Gruggur af beittum, hraðvirkum sandögnum er malandi, miskunnarlaus kraftur inni í varmaskiptaröri. Hart, stíft málmrör og mjúkt, sveigjanlegt PTFE rör berjast gegn þessari slípandi árás með gjörólíkum aðferðum. Málmurinn treystir á ósveigjanlega hörku til að standast skurð. Plastið treystir á getu þess til að beygja sig og „gefa“, gleypa orku höggsins án þess að vera borið. Sigurvegarinn í þessum bardaga er ekki alltaf erfiðara efnið. Að skiljaPTFE vs harðmálmrör rofhraði slurrySamanburður krefst þess að skoða ekki bara hörku efnanna heldur einnig bilunaraðferðir þeirra og næmi fyrir eiginleikum agna.
Hvernig veðrun á sér stað í slurry-flutningsröri
Rof er stigvaxandi tap á efni frá föstu yfirborði vegna endurtekinna höggs á föstum ögnum sem eru fengnar í vökva. Rofhraði fer eftir nokkrum þáttum:
Agnahraði (meiri hraði eykur veðrun verulega)
Kornastærð og lögun (stærri, skarpari agnir valda meiri skaða)
Korna hörku miðað við markefnið
Högghorn (hornrétt högg er frábrugðið höggi)
Vélrænir eiginleikar markefnisins (hörku, seigja, mýkt)
Í dæmigerðum varmaskipti eða leiðslum sem bera slípiefni-eins og námuafgang, sandhlaðið vatn eða hvataagnir-eru bæði málm- og fjölliðarör útsett fyrir sömu flæðisskilyrðum, en viðbrögð þeirra eru í grundvallaratriðum ólík.
Harðmálmrör: Brothætt veðrun með því að klippa og flísa
Harðmálmrör, til dæmis úr hertu stáli, tvíhliða ryðfríu stáli (td 2205), eða slitþolnu álfelgur (td Hardox), þolir rof fyrst og fremst með mikilli yfirborðshörku. Aðferð við að fjarlægja efni í hörðum málmi er oft lýst sembrothætt veðruneðaskurðarslit. Þegar beitt, orkumikil ögn slær á málmyfirborðið í grunnu horni virkar hún eins og örskurðarverkfæri, plægir litla gróp og færir málm til hliðar. Við hærra högghorn (nær 90 gráður) valda endurtekin högg örsprungu og flísum á litlum, brothættum brotum frá yfirborðinu.
Harka málmsins seinkar því að veðrun hefst, en þegar farið er yfir mikilvæga streitu er efni fjarlægt í aðskildum, brothættum flísum. Rofhraði hörð málmrörs í slurry af fínum, beittum agnum er venjulega stöðugur og fyrirsjáanlegur. Hins vegar eru harðir málmar einnig viðkvæmir fyrir agnahraða: tvöföldun hraðans getur aukið veðrun um 3 til 10, allt eftir efni. Við erfiðar aðstæður getur hörð málmrör slitnað á vikum eða mánuðum.
PTFE rör: Sveigjanlegt orkuupptaka og hlutverk kornastærðar
Pólýtetraflúoróetýlen (PTFE) er tiltölulega mjúk fjölliða með litla núningi með mikla sveigjanleika og teygjanlega aflögun. Ólíkt hörðum málmi, þolir PTFE rör ekki högg agna vegna hörku. Í staðinn notar það annað kerfi:frásog teygjanlegrar orku. Lítil, bitlaus eða kringlótt ögn sem lendir á PTFE yfirborði veldur staðbundinni teygjanlegri aflögun. Hreyfiorka ögnarinnar er geymd sem álagsorka í fjölliðunni og losnar síðan þegar yfirborðið snýr aftur. Vegna þess að PTFE hefur lágan núningsstuðul minnkar snertihluti höggsins, sem takmarkar efnisflutning enn frekar. Fyrir fínar, ávölar agnir (td sandur með Mohs hörku 6–7, en vel ávöl korn), getur PTFE rör stundum veðrast hægar en málmrör. Í sumum rannsóknarstofurannsóknum hefur PTFE sýnt lægri rofhraða en kolefnisstál fyrir fínar kúlulaga glerperlur eða náttúrulegan sand við lághraða aðstæður.
The Notch Næmni vandamál
Hins vegar býr PTFE yfir mikilvægum varnarleysi: það er afar næmt. Ein, stór, oddhvass ögn-eins og mulið bergbrot, brotið málmstykki eða oddhvassað kristallað korn-getur virkað eins og hnífsegg. Í stað þess að aflagast teygjanlega skerst beitt ögn í PTFE yfirborðið og myndar djúpa gróp, sneið eða jafnvel rif í fullri þykkt. Ólíkt málmflís, sem er örlítið brot, getur PTFE-tár breiðst hratt út undir flæðisþrýstingi, sem leiðir til skelfilegrar bilunar í rörveggnum. PTFE er sterkur, sveigjanlegur púði sem hægt er að skera í sneiðar með einni, stórri hnífsbrún ögn. Þegar hak er komið á er getu rörsins til að standast innri þrýsting verulega í hættu.
Samanburðarrof: Yfirlit yfir helstu breytur
Ekki er hægt að lækka rofhraða PTFE á móti hörðum málmi í eina tölu. Þess í stað fer samanburðurinn eftir eiginleikum slurrys:
| Slurry ástand | Harðmálmsrofshraði | PTFE rofhraði |
|---|---|---|
| Fínar, kringlóttar, mjúkar agnir (td ársandur, glerperlur) | Í meðallagi til hátt | Lágt til mjög lágt (getur enst málmur) |
| Fínar, skarpar agnir (td mulið kísil, súrál) | Í meðallagi | Lágt til í meðallagi (lítill kostur við PTFE við lágan hraða) |
| Stórar, kringlóttar agnir (td möl í vatni) | Hátt (höggaflögun) | Í meðallagi (hætta á djúpum innskotum en ekki endilega rifna) |
| Stórar, skarpar agnir (td mulið málmgrýti, glerbrot, málmbrot) | Hátt (klippa og flísa) | Mjög hátt (skelfilegt rif og útbreiðslu hak) |
| High velocity (>5 m/s) með beittum ögnum | Mjög mikil (veldisvísisaukning) | Mjög hátt (fljótandi yfirborð fjarlægt eða rifið) |
Í reynd er PTFE rör samkeppnishæfust í slurry þar sem agnirnar eru litlar (minna en 500 µm), ávalar og hreyfast á tiltölulega lágum hraða (1–3 m/s). Við þessar aðstæður getur teygjanlegt seiglu og lítill núningur PTFE gefið því endingartíma tvisvar til fimm sinnum lengri en 316L ryðfríu stáli rör. Aftur á móti, í grugglausn sem inniheldur jafnvel lítið hlutfall af stórum, hyrndum ögnum, er hörð málmrör öruggari kosturinn vegna þess að málmurinn, þó hann eyðist, er ólíklegur til að verða fyrir skyndilegri, skelfilegri veggbilun.
Hagnýtar athuganir frá iðnaðarþjónustu
Reynsla á vettvangi í námuvinnslu, dýpkun og efnavinnslu hefur framleitt nokkrar gagnlegar athuganir:
PTFE rör hafa með góðum árangri komið í stað málmröra í fíngerðum varmaskiptumþar sem fast efni er lágt (<5% by weight) and the particles are naturally rounded (e.g., beach sand used for cooling water filtration). Erosion rates of PTFE have been measured at 0.1–0.5 mm/year, comparable to or better than duplex stainless steel.
Harður málmur er áfram staðallinn fyrir grófa, beitta slurryeins og þær sem finnast í málmgrýti, vökvabroti (flutningsefnisflutningur) og kolaþvott. PTFE slöngur í slíkri þjónustu hafa bilað innan nokkurra klukkustunda eða daga þegar ein stór ögn festist í túpunni og var þrýst í gegn með vökvaþrýstingi og reif vegginn.
