Тест који је изазвао неуспех
ПТФЕ измењивач топлоте ради поуздано четири године без цурења, без проблема са перформансама и без назнака предстојећег квара. Током планираног годишњег прекида рада на одржавању, измењивач се подвргава стандардном тесту хидростатичког притиска: цеви се пуне водом, подижу притисак на 1,5 пута већи од пројектованог притиска паре (6 бара за дизајн од 4 бара) и држе се 30 минута. Средином периода задржавања, цев пукне уз гласан извештај.
Неуспех је алармантан. Како је цев која је савршено функционисала под паром могла да пропадне током теста намењеног да се провери њен интегритет? Одговор лежи у фундаменталној разлици између оптерећења паром и хидростатског оптерећења хладном водом на ПТФЕ, у комбинацији са јединственим начином на који ПТФЕ реагује на стални високи притисак на температури околине.
Разлика између паре и хидростатичког оптерећења
У раду са паром, ПТФЕ цев размењивача топлоте ради на унутрашњој температури од 130-160 степени са засићеном паром на 3-4 бара. На овој температури, ПТФЕ је дуктилан. Његово истезање при прекиду прелази 200%. Ако у зиду цеви постоји локализован дефект или танка тачка, материјал се пластично деформише, прерасподеливши напон. Цев може да се избочи - што је видљиво упозорење - али не пукне катастрофално. Ово дуктилно понашање маскира присуство дефеката током нормалног рада.
У хидростатичком тесту са хладном водом, ПТФЕ цев је на 20-25 степени. На овој температури, ПТФЕ показује фазни прелаз. Испод приближно 19 степени и поново близу 30 степени, кристална структура полимера пролази кроз конформационе промене које утичу на механичка својства. Материјал има већу чврстоћу али значајно смањену дуктилност у поређењу са понашањем на 150 степени. Дефект који би произвео бенигно испупчење на радној температури може да изазове крхко ломљење под притиском хладне воде.
Поред тога, вода је нестишљива. Када цев пукне под притиском воде, ускладиштена енергија се тренутно ослобађа док се вода под притиском шири до атмосферске запремине. Талас притиска од руптуре може оштетити суседне цеви. У раду са паром, цурење ослобађа компресибилну пару постепено, без експлозивног ослобађања енергије хидростатичког руптуре.
Табела 1: Понашање ПТФЕ цеви: парни сервис у односу на хидростатски тест
| Параметар | Стеам Сервице (4 барг, 143 степена) | Хладни хидростатски тест (6 барг, 20 степени) |
|---|---|---|
| ПТФЕ дуктилност (издужење при прекиду) | >200% | 100-150% (регион фазног прелаза) |
| Режим грешке при квару | Булгинг; спор развој цурења | Могуће крто ломљење |
| Медијум за притисак | Компресибилна пара | Нестишљива вода |
| Ослобађање енергије при квару | Постепено; пара бежи | Инстантанеоус; ефекат воденог чекића |
| Могућност откривања -постојећих оштећења | Може бити маскиран дуктилним испупчењем | Открива се руптуром при нижем напрезању |
| Опуштање од стреса током држања | Пузање опушта концентрацију стреса | Минимално опуштање; одржан стрес |
Теорија акумулације штете од пузања
Највероватније објашњење за цев која пукне током хидростатичког испитивања након година успешног рада паром је оштећење од пузања акумулирано током рада које није изазвало цурење које се може открити.
На радној температури, зид цеви доживљава обруч напрезања услед унутрашњег притиска паре. Током хиљада сати, ПТФЕ пузи-пречник цеви се полако повећава, а зид се полако стањи. Ово је нормално и узима се у обзир у животном веку пројекта. Међутим, ако постоји локализовани дефект-производна празнина, површинска огреботина од инсталације или тачка хабања изазвана подршком{5}}, брзина пузања на тој локацији је већа него у околном материјалу. Локално стањивање зидова напредује брже.
На радној температури, истањено подручје се пластично деформише под притиском. Може да се избочи напоље, формирајући мали блистер. Пошто је притисак паре умерен и ПТФЕ је дуктилан, избочина можда неће пукнути. Може се стабилизовати, са успоравањем пузања јер избочена геометрија прераспоређује напон. Измјењивач наставља да функционише.
Током хидростатичког теста, виши притисак, нижа температура (смањење дуктилности) и нестишљива вода се комбинују да би разбили избочину која је била стабилна у условима паре. Квар се појављује изненада, али штета је нагомилана током година рада.
Безбедно хидростатичко испитивање ПТФЕ измењивача топлоте
Хидростатичко испитивање ПТФЕ измењивача захтева модификације стандардне процедуре која се користи за металну опрему.
Испитни притисак не би требало да прелази 1,25 пута већи од пројектованог притиска, уместо 1,5 пута који се обично користи за метале. Нижа дуктилност ПТФЕ-а на температури околине смањује безбедну маргину надпритиска.
Медијум за тестирање треба да буде на температури изнад 25 степени да би се избегло фазно прелазно подручје ниске{1}}кости. Топла вода на 30-35 степени обезбеђује значајно побољшање дуктилности ПТФЕ током теста, док остаје безбедна за особље.
Алтернативно, пнеуматски тест коришћењем компримованог ваздуха при притиску који је 1,1 пута већи од пројектованог, уз одговарајуће мере предострожности за ускладиштену енергију, избегава енергију руптуре нестишљивог флуида док се и даље открива цурење мерењем пада притиска.
Резиме
Изненадно пуцање ПТФЕ цеви током хидростатичког тестирања након несметаног рада паром узроковано је комбинацијом дуктилности која смањује температуру хладне воде, већег тестног притиска који премашује капацитет пузајућих{0}}разређених области и нестишљиве воде која катастрофално ослобађа ускладиштену енергију. Квар открива оштећење које се постепено акумулира на радној температури, али је маскирано дуктилним понашањем ПТФЕ-а у раду са топлом паром.
Safe testing of PTFE exchangers uses reduced overpressure (1.25× design), warm water (>25 степени), или пнеуматско испитивање уз одговарајуће мере безбедности. Ове модификације спречавају кварове изазване тестирањем{2}}и истовремено верификовање интегритета границе притиска.
Инжењерске процедуре за безбедно испитивање притиска ПТФЕ измењивача топлоте доступне су након подношења пројектног притиска, спецификација материјала цеви, историје сервисирања и свих претходних резултата испитивања.
