PTFE apvalka-un-caurules siltummainis ir piepildīts ar korozīvu procesa šķidrumu, un pēkšņi tiek iedarbināts sūknis vai vārsts aizveras augšpusē. Trieciena vilnis, kas pazīstams kā ūdens āmurs, skrien cauri cauruļvadu sistēmai. Šis īsais, bet spēcīgais spiediena pieaugums var acumirklī pārraut plānas fluorpolimēra caurules vai noplēst tās no cauruļu loksnes komplekta. Lai konstruētu PTFE siltummaini, lai izturētu šīs nenovēršamās hidrauliskās pārejas, ir nepieciešama hidrauliskā amortizācija, konstrukcijas pastiprināšana un konservatīva mašīnbūve.
Jebkuras PTFE apmaiņas ūdens āmura pretestības konstrukcijas mērķis ir ne tikai izturēt vienmērīgu darba spiedienu, bet arī izturēt pēkšņas un neparedzamas hidrauliskās trieciena slodzes.
Izpratne par ūdens āmuru PTFE siltummaiņos
Ūdens āmurs ir spiediena pieaugums, ko izraisa pēkšņas kustīga šķidruma impulsa izmaiņas. Strauji mainoties plūsmas ātrumam, šķidruma kinētiskā enerģija pārvēršas pārejošā spiediena vilnī, kas izplatās pa sistēmu lielā ātrumā.
Bieži sastopamie cēloņi ir:
Ātra vārstu aizvēršana
Pēkšņa sūkņa iedarbināšana
Avārijas izslēgšanas notikumi
Pretvārsta aizcirtums
Plūsmas maiņa
Gaisa kabatas sabrukums
Lai gan notikums var ilgt tikai sekundes daļas, radītais spiediena pieaugums var ievērojami pārsniegt normālo darba spiedienu.
Joukowsky vienādojums ir klasiska inženiertehniskā sakarība, ko izmanto, lai novērtētu šos pārejošos spiediena lēcienus, uzsverot, kā pat mēreni plūsmas ātrumi var radīt pārsteidzoši smagus hidrauliskos triecienus, kad plūsmas izmaiņas notiek pārāk ātri.
Kāpēc PTFE apmainītājiem ir nepieciešama īpaša aizsardzība
PTFE siltummaiņa caurules piedāvā izcilu ķīmisko izturību, taču fluorpolimēru materiāliem nav tādas pašas stingrības vai triecienizturības kā metāla caurulēm.
Ūdens āmura apstākļos var rasties vairāki atteices režīmi:
Caurules pārsprāgšana
Caurules sabrukums
Caurules loksnes izvilkšana
Caurules pēršana
Atbalsta plāksnes bojājumi
Blīvējuma bojājums
Atšķirībā no metāla caurulēm, PTFE caurules var ievērojami izlocīties īslaicīgas slodzes laikā. Pārmērīga kustība var radīt lokālas sprieguma koncentrācijas, kas galu galā izraisa plaisāšanu vai mehānisku atdalīšanu.
Dizainam ir jāpievieno hidrauliskais spilvens un spēcīgāks iekšējais karkass, lai izturētu pēkšņu, brutālu ūdens āmura sitienu.
Hidrauliskā trieciena smaguma samazināšana
Visefektīvākā stratēģija ir samazināt spiediena smailes intensitāti, pirms tā sasniedz siltummaini.
Lēnāka vārsta darbība
Ātri{0}}aizvēršanās vārsti ir vieni no biežākajiem ūdens āmura izraisītājiem. Pēkšņa plūsmas apstāšanās piespiež šķidruma impulsu saspiestā triecienviļņā.
Maigāka vārsta iedarbināšana ievērojami samazina pārsprieguma intensitāti.
Vēlamie risinājumi ietver:
Pneimatiski darbināmi vārsti ar pagarinātu gājiena laiku
Motorizēti vārsti ar kontrolētiem slēgšanas profiliem
Atsperes -atgriešanās pretvārsti, kas paredzēti mīkstai aizvēršanai
Pret-izsitīšanas pretvārsti
Palēninot plūsmas palēninājuma ātrumu, sistēma samazina maksimālo hidraulisko triecienu, kas tiek pārnests uz siltummaini.
