Каква је топлотна проводљивост челичне цеви обложене флуорополимером-у поређењу са чврстим ПТФЕ?

Чврста ПТФЕ цев је хемијски отпорна, али механички слаба. Потребан је дебео зид да би се могао добити разумна оцена притиска. Ова дебљина значи велики топлотни отпор. Добра опција је челична цев са малим слојем хемијски отпорног флуорополимера унутра. Ова композитна структура има снагу метала и отпорност на корозију пластике. Са термичке тачке гледишта, танка пластична облога је знатно мања баријера од дебелог зида чврсте ПТФЕ цеви, а укупни учинак преноса топлоте обложене цеви може бити изненађујуће бољи. У овом раду разматрамо поређење између топлотне проводљивости челичне цеви обложене флуорополимером и чврстог ПТФЕ у стварним применама преноса топлоте.

Шта је топлотна отпорност у цевастим системима
Општи концепт термичке отпорности
Укупни отпор пролазу топлоте кроз зид цеви је збир отпора различитих слојева. За једнослојну цев (чврсти ПТФЕ) отпор је повезан са дебљином зида и обрнуто пропорционалан топлотној проводљивости материјала. За композитну цев (челик и кошуљица) додају се отпорност челичне шкољке и флуорополимерне облоге.

Вредности топлотне проводљивости материјала
Топлотна проводљивост чврстог ПТФЕ је око 0,25 В/(м·К) на собној температури, ниска-упоредива са топлотним изолатором.

Угљенични челик има топлотну проводљивост од око 45-50 В/(мК), што је око 200 пута више од ПТФЕ.

Топлотна проводљивост флуорополимерних облога (ПТФЕ, ПФА, ФЕП) је такође ниска, око 0,20-0,25 В/(м·К).

Главна разлика није инхерентна проводљивост пластике, већ дебљина која је неопходна у сваком дизајну.

Пуна ПТФЕ цев са-дебелим зидовима у односу на челичну цев са поставом
Челична цев обложена флуорополимером{0}}, танка пластика, проводни метал
За обложену челичну цев, челична шкољка је одличан проводник, а структурни притисак у потпуности преузима челична шкољка. Флуорополимер, често ПТФЕ или ПФА, само треба да буде хемијски отпоран, стога се наноси као танак премаз, обично дебљине 0,5 до 1,0 мм. Дебљина челичног зида је подешена да садржи притисак (обично 2–5 мм), иако висока проводљивост челика доприноси релативно малом топлотном отпору.

За обложену цев са ПТФЕ облогом од 1,0 мм и челичним зидом од 3,0 мм, укупна топлотна отпорност је:

Отпор облоге: 0.0010.25=0.004 м2К/В 0,250,001​=0.004 м2К/В

Отпорност челика: 0,00345≈0,00007 м2К/В450,003​≈0,00007 м2К/В (занемарљиво)

Укупан отпор: ~0,00407 м 2 К/В

Ово је отприлике трећина отпора чврсте ПТФЕ цеви од 3 мм (0,012 м²К/В). У пракси, топлотна проводљивост челичне цеви обложене флуорополимером, за разлику од чврстог ПТФЕ, показује да обложена цев даје много боље укупне перформансе преноса топлоте.

То је паметан композит: танка кожа од термички агилне пластике на врху робусног, проводљивог челичног скелета. Обложена цев побеђује дебелу, чврсту пластичну цев у термалној трци.

Практичне импликације за пројектовање измењивача топлоте
Побољшана У-вредност и компактнија опрема
Укупна топлотна отпорност обложене цеви је типично 50-70% нижа од отпорности чврсте ПТФЕ цеви једнаког притиска. Због тога измењивачи топлоте направљени са обложеним цевима могу имати већу укупну У-вредност. ово је омогућено:

Смањена површина преноса топлоте за сличан задатак

Компактнији дизајн измењивача

Краће време задржавања течности што може бити корисно за процесне токове осетљиве на температуру

Типичне употребе
Ова метода се широко примењује на цевоводе великог пречника (2 инча и више) и контејнере као што су обложени реактори, резервоари за складиштење и измењивачи топлоте са омотачем-и-у јако корозивним уређајима као што су хлороводонична киселина, врућа сумпорна киселина или агресивни хлорисани растварачи.

Критична техничка разматрања
Потребна нам је савршена, поништена{0}}бесплатна веза
Облога од флуорополимера мора савршено и потпуно да буде повезана-са челичном подлогом. Сваки зазор или раслојавање обезбеђује ваздушни слој топлотне проводљивости само ~0,025 В/(м·К)- десет пута нижу од ПТФЕ. Ваздушни јаз је веома лош топлотни изолатор. Такође дозвољава корозивној процесној течности да уђе испод облоге изазивајући испод{6}}корозију. Скривена корозија може брзо перфорирати челичну шкољку изнутра без икаквих спољних доказа.

Ризици од одвајања кошуљице или рупа
Главна разлика{0}}обложене цеви у односу на чврсти ПТФЕ је могућност механичког квара облоге. Ако се облога одлепи (подиже са челика) или развије рупу, корозивна течност долази у директан контакт са челиком. Чак и рупа може изазвати локализовану корозију и евентуални квар цеви. Због тога је обложеним цевима потребна строга контрола квалитета у производњи--обично испитивањем варница или детекцијом празника високог напона--и периодичне провере у раду.

Процеси производње
На облоге од флуорополимера се примењују многе технике:

Лабава постава (не-залепљена) приања са сметњом

Лепљење или синтеровање (за ПТФЕ) .

Ињекционо ливење или ротолинирање (у случају ПФА и ФЕП)

За максималан пренос топлоте пожељне су лепљене облоге са пуном површином.

Закључак: Два материјала комбинована за боље термичке перформансе
Челична цев обложена флуорополимером је паметан термички компромис, који користи структурну чврстоћу метала како би омогућио много тањи, а самим тим и термички ефикаснији, премаз отпоран на корозију{0}}. Пластика је лош проводник, али драстично смањење потребне дебљине – са неколико милиметара у чврстом ПТФЕ-у на мање од једног милиметра у обложеној цеви – то више него компензује. Добијена конструкција је композитна структура која има веће укупне карактеристике преноса топлоте него чврста ПТФЕ цев са-стидним зидовима, уз очување одличне хемијске отпорности.

Често је оптимална опција преноса топлоте брак два различита материјала. За челичне цеви обложене флуорополимером-, комбинација чврстоће и проводљивости челика са хемијском инертношћу ПТФЕ-а резултира компонентом која је боља од било ког материјала појединачно. Отклањање-отклањања-потенцијалног ризика од одлепљивања или рупице{5}}се решава строгим квалитетом производње и рутинском инспекцијом. Уз ове мере заштите, обложена цев нуди елегантно, термички ефикасно решење за корозивно грејање или хлађење.