Какав је ефекат брзог смањења притиска на ПФА грејач који је радио на 2 бара?

У системима под притиском као што су аутоклави, реактори под притиском или затворени резервоари, ПФА грејачи су дизајнирани да функционишу са унутрашњим притиском који се изједначава са системом. Током брзог смањења притиска система (вакуумски прекид или вентил за хитне случајеве) разлика притиска преко ПФА омотача је обрнута. У нормалним условима рада на 2 бара (абс) притисак у грејачу (простор између ПФА и језгра) је приближно једнак притиску система. Ако се брзо одзрачи на 1 бар (атмосферски), системски притисак ће ићи на 1 бар, али притисак у прстену грејача може остати на 2 бара од неколико секунди до минута, у зависности од пропусности и путања вентилације. Ово узрокује разлику притиска до 1 бар (14,5 пси) изнутра ка споља, стављајући ПФА омотач у обруч. За ПФА грејач са спољашњим делом од 25 мм и зидом од 2 мм, разлика од 1 бара даје обручни напон=ПД / (2 т)=0.1 25 / (2 2)=2.5 / 4=0.625 МПа, знатно испод затезне чврстоће ПФА (12–15 МПа). Дакле, један инцидент са депресуризацијом није катастрофалан. Међутим, поновљено брзо смањење притиска (стотине циклуса) узрокује пуцање од замора. Ефекат је кумулативан, микропукотине се појављују на контакту након 500-2.000 циклуса напредујући до пермеације и евентуалног квара.

Разлике напрезања и притиска при смањењу притиска
Примарни процес није напрезање обруча због разлике притиска, већ брзо хлађење које обично прати смањење притиска. Адијабатско ширење и хлађење ће се десити током смањења притиска у парној или парној служби. Ако је систем засићена паром од 2 бара (120 степени), брзо одзрачивање на 1 бар одмах смањује температуру на 100 степени (преко експанзије). ПФА грејач на 120 степени добија топлотни удар од 20 степени. Комбинација разлике у притиску (0,625 МПа напрезање обруча) и термичког удара (температурни градијент кроз зид) узрокује већи вршни напон на ПФА{11}}металном интерфејсу. Гашење од 20 степени са диференцијалом притиска од 1 бар-приближавајући се граници замора доводи до максималног напрезања од 3-5 МПа коришћењем анализе коначних елемената.

За системе без{0}}паре (само за течност) смањење притиска се не хлади јер су течности скоро нестишљиве. Међутим, растворени гасови могу да исцуре из раствора и да произведу мехуриће који се урушавају на површини ПФА (кавитација). Кавитациона ерозија (видети члан #13) је деструктивнија од саме разлике притиска.

Најгори случај је брзо смањење притиска топлог засићеног система у којем је ПФА апсорбовао воду или киселу пару. Како притисак пада, апсорбоване испарљиве супстанце бљескају у пару унутар ПФА зида, стварајући унутрашње пликове (погледајте члан #61). На 120 степени, ПФА засићен водом је подложан стварању пликова при разлици од 1 бар.

Резиме ефеката по типу система
Тип система Радни услови Стопа смањења притиска Примарна напрезања ПФА Механизам оштећења Отказивање критичних циклуса
Само течност (без гаса у раствору) 2 бара, 80 степени брзо (<1 sec) Hoop tension 0.6 MPaNone (too little tension) >10.000 (умор није значајан)
Течност са раствореним ваздухом 2 бара, 80 степени Брза кавитација испуштањем гаса Површинска удубљења 1.000–5.000
Засићена пара 2 бара, 120 степени брзи термални шок (20 степени) + обруч Замор интерфејса 500–2.000
Superheated water (>100 степени ) 2 бара, 120 степени Брзо треперење до паре у ПФА Унутрашњи мехурићи 200–1000
Паре киселине + пара 2 бара, 130 степени Брза пермеација киселе паре трепери + топлота Мехурићи + пуцање 100–500
Било који са ПФА натопљеним прожетим Било којим унутрашњим стварањем паре БлистингСатуратед: једно-догађај
Квантификација ефекта поновљене депресуризације
Пример: ПФА грејач у режиму засићене паре на 120 степени, 2 бара, 10 брзих смањења притиска дневно. (нпр. дневни циклуси серије са вентилацијом) Очекивани животни век:

Без смањења притиска: основни животни век 5-8 година (термички циклус)

Са декомпресијом: Живот 1-3 године

Смањење је последица комбинације топлотног удара (због адијабатског хлађења) и напрезања обруча. Ако је пара прегрејана (нема течне воде), хлађење је мање озбиљно јер се не ослобађа латентна топлота. Прегрејана пара на 150 степени, 2 бара, хлађење на 120 степени при смањењу притиска (смањење од 30 степени) ће изазвати додатни топлотни стрес.

Брза смањење притиска има мали утицај на системе само за течност (без паре). Напрезање обруча од 0,6 МПа је знатно испод 5-10 МПа типичних за термички циклус. Главни напон је узрокован диференцијалним ширењем при загревању/хлађењу, а не притиском.

Смањење притиска-Ублажавање система склоних
Ако се брзо смањење притиска не може избећи, урадите следеће:

Повећајте време вентилације са 1 секунде на 30-60 секунди, полако одзрачивање. Ово елиминише топлотни шок и омогућава ПФА да изједначи притисак без стреса.

Инсталирајте вод за изједначавање притиска. Повежите прстенасту област између ПФА и језгра на системски притисак помоћу цеви са малим отвором. Ово избегава разлику притиска током одзрачивања.

Идите дебљи ПФА: 2,5-3,0 мм зид =, односно мања напетост обруча. За напрезање зидног обруча од 3 мм на 1 бар=0.1 к 25 / 2 к 3=0.42 МПа – чак и мање.

Осушите ПФА: Ако ПФА није засићен водом или киселином, неће доћи до треперења. Ако се ради о редовном смањењу притиска, одржавајте грејаче сувим и избегавајте дуготрајно урањање у течности које продиру.

Check post-events: Check the insulation resistance after any fast depressurisation. Damage is indicated by drops >20%

Пример на терену
Фармацеутски реактор који користи ПФА грејаче у паром{0}}загрејаној посуди под притиском на 120 степени, 2 бара. Циклус се састојао од брзог смањења притиска (5 с) на крају сваке серије (10 серија/дан). Грејачи су отказивали сваких 8-12 месеци због сагоревања на површини ПФА. Фабрика је модификовала циклус тако да одзрачи преко 60 секунди. Нема пликова, а век трајања грејача је 4+ година. Додатних 55 секунди сваке серије (10 минута дневно) је било подношљиво. Иначе, ништа се није променило.

Закључак: Брза депресуризација само оштећује ПФА у парној служби
ПФА грејачи нису веома осетљиви на брзо смањење притиска од 2 бара у случају система само за течност (напон обруча 1 МПа знатно испод границе замора). У раду са засићеном паром или паром, топлотни удар (20–30 степени), унутрашње треперење пенетрираних испарљивих материја и напрезање обруча доводе до замора, пуцања и стварања пликова након 500–2.000 циклуса, ограничавајући живот грејача за 50–80%. Одзрачивање треба да се врши нежно (30-60 секунди) како би се избегло оштећење ПФА. Додајте водове за изједначавање притиска или суви ПФА пре рада под притиском. Ако ваш систем брзо пропушта ваздух и има пару или вруће паре, претпоставите да је ваш ПФА грејач оштећен. Тестирајте, смањите или прихватите смањени животни век. Проблем је пара, а не притисак. Контролишите пару, контролишите штету.