Kontrolēta sūkņa palaišana un izslēgšana
Pēkšņs sūkņa paātrinājums var radīt straujas ātruma izmaiņas, kas izraisa spiediena pieaugumu.
Mainīgas frekvences piedziņas (VFD) un mīkstās{0}}palaišanas sistēmas palīdz samazināt šo efektu, pakāpeniski palielinot plūsmas ātrumu, nevis uzreiz paātrinot šķidruma kolonnu.
Pārsprieguma aizsardzības ierīču izmantošana
Pārsprieguma tvertnes un pārsprieguma novadītāji
Gāzes-pārsprieguma novadītājs vai pārsprieguma tvertne, kas uzstādīta korpusa pusē, var ievērojami uzlabot sistēmas noturību.
Šīs ierīces darbojas kā hidrauliskie amortizatori, nodrošinot saspiežamu tilpumu, kas absorbē pārejošu spiediena enerģiju.
Ieguvumi ietver:
Samazinātas maksimālās spiediena tapas
Zemāks caurules spriegums
Uzlabota cauruļvadu stabilitāte
Samazināta vibrāciju pārraide
Korozīvās ķīmiskās sistēmās rūpīgi jāizvērtē arī materiālu saderība ar pārsprieguma ierīci.
Pareizam izvietojumam ir nozīme
Pārsprieguma slāpēšanas ierīces ir visefektīvākās, ja tās ir uzstādītas:
Netālu no ātri{0}}aizverošiem vārstiem
Blakus sūkņa izplūdes līnijām
Netālu no siltummaiņa ieejām
Vietās, kur rodas spiediena viļņi
Slikta izvietošana var ievērojami samazināt efektivitāti.
Šķidruma ātruma samazināšana, izmantojot korpusa dizainu
Šķidruma ātrums tieši ietekmē ūdens āmura intensitāti. Lielāks ātrums rada lielāku šķidruma impulsu un tādējādi nopietnāku spiediena pieaugumu pēkšņas apstāšanās laikā.
Lielāks apvalka diametrs
Lielāks apvalka diametrs samazina šķidruma ātrumu noteiktam plūsmas ātrumam.
Tas nodrošina vairākas priekšrocības:
Zemāka hidrauliskā enerģija
Samazināts pārejošs spēks
Zemāka vibrācijas intensitāte
Samazināts erozijas risks
Lai gan lielāks apvalks palielina siltummaiņa izmēru un izmaksas, tas var būtiski uzlabot izturību pārejošu hidraulisko notikumu laikā.
Konservatīvs plūsmas dizains
Dizaineri bieži apzināti ierobežo apvalka{0}}sānu ātrumu PTFE sistēmās, lai saglabātu lielāku drošības rezervi pret hidraulisko triecienu.
Šī konservatīvā pieeja kļūst īpaši svarīga sistēmās ar:
Gari cauruļvadi iet
Bieža vārstu cikliskums
Pulsējošie sūkņi
Partijas darbība
Iekšējās caurules struktūras stiprināšana
Biežas cauruļu atbalsta plāksnes
PTFE caurulēm ir nepieciešams ciešs mehānisks atbalsts, lai novērstu pārmērīgu kustību spiediena pārejas laikā.
Papildu caurules atbalsta plāksnes palīdz:
Samaziniet caurules novirzi
Novērst pātagu kustību
Sadaliet pārejošas slodzes
Stabilizējiet cauruļu saišķi
Atbalsta atstatums bieži ir ievērojami šaurāks nekā salīdzināmos metāla apmainītājos.
Caurules loksnes noturības spēks
Caurules -un-caurules loksnes savienojumam jāiztur arī pēkšņa aksiālā slodze, ko izraisa spiediena kāpumi.
Dizaina apsvērumi var ietvert:
Pastiprināts cauruļu stiprinājums
Paplašināta atbalsta ģeometrija
Uzlaboti savilkšanas pasākumi
Konservatīvās pieļaujamās stresa robežas
Visam komplektam jābūt konstruētam dinamiskiem slodzes apstākļiem, nevis tikai statiskajam spiedienam.
Izstrādāts sliktākajiem{0}}pārejas gadījumiem
Viena no visizplatītākajām projektēšanas kļūdām ir tikai stabila -stāvokļa darba spiediena apsvēršana.
Ūdens āmura notikumi var radīt momentānu spiedienu, kas ievērojami pārsniedz nominālos projektēšanas apstākļus.
