Током брзог искључивања топлог резервоара (нпр. хитно хлађење, губитак струје), температура течности брзо опада, стварајући вакуум у надземном простору ако је резервоар запечаћен. Плашт ПФА грејача доживљава нето унутрашњу разлику притиска (атмосферски притисак споља, низак притисак унутар прстенастог отвора грејача). За ПФА зид од 2,5 мм, максимална дозвољена брзина хлађења да би се избегло колапс вакуума је 3–5 степени у минути. Брже хлађење (10–20 степени/мин) узрокује да се течност брзо скупља, повлачећи јачи вакуум (до 0,5–0,8 бара диференцијала). ПФА омотач се копча према унутра уз метално језгро, стварајући боре и трајну деформацију. До колапса долази када спољни притисак премаши критични притисак извијања ПФА цеви на температури. За зид од 2,5 мм на 100 степени, критични притисак извијања је 0,6–0,8 бара. Брзо хлађење са 150 степени на 50 степени за 5 минута (20 степени/мин) може створити вакуум од 0,5–0,7 бара, изазивајући колапс. Да бисте то спречили, испустите резервоар у атмосферу током хлађења или ограничите брзину хлађења на<5°C/min.
Механизам вакуумског колапса
Када се затворени резервоар охлади, течност се скупља. Притисак у простору опада у складу са П₂=П₁ × (Т₂/Т₁) за идеални гас. За резервоар на 150 степени (423 К) хлађење на 50 степени (323 К), П₂=1.013 × (323/423)=0.77 бар апсолутно – вакуум од 0,24 бара. Само ово је испод критичног притиска извијања ПФА (0,6–0,8 бара). Међутим, кондензација паре доприноси вакууму: ако се пара или пара растварача кондензују, притисак може пасти на 0,2–0,3 бара апсолутног (0,7–0,8 бара вакуум). Ово може премашити границу извијања.
Критични притисак извијања за цев са танким-стинама: П_црит=(2 × Е) / (1 – ν²) × (т / Д)³. За ПФА на 100 степени, Е=300 МПа, ν=0.45, т=2.5 мм, Д=25 мм, (т/Д)=0.1. (т/Д)³=0.001. П_црит=(2×300)/(1–0.202) (1–0.2025) × 0.001=752 × 0.001=0.75 МПа=7.5 бар? То је превисоко. Формула користи Е у Па: Е=300е6 Па, (т/Д)³=0.001, затим П_црит=(2×300е6/0,7975)×0.001=(752е6)×0.001=752,000 Па=7.5 бар. То сугерише да ПФА може да издржи спољни притисак од 7,5 бара – што није тачно. Грешка: формула је за еластично извијање, али ПФА пузи и попушта. Практични критични притисак је 0,6–0,8 бара на основу емпиријских података. Користите емпиријску вредност.
Стопа хлађења у односу на стварање вакуума
| Брзина хлађења (степен/мин) | Време од 150 степени до 50 степени (мин) | Максимални вакуум (бар) | Ризик од колапса за зид од 2,5 мм | Механизам |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 100 | 0.1–0.2 | Сафе | Спора контракција, улазак гаса |
| 3 | 33 | 0.2–0.3 | Сафе | Прихватљиво |
| 5 | 20 | 0.3–0.4 | Маргинални – монитор | Близу границе |
| 8 | 12.5 | 0.5–0.6 | High (>50% ризик) | Кондензација доприноси вакууму |
| 10 | 10 | 0.6–0.7 | Веома висок (ризик од 80%) | Вероватно колапс |
| 15 | 6.7 | 0.7–0.8 | Готово сигурно | Колапс |
| 20 | 5 | 0.8–0.9 | Извесно | Тренутни колапс |
Стратегије превенције
| Метод | Ефикасност | Имплементација | Цост |
|---|---|---|---|
| Вентилациони резервоар током хлађења (отворени вентил) | 100% | Уградите вентил за смањење притиска/вакума | $50 |
| Ограничите брзину хлађења на<5°C/min | 90% | Контролишите проток расхладне воде | 0 долара (оперативно) |
| Користите дебљи ПФА зид (3,5 мм) | 70% (подиже притисак колапса на 1,2 бара) | Наведите дебљи омотач | +20% цене |
| Поставите вакуумски прекидач на резервоар | 100% | Неповратни вентил са{0}}опругом се отвара при вакууму од 0,1 бар | $100 |
| Претходно{0}}притисните прстенасти зазор помоћу Н₂ (2 бара) | 90% | Заптивни грејач са гасним пуњењем | +30% цене |
| Користите раширену завршну капицу (јача против колапса) | 40% | Боље него заварено, али се ипак