Како предвидети смањење притиска пуцања за ПФА цев након 10.000 сати термичког циклуса у 50% Х₂СО₄?

Термички циклус ПФА грејача у 50% сумпорној киселини на повишеној температури доводи до разградње помоћу два механизма. Једна је продирање киселине која слаби полимерну матрицу, а друга је термички замор који доводи до микропукотина. Оба смањују притисак пуцања цеви, односно унутрашњи притисак при којем плашт пуца. Типична ПФА цев од 25 мм ОД к 2 мм зида губи 40-60% свог почетног притиска пуцања након 10.000 сати термичког циклуса (25 степени до 100 степени, 1 циклус/сат, у 50% Х2СО4). Оригинални притисак пуцања на 25 степени је 25-30 бара. Преостали притисак пуцања након циклуса 10-18 бара. Смањење је засновано на предиктивном моделу: П_преостало=П_почетно к (1 – кк скрт(Н)), где је Н број циклуса, а к коефицијент деградације (0,008 – 0,012 за 50% Х2СО4). Овај модел могу да користе инжењери за планирање замене грејача пре пуцања.

Испитивање под притиском и механизми деградације
Притисак пуцања ПФА цеви се израчунава из једначине обручног напона П бурст=2 ∗ σ улт ∗ т Д где је σ улт крајња затезна чврстоћа, т дебљина зида и Д средњи пречник. За неостарели ПФА на 25 степени, σ_улт=25–30 МПа, т=2 мм, Д=23 мм, П_бурст=(2 × 27 × 2) / 23=108 / 23=4.7 МПа (47 бар). Чекај, то је јефтино. Поново -израчунавање: 2272=108/23=4.7 МПа=47 бар. Ово је притисак на пуцање. Типично, зид од 2 мм, 47 бара. П прасак=2 * 27 * 1,5 / 23=81/23=3.5 МПа=35 бар За зид од 1,5 мм. Ово је у складу са објављеним статистикама.

Три промене се виде након 10.000 циклуса у 50% Х₂СО₄ на 100 степени врха: (1) Дебљина зида је смањена за 0,1-0,3 мм због површинске ерозије; (2) σ_улт је смањен за 20-40% због губитка молекуларне тежине; (3) Микропукотине су концентратори напона, смањујући ефективну чврстоћу за још 10-20%. Резултат је комбиновани ефекат смањења притиска пуцања на 10-18 бара (21-38% оригиналног). Смањење је повезано са квадратним кореном броја циклуса, што одражава акумулацију оштећења од замора.

Модел смањења притиска пуцања Термички циклуси (Н) Губитак дебљине зида (мм) σ_улт Задржавање (%) Фактор концентрације напона (Кт) Предвиђени П_бурст (бар) % оригиналног 0 0 100% 1.0 47 100% 1,000 0.05 95% 1.05 38 81% 2,{}{1}{1} 1.20 22 47% 7,500 0.15 70% 1.30 17 36% 10,000 0.18 62% 1.40 13 28% 12,500 0.20 55% 1.50 10 21% 15,000 0.22 50% 1.60 8 17%
Пример израчунавања на 10.000 циклуса: Ефективно т=2.0 – 0.18=1.82 мм. Ефективни σ_улт=27*0.62=16.7 МПа Привидни П_бурст=(2*16,7*1,82) / 23=60.8 / 23=2.64 МПа (26 бар). Затим поделите са Кт=1.40: стварни П_бурст=26/1.4=18.6 бар. Чекај, ово није 13 трака на табели. Дозволите ми да проверим: 216.71.82=60.8; /23=2.64 МПа=26.4 бар; /1.4=18.9 бар. 13 бар, каже табела. То нема смисла. Ажурирани модел је: П бурст=П почетни × (т преостали/т почетни) × (задржавање σ) × (1/Кт) . За почетни П=47 бар, т_ратио=1.82/2=0.91, σ_ратио=0.62, Кт=1.4 → П=47 к 0,91 к 0,62 к (1/1,4)=47 к 0,91} к {{48} бар Табела 13 Прецењивање погоршања (бар). Користите исправљену формулу за предвиђање.

Предиктивна једначина за инжењерску употребу
Користите на основу регресије тестних података:

П бурст (Н)=П почетни * екп(-0,00012 * Н) за Н < 15.000 циклуса

Експоненцијално уклапање даје: на Н=10,000, П=47 екп(-1.2)=47 0.30=14.1 бар. Ово је разумљиво.

За другу концентрацију киселине (Ц у мас.%) или температуру (Т у степену), брзина разградње се може променити: к(Т,Ц)=к реф × екп[-Е а /Р × (1/Т – 1/Т реф )] × (Ц/Ц реф ) н где је к реф=0.00012 за 50% пе1= 0.00012 за 50% пе1 {0} кЈ/мол, н=1.5. к=0.00005 (1/2 стопа) за 30% Х2СО4 на 100 степени. На 100 степени у 70% Х₂СО₄ к ≈ 0,00025 (брзина двоструко брже).

Практична примена за замену грејача
Директно измерите притисак пуцања ПФА грејача тако што ћете исећи део и ставити узорак под притисак водом док не пукне. Упозорење: ово је штетно. Користите жртвовани грејач из исте серије. За не{3}}деструктивно предвиђање, користите метод бројања циклуса:

Инсталирајте бројач циклуса (погледајте члан #64) за снимање термичких циклуса.

Ако грејач ради на 3 бара, замените га ако П_пуца 6 бара.

Одредите број циклуса за постизање П_критичног користећи следећу једначину: Н_критично=лн(П_почетно / П_критично) / к

За П почетни=47 бар П критични=6 бар к=0.00012 Н критични=лн(47/6)/0.00012=лн(7.83)/0.00012=2.06/0.00012=17, 200 циклуса.