Pārejoša spiediena analīze
Pareizai PTFE apmaiņas ūdens āmura pretestības konstrukcijai nepieciešams novērtēt:
Maksimālais plūsmas ātrums
Vārstu aizvēršanas laiks
Sūkņa atvienošanas scenāriji
Avārijas izslēgšanas apstākļi
Šķidruma saspiežamība
Cauruļvadu izkārtojuma ģeometrija
Pārejoša analīze palīdz noteikt vissmagākos iespējamos pārsprieguma notikumus pirms ražošanas sākuma.
Konservatīvās drošības robežas
Tā kā pārejoši apstākļi var būt neparedzami, konservatīvie drošības faktori parasti tiek iekļauti:
Caurules sieniņu biezums
Korpusa konstrukcijas spiediens
Atbalsta atstarpes
Caurules lokšņu aiztures sistēmas
Šī papildu rezerve uzlabo ilgtermiņa{0}}mehānisko uzticamību.
Hidrotestēšana īslaicīgai pretestībai
Hidrotestēšanā jāņem vērā iespējamie pārejoši slodzes apstākļi, nevis tikai vienmērīgs darba spiediens.
Pareizi norādīts hidrotests palīdz pārbaudīt:
Strukturālā integritāte
Caurules aiztures spēja
Roņu veiktspēja
Atbalsta sistēmas stabilitāti
Pārbaude paaugstinātā spiedienā nodrošina papildu pārliecību, ka siltummainis var izturēt neregulārus hidrauliskos triecienus, kas rodas darbības laikā.
Parastie sistēmas apstākļi, kas palielina ūdens āmura risku
Vairākas darbības vides rada paaugstinātu ūdens āmura potenciālu:
Gari cauruļvadi
Garās šķidruma kolonnas satur lielāku impulsu un var radīt lielākus pārejošus spēkus.
Lieli plūsmas ātrumi
Strauji kustīgi šķidrumi pēkšņas palēninājuma laikā rada spēcīgākus spiediena lēcienus.
Ātrās darbības-solenoīda vārsti
Momentāni aizvēršanās laiki ievērojami pastiprina triecienviļņu intensitāti.
Vertikālās cauruļu sekcijas
Gravitācijas ietekme un krītošas šķidruma kolonnas var pasliktināt pārejošu uzvedību.
Jaukta gāze{0}}šķidruma plūsma
Ievadītās gāzes var radīt nestabilus pārejošus apstākļus un neparedzamas spiediena svārstības.
Ķīmiskās pretestības un mehāniskās aizsardzības līdzsvarošana
PTFE apmainītāji bieži tiek izvēlēti, jo neviena praktiska metāla alternatīva nevar izturēt procesa ķīmiju. Tomēr augstākā izturība pret koroziju ir jāsabalansē ar fluorpolimēru cauruļu mehānisko ievainojamību.
Tāpēc veiksmīgie dizaini apvieno:
Maiga hidrauliskā darbība
Konservatīvās ātruma robežas
Izturīgas iekšējās atbalsta sistēmas
Pārsprieguma slāpēšanas aparatūra
Rūpīga pārejoša analīze
Siltummaiņam ir jābūt konstruētam kā integrētai hidrauliskai{0}}mehāniskai sistēmai, nevis tikai pret koroziju{1}}izturīgai tvertnei.
Secinājums
Lai izdzīvotu ūdens āmurs PTFE siltummainī, nepieciešama gan maigāka procesa kontrole, gan mehāniski izturīga iekšējā struktūra. Lēnāka vārsta darbība, samazināts šķidruma ātrums, pārsprieguma novadītāji, lielāki apvalka diametri un cieši atbalstīti cauruļu saišķi darbojas kopā, lai absorbētu un izturētu hidrauliskos triecienus.
Veiksmīga PTFE apmaiņas ūdens āmura pretestības konstrukcija paredz pārejošus spiediena lēcienus, pirms tie rodas, un ietver pietiekamu strukturālo piedošanu, lai tos atkārtoti izdzīvotu ilgu darbības periodu laikā.
Rūpnieciskajās šķidrumu sistēmās visbīstamākie spēki bieži ir pēkšņi hidrauliskie sitieni, kas pienāk bez brīdinājuma.
