Prófið sem olli biluninni
PTFE varmaskipti virkar áreiðanlega í fjögur ár án leka, engin afköst vandamál og engin vísbending um yfirvofandi bilun. Meðan á áætlaðri árlegri viðhaldsstöðvun stendur, er skiptarinn settur í staðlaða vatnsstöðuþrýstingsprófun: rör eru fyllt með vatni, þrýst á 1,5 sinnum hönnunargufuþrýstinginn (6 barg fyrir 4 barg hönnun) og haldið í 30 mínútur. Um miðbik biðtímans rifnar rör með háværri skýrslu.
Bilunin er skelfileg. Hvernig gat rör sem virkaði fullkomlega undir gufuþjónustu bilað við prófun sem ætlað er að sannreyna heilleika hennar? Svarið liggur í grundvallarmuninum á milli gufuþjónustuhleðslu og köldu vatnshleðslu á PTFE, ásamt einstökum hætti PTFE bregst við viðvarandi háþrýstingi við umhverfishita.
Munurinn á gufu og vökvastöðuhleðslu
Í gufuþjónustu starfar PTFE varmaskiptarör við 130-160 gráðu innra hitastig með mettaðri gufu við 3-4 barg. Við þetta hitastig er PTFE sveigjanlegt. Lenging þess við brot fer yfir 200%. Ef staðbundinn galli eða þunnur blettur er í rörveggnum, afmyndast efnið plastískt og dreifir streitu. Það getur myndast bunga í rörinu - sýnileg viðvörun - en hún rifnar ekki skelfilega. Þessi sveigjanlega hegðun felur í sér tilvist galla við venjulega notkun.
Í köldu vatni vatnsstöðuprófun er PTFE rörið við 20-25 gráður. Við þetta hitastig sýnir PTFE fasaskipti. Undir um það bil 19 gráður og aftur nálægt 30 gráður, kristallast uppbygging fjölliðunnar undir formbreytingar sem hafa áhrif á vélræna eiginleika. Efnið hefur meiri styrk en verulega minnkað sveigjanleika miðað við hegðun þess við 150 gráður. Galli sem myndi valda góðkynja bungunni við vinnsluhita getur valdið brothættu broti við köldu vatnsþrýstingi.
Að auki er vatn óþjappanlegt. Þegar rör springur við vatnsþrýsting losnar geymd orka samstundis þegar þrýstingsvatnið þenst út í andrúmsloftið. Þrýstibylgjan frá rofinu getur skemmt aðliggjandi rör. Í gufuþjónustu losar leki samþjappanlega gufu smám saman, án þess að sprengikraftur losni við vatnsstöðurof.
Tafla 1: Hegðun PTFE rör: Gufuþjónusta vs vatnsstöðupróf
| Parameter | Gufuþjónusta (4 barg, 143 gráður) | Kalt vatnsstöðupróf (6 barg, 20 gráður) |
|---|---|---|
| PTFE sveigjanleiki (lenging við brot) | >200% | 100-150% (fasaskiptasvæði) |
| Bilunarhamur við galla | Bungur; hægur lekaþróun | Brothætt rof mögulegt |
| Þrýstimiðill | Þjappanleg gufa | Óþjappanlegt vatn |
| Orkulosun við bilun | Smám saman; gufa sleppur | Tafarlaus; vatnshamaráhrif |
| Greinanleiki fyrir-tjóns sem fyrir er | Má gríma með sveigjanlegum bungum | Komið í ljós við rof við lægri álag |
| Streituslökun í bið | Creep slakar á streitueinbeitingu | Lágmarks slökun; streita viðvarandi |
The Creep Damage uppsöfnunarkenningin
Líklegasta skýringin á túpu sem rifnar við vatnsstöðuprófun eftir margra ára farsæla gufuþjónustu er skriðskemmdir sem safnast hafa upp í rekstri sem olli ekki greinanlegum leka.
Við vinnuhitastig verður rörveggurinn fyrir álagi vegna innri gufuþrýstings. Á þúsundum klukkustunda læðist PTFE-þvermál rörsins eykst hægt og veggurinn þynnist hægt. Þetta er eðlilegt og er gert ráð fyrir í hönnunarlífinu. Hins vegar, ef staðbundinn galli er til staðar-framleiðslutómt, yfirborðsrifa frá uppsetningu eða slitpunktur af völdum stuðnings-- er skriðhraði á þeim stað hærri en í nærliggjandi efni. Veggþynning á staðnum gengur hraðar.
Við vinnsluhita afmyndast þynnt svæðið plastískt við þrýsting. Það getur bólgnað út og myndað litla blöðru. Vegna þess að gufuþrýstingurinn er í meðallagi og PTFE er sveigjanlegt, gæti bungan ekki rifnað. Það gæti orðið stöðugt, þar sem skriðhraðinn hægir á því þegar bungnuð rúmfræði dreifir streitu. Skiptinn heldur áfram að virka.
Meðan á vatnsstöðuprófinu stendur sameinast hærri þrýstingurinn, lægri hitastigið (dregur úr sveigjanleika) og ósamþjappanlega vatnið til að brjóta bunguna sem var stöðug við gufuskilyrði. Bilunin birtist skyndilega, en tjónið safnast saman í gegnum ára þjónustu.
Örugg vatnsstöðuprófun á PTFE varmaskiptum
Vatnsstöðuprófun á PTFE-skiptara krefst breytinga á stöðluðu ferlinu sem notað er fyrir málmbúnað.
Prófunarþrýstingurinn ætti ekki að fara yfir 1,25 sinnum hönnunarþrýstinginn, frekar en 1,5 sinnum sem almennt er notað fyrir málma. Minni sveigjanleiki PTFE við umhverfishita dregur úr öruggum yfirþrýstingsmörkum.
Prófunarmiðillinn ætti að vera við hitastig yfir 25 gráður til að koma í veg fyrir lágt-sveigjanlegt fasabreytingarsvæði. Heitt vatn við 30-35 gráður veitir verulega aukningu á sveigjanleika PTFE meðan á prófun stendur á meðan það er öruggt fyrir starfsfólk.
Að öðrum kosti, með pneumatic prófun með þjappað lofti við 1,1 sinnum hönnunarþrýsting, með viðeigandi öryggisráðstöfunum fyrir geymda orku, kemur í veg fyrir ósamþjappanlega vökvaroforku á meðan enn er að greina leka með þrýstingsfallsmælingu.
Samantekt
Skyndilegt PTFE rör rof við vatnsstöðuprófun eftir atvikalausa gufuþjónustu stafar af samsetningu köldu vatnshita sem dregur úr sveigjanleika, hærri prófunarþrýstingi sem fer yfir getu skrið-þynntra svæða og ósamþjappanlegs vatns sem losar geymda orku á hörmulegan hátt. Bilunin leiðir í ljós skemmdir sem safnaðist smám saman við vinnuhitastig en var dulið af sveigjanlegri hegðun PTFE í heitri gufuþjónustu.
Safe testing of PTFE exchangers uses reduced overpressure (1.25× design), warm water (>25 gráður), eða pneumatic prófun með viðeigandi öryggisráðstöfunum. Þessar breytingar koma í veg fyrir bilanir af völdum prófunar- á meðan þær eru enn að sannreyna heilleika þrýstingsmarka.
Verkfræðiaðferðir fyrir örugga þrýstiprófun á PTFE varmaskiptum eru fáanlegar þegar hönnunarþrýstingur, forskriftir um rörefni, þjónustusögu og fyrri prófunarniðurstöður eru lagðar fram.
