كيفية اختيار سمك جدار الأنبوب الصحيح لمبادل PTFE في خدمة التفريغ العالي؟
ترك رسالة
يتم استخدام مكثف الأنبوب والقشرة PTFE لاستعادة مذيب قيم تحت فراغ عميق لتقليل درجة غليانه. جانب الصدفة في فراغ تقريبًا. لا تقوم أنابيب PTFE الرفيعة والمرنة بحمل مياه التبريد فحسب، بل تقاوم أيضًا القوة الساحقة للغلاف الجوي الخارجي الذي يدفع إلى الداخل. يمكن للأنبوب العادي ذو الجدران الرفيعة-، المناسب تمامًا للضغط الإيجابي، أن ينهار فجأة بشكل مسطح مثل قشة الشرب، مما يؤدي إلى إيقاف التدفق وتدمير الأداء الحراري. لم يتم تصميم سمك جدار الأنبوب لخدمة التفريغ لاحتواء الضغط ولكن لمنع الانهيار الكارثي. يعتمد اختيار سمك جدار الأنبوب المناسب لخدمة تفريغ مبادل PTFE على فهم فيزياء الانبعاج والمقايضات الحرارية-وحلول الدعم.
فيزياء الانهيار تحت الضغط الخارجي
كيف يدمر الفراغ الأنبوب
عندما يتم تفريغ جانب واحد من المبادل الحراري (على سبيل المثال إلى 10 ملي بار مطلق أو أقل)، فإن ضغط الهواء الخارجي (حوالي 1 بار أو 14.7 رطل لكل بوصة مربعة) يعمل بشكل موحد على الجزء الخارجي من كل أنبوب. قد يكون الجزء الداخلي من الأنبوب عند ضغط جوي أو ربما أعلى قليلاً. يسبب هذا الحمل الخارجي ضغطًا ضاغطًا على جدار الأنبوب. إن أنبوب PTFE المرن ذو الجدران الرقيقة - (مع معامل مرن منخفض نسبيًا يبلغ حوالي 0.5 جيجا باسكال مقارنة بـ 200 جيجا باسكال للصلب) سوف ينحني وينهار إلى شكل بيضاوي أو مسطح مع ضغط أقل بكثير من إجهاد الخضوع للمادة. الحفار عبارة عن يد عملاقة غير مرئية تضغط على الأنبوب. الشيء الوحيد الذي يمنعها من التكسير هو سمك الجدار.
دعم الأنابيب: دور التباعد Baffle Spacing
إن الطول غير المدعوم للأنبوب بين الحواجز أو صفائح الأنابيب له تأثير كبير على مقاومة الانهيار. الأنبوب المدعوم بفواصل 200 مم سيتحمل الضغط الخارجي بشكل أفضل بكثير من الأنبوب المدعوم بفواصل 500 مم. للحصول على خدمة فراغ عالية، يتم تقليل التباعد بين الحاجز في كثير من الأحيان إلى 100-150 ملم. تؤدي الحواجز الأقرب إلى حدوث اضطراب جانبي أعلى في الغلاف- وانتقال أفضل للحرارة، لتعويض التكلفة الحرارية للجدار الأكثر سمكًا جزئيًا. ومع ذلك، فإن زيادة عدد الحواجز يزيد من انخفاض الضغط على جانب الصدفة، وقد يتطلب قطرًا أكبر للصدفة للحفاظ على منطقة التدفق.
بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يسمح التصميم بوجود فراغ على جانب الأنبوب وضغط إيجابي على جانب الغلاف. في إنشاء الرأس العائم أو الأنبوب U-، يمكن إخلاء أي من الجانبين، ويجب أن يكون جدار الأنبوب قويًا بما يكفي لمنع الانهيار من الجانب تحت الفراغ. في هذه الظروف، يتم اختيار الجدار الأكثر سمكًا ويتم تصميم المبادل عمومًا على أنه تصنيف "فراغ كامل" على كلا الجانبين.
المبادئ التوجيهية العملية للاختيار
عملية خطوة بخطوة
حدد مستوى الهوفر: أوجد الضغط المطلق على الجانب المنخفض (أي . 10 ملي بار، 50 ملي بار). أسوأ الوضع هو الفراغ الكامل (0 مليبار مطلق) ويتطلب أقوى تصميم.
• اختيار أحجام الأنابيب: اختر القطر الخارجي (OD) الذي يمثل حلاً وسطًا بين نقل الحرارة والتلوث والقوة الميكانيكية. الأحجام العادية هي 6 مم أو 8 مم OD لخدمة الحوامة. الأقطار الأكبر (10 ملم وما فوق) غير عملية.
