Питање{0}}Пузања високе температуре
Хемијски процес захтева континуирано загревање на 180 степени са засићеном паром од 6 бара. И ПТФЕ и ПФА (перфлуороалкокси) цеви су оцењене за континуирани рад од 260 степени. Оба су потпуно флуорована и хемијски инертна. Дизајнер измењивача топлоте мора да бира између њих на основу механичких перформанси на температури-конкретно, трајања пузања под унутрашњим притиском.
На 180 степени, стопе пузања ПТФЕ и ПФА се разликују. Разлика потиче у њиховој молекуларној архитектури. ПТФЕ је линеарни полимер ултра-високе молекуларне тежине са крутом конформацијом ланца налик штапићу{4}}. ПФА укључује перфлуоропропил винил етар комономер, који уводи кратке бочне гране које ремете кристалност и мењају одговор пузања.
Питање је квантитативно: за идентичне димензије цеви и унутрашњи притисак паре, колико радних сати сваки материјал обезбеђује пре пуцања или неприхватљиве деформације? Одговор одређује интервале одржавања и трошкове животног циклуса.
Молекуларна основа за разлику пузања
Пузање у флуорополимерима настаје клизањем молекуларног ланца. Под сталним стресом, полимерни ланци се полако растављају и клизе један поред другог. Стопа зависи од дужине ланца (молекулске тежине), крутости ланца, кристалности и присуства бочних грана које делују као сидра.
ПТФЕ има изузетно високу молекулску тежину-10⁷ до 10⁸ г/мол-и високу кристалност (50-70% за необрађен ПТФЕ, нижу за модификоване класе). Дуги, крути ланци формирају екстензивне кристалне домене који се одупиру клизању ланца. Аморфни региони, иако су способни за деформацију, ограничени су околним кристалитима.
ПФА има нижу молекулску тежину од ПТФЕ и нижу кристалност (30-45%). Бочне гране перфлуоропропил винил етра ометају кристализацију. Док бочне гране обезбеђују извесно сидрење против клизања ланца-слично функцији комономера у модификованом ПТФЕ-у – укупна нижа кристалност и нижа молекулска тежина резултирају бржим пузањем на повишеној температури.
На 180 степени, брзина пузања ПФА под једнаким обручем је приближно 2-4 пута већа од чистог ПТФЕ-а и 1,5-3 пута већа од модификованог ПТФЕ-а. Квантитативна разлика се преводи у краћи век трајања или дебље зидове цеви да би ПФА постигао еквивалентни век.
| Параметар пузања | Виргин ПТФЕ | Модификовани ПТФЕ | ПФА |
|---|---|---|---|
| Типична молекулска тежина (г/мол) | 10⁷-10⁸ | 10⁷-10⁸ (са бочним гранама) | 10⁶-10⁷ |
| кристалност (%) | 50-70 | 40-55 | 30-45 |
| Брзина пузања на 180 степени, напрезање обруча од 3 МПа (%/1000 х) | 0.08-0.15 | 0.04-0.08 | 0.12-0.30 |
| Време до 2% деформације на 180 степени, 3 МПа (сати) | 13,000-25,000 | 25,000-50,000 | 6,500-16,500 |
| Процењени радни век на 180 степени, 6 барг (година) | 1.5-3 | 3-6 | 0.8-2 |
| Дебљина зида цеви за еквивалентни 5-годишњи живот (мм, 10мм ОД) | 1.5 | 1.2 | 2.0+ |
Импликација дизајна
Брже пузање ПФА на 180 степени не искључује његову употребу-захтева дебље зидове цеви да би се смањио напон у обручу на ниво где је брзина пузања прихватљива. За дати притисак паре и потребан радни век, зид ПФА цеви мора бити 30-50% дебљи од модификованог ПТФЕ еквивалента и 15-25% дебљи од првобитног ПТФЕ.
Дебљи зид повећава цену материјала и благо смањује пренос топлоте. Ове казне се морају одмерити у односу на предности ПФА: -обрадљивост топљења која омогућава заварене спојеве, већу јасноћу и нешто бољу отпорност на замор савијања.
За апликације на 180 степени где је измењивач топлоте трајно инсталиран и механичке везе су прихватљиве, модификовани ПТФЕ обезбеђује најбољу равнотежу трајања пузања, дебљине зида и цене. ПФА је пожељан тамо где су заварени спојеви потребни за услугу ултра-високе-чистоће, а краћи век пузања се управља пројектовањем или планираном заменом.
Резиме
Модификоване ПТФЕ цеви размењивача топлоте обезбеђују 1,5-3 пута дужи век пузања од ПФА цеви на 180 степени под једнаким обручним напрезањем, због веће молекулске тежине, веће кристалности и ефекта сидрења бочних грана у модификованим класама. ПФА може да постигне еквивалентан радни век кроз повећану дебљину зида како би се смањио напон, уз казну веће цене материјала и благо смањеног преноса топлоте. За већину индустријских примена на 180 степени, модификовани ПТФЕ је механички супериоран избор.
Инжењерска подршка за избор материјала ПТФЕ у односу на ПФА при специфичним радним температурама и притисцима је доступна након достављања притиска паре, потребног века трајања, димензија цеви и захтева за чистоћом.
