, där r är rörets yttre radie och R är böjningscentrumlinjens radie.
Väggtjockleken efter böjning, förutsatt konstant volymdeformation, är ungefär t_bent=t_original / (1 + ε). För ett 10 mm OD-rör (r=5mm) böjt till en radie R=150mm, är den yttre fibertöjningen 5/150=3.33%. Väggtjockleken vid den yttre böjen minskar till cirka 0,968 mm från 1 000 mm-en minskning med 3,2 %.
För en snävare böj vid R=100mm är töjningen 5/100=5%. Väggen tunnar till 0,952 mm-en minskning med 4,8 %.
Vid driftstemperatur under internt tryck är kryphastigheten i den förtunnade sektionen högre än i den raka sektionen med full-tjocklek. Gallringen accelererar med tiden. Den initiala 3-5% gallringen från böjning kan bli 15-30% gallring efter år av drift.
Tabell 1: Böjradie och väggförtunning för PTFE värmeväxlarrör (10 mm OD × 1 mm vägg)
| Böj mittlinjeradie (mm) | Radie-till-diameterförhållande (R/D) | Yttre fiberstam (%) | Initial väggtjocklek vid böj (mm) | Uppskattad 5-årig vägg vid 143 grader (mm) | Lämplighet |
|---|---|---|---|---|---|
| 250 (rekommenderat minimum) | 25 | 2.0 | 0.980 | 0.90-0.94 | Utmärkt (10+ års livslängd) |
| 200 | 20 | 2.5 | 0.975 | 0.85-0.90 | Bra |
| 150 | 15 | 3.33 | 0.968 | 0.78-0.85 | Acceptabelt med inspektion |
| 120 | 12 | 4.17 | 0.960 | 0.70-0.80 | Marginal (minska ångtrycket) |
| 100 | 10 | 5.0 | 0.952 | 0.60-0.72 | Rekommenderas inte för ångservice |
| 75 | 7.5 | 6.67 | 0.938 | < 0.60 (high failure risk) | Inte acceptabelt |
Ovaliseringstillägget
Böjning tunnar inte bara ut ytterväggen utan ovaliserar också rörtvärsnittet.- Röret blir något elliptiskt i kröken, med den mindre axeln i krökens plan. Ovaliteten koncentrerar ringspänningen från inre tryck vid punkterna med maximal krökning, vilket ytterligare accelererar krypningen.
Ett rör böjt till den rekommenderade minsta radien på 25D bibehåller ovalitet under 5 %. Snävare böjar ger större ovalitet. De kombinerade effekterna av väggförtunning, ovalitet och spänningskoncentration gör kröken till den kritiska platsen för bestämning av livslängden.
Specifikationer för förebyggande design
Den primära förebyggande åtgärden är att specificera en minsta böjningsradie på 25 gånger rörets ytterdiameter-samma radie som rekommenderas för att förhindra veck. Denna radie begränsar initial gallring till 2 % och säkerställer att ovaliteten förblir under 5 %.
Böjningar bör inspekteras efter tillverkning med en go/no-go-mätare och ultraljudstjockleksmätning. Den minsta väggtjockleken vid böjens yttre radie bör dokumenteras som baslinje för framtida jämförelse.
Under service bör böjar inkluderas i programmet för mätning av ultraljudstjocklek. Böjningar som visar väggtjocklek under 0,75 mm för 1,0 mm nominell vägg bör schemaläggas för utbyte.
Sammanfattning
Lokaliserad väggförtunning vid PTFE-värmeväxlarrörböjningar är resultatet av sträckning av ytterväggen under böjning, förvärrad av accelererad krypning vid den förtunnade sektionen under drifttemperatur och tryck. Den minsta rekommenderade böjradien på 25 gånger rördiametern begränsar den initiala förtunningen till 2 % och ger acceptabel-krypprestanda på lång sikt.
Tätare böjar ger proportionellt sett större gallring och minskad livslängd. Efter-tillverkning och i-drift ultraljudstjockleksmätning vid böjar ger kvantitativa data för ersättningsbeslut.
Tekniska specifikationer för böjning och inspektion av PTFE-rör är tillgängliga vid inlämnande av rördimensioner, böjradier, driftstemperatur och tryck samt erforderlig livslängd.