Áhrifahorn skiptir máli– Í beinum túpuhlaupum þar sem agnir hreyfast ás og högg við grunn horn, getur PTFE staðið sig vel. Í beygjum, þar sem agnir snerta vegginn í nærri 90 gráðu hornum, eyðast bæði efnin hratt, en næmni PTFE gerir það sérstaklega óhentugt fyrir beygjur í slípiefni.
Prófunar- og spáaðferðir
Aldrei ætti að gera ráð fyrir veðrun út frá almennum töflum. Þess í stað er mælt með hæfri prófunaraðferð:
Þotuáfallspróf– Gruggþotu er beint að flatum skammti af umsækjandaefninu með stýrðum hraða og högghorni. Massatap er mælt yfir tíma.
Lykkjupróf– Lítil slurry lykkja með beinum prófunarhluta úr PTFE og hörðum málmrörum er starfrækt við raunverulegar eða eftirlíkingar vinnsluaðstæður. Lengdarbreytingar, veggþykktarmælingar eða úthljóðsþykktarmælingar eru notaðar til að reikna út rofhraða.
Computational fluid dynamics (CFD) ásamt veðrunarlíkönum– Auglýsingahugbúnaður (td ANSYS Fluent með veðrunarlíkön) getur spáð fyrir um staðbundna dreifingu rofs í rör, en verður að kvarða með tilraunagögnum fyrir tiltekna slurry.
Með hliðsjón af næmni PTFE, er öryggisstuðull að minnsta kosti 5× á áætluðum líftíma mælt með þegar PTFE er valið fyrir hvers kyns slurry þjónustu sem gæti séð einstaka stærri agnir.
Hönnunarbreytingar til að bæta PTFE rofþol
Þegar PTFE er valið fyrir gróðurleysi geta nokkrar hönnunarráðstafanir dregið úr varnarleysi þess:
Settu upp hlífðarinntakshluta úr málmi– Fyrstu 5–10 rörþvermálin frá slurry innganginum eru framleidd úr hörðum málmi eða keramik, sem gleypir mesta hraða, flestar hyrndar agnir áður en flæðið verður jafnara.
Notaðu stærra rör þvermál– Með því að draga úr flæðishraðanum með því að auka þversniðsflatarmálið lækkar hreyfiorkan agna (í hlutfalli við hraða í öðru veldi).
Bættu við ruslgildru eða síu– Sípa fyrir framan PTFE slönguna fjarlægir agnir yfir ákveðinni stærð (td 1 mm) og verndar PTFE gegn stórum, hvössum hlutum.
Styrktu PTFE rörið– PTFE rör með fléttu eða möskva ytra lagi (td ryðfríu stáli fléttu yfir PTFE) getur innihaldið rifið innra rör og komið í veg fyrir skelfilegan leka, þó það dragi ekki úr rofhraða.
Ályktun: Enginn alhliða sigurvegari - það fer eftir ögninni
Rofbaráttan á milli PTFE rörs og harðmálmsrörs er keppni um sveigjanleika á móti hörku, þar sem sigurvegarinn ræðst af sérstakri stærð og lögun slípiefna í gróðurlausninni. Fyrir fínar, ávölar agnir með lágan hraða getur PTFE verið óvænt endingargott, endingargott málmur með teygjanlegu orkugleypni og litlum núningi. Fyrir grófar, beittar eða háhraða agnir er viðnám harðmálms gegn skurði og flísum-þrátt fyrir eigin veðrun- miklu áreiðanlegri en PTFE-viðnám sem er næmt fyrir rifi. Besta efnisvalið er ekki almenn regla, heldur sérstakt svar við nákvæmlega eðli slitsins. Verkfræðingar verða að einkenna kornastærðardreifingu slurrysins, lögun (hyrnd), hörku og högghraða, framkvæma síðan markvissar rofprófanir eða skoða birt gögn frá hliðstæðum þjónustum. Aðeins þá er hægt að taka örugga ákvörðun á milli sveigjanlegs púða úr PTFE og stífum skjöld úr hörðum málmi.