استخدم بيانات ضغط الانهيار الخاصة بالشركة المصنعة أو FEA لتقدير سمك الجدار المطلوب 6 مم OD نقطة بداية حذرة، وقد يكون سمك 0.8 مم عند درجة حرارة الغرفة . 1.0-1.2 مم ضروريًا لدرجة حرارة أكبر أو OD أكبر.
ضبط تباعد الحاجز: لا يزيد الامتداد غير المدعوم عن 150 مم. بالنسبة للأنابيب الطويلة (أكثر من 2 متر)، يتم استخدام دعامات متوسطة إضافية أو قضبان ربط مع فواصل.
تقييم الأداء الحراري: احسب قيمة U بسمك الجدار المحدد. إذا كانت قيمة U-منخفضة جدًا (على سبيل المثال أقل من 200 واط/م2 كلفن)، فكر في زيادة عدد الأنابيب أو طولها، أو اقبل مبادلًا أكبر.
التحقق من الصحة مع الشركة المصنعة: لدى بائعي مبادلات PTFE المؤكدة بيانات انهيار تجريبية لأبعاد الأنابيب الخاصة بهم. مطلوب ضمان كتابي بأن الجهاز سوف يعمل دون انهيار في ظل ظروف الفراغ ودرجة الحرارة المحددة.
مواصفات المثال القطر الخارجي لأنبوب PTFE 6 مم. سمك الجدار: 1.0 ملم + / -0.05 ملم مادة الأنبوب: PTFE البكر. الحد الأقصى للامتداد غير المدعوم 120 مم ضغط تصميم جانب الصدفة: فراغ كامل (0 ملي بار مطلق). الضغط التصميمي لجانب الأنبوب: 3 بار g. الحد الأقصى لدرجة حرارة العمل: 90 درجة مئوية. يجب أن يكون الفراغ الموجود في جانب غلاف المبادل 10 ملي بار مطلقًا مع وجود أنابيب عند الضغط الجوي. لا ينبغي أن تكون الأنابيب مطوية أو بيضاوية بشكل واضح.
الدقة الفنية: حساب ضغط الانهيار
إن فشل الأنبوب تحت الضغط الخارجي هو فشل في الإنبعاج، وليس فشل في الخضوع. يتم إعطاء التقريب الأول من خلال الصيغ القياسية للأنابيب ذات الجدران الرفيعة- (على سبيل المثال صيغة تيموشينكو للانبعاج المرن)، ولكن سلوك الإجهاد غير الخطي-وسلوك الانفعال وزحف PTFE يحتاج إلى التحقق من صحته تجريبيًا. يقوم معظم صانعي مبادلات PTFE باختبار أنابيب العينات للضغط الخارجي الهيدروستاتيكي. غالبًا ما يكون ضغط الانهيار المقاس لأنبوب OD مقاس 6 مم وسمك جدار 1.0 مم عند 20 درجة 1.2-1.5 بار، مما يعطي عامل أمان يبلغ 1.2-1.5 فوق الفراغ الكامل. عند 90 درجة، قد يصل ضغط الانهيار إلى 0.8-1.0 بار، وبالتالي هناك حاجة إلى هامش أمان أكبر. ومن ثم، يتم تباعد الدعامات بشكل أوثق أو يتم جعل الجدران أكثر سمكًا لخدمة التفريغ بدرجة حرارة مرتفعة.
الخلاصة: العيش في الضغط غير المرئي
يجب أن يكون سمك جدار مبادل PTFE الفراغي بمثابة مقاومة للقوة الساحقة للغلاف الجوي. والأنبوب الأكثر سمكًا والأكثر صلابة والمدعوم جيدًا يفوز بالقتال. الأنابيب قادرة على تحمل الفراغ الكامل دون انهيار بسبب الحد الأدنى لسمك الجدار الذي يبلغ 0.8-1.0 مم والحواجز المتقاربة (الامتداد غير المدعوم 150 مم). تم تحسين قيمة U- من خلال الجدار الأكثر سمكًا ولكن البديل-الأنبوب المسدود والمنهار غير مقبول. إن الضغط الصامت وغير المرئي للهواء الخارجي هو أقوى قوة في نظام الفراغ، كما أن سمك جدار الأنبوب المختار بشكل صحيح هو الدفاع الوحيد ضده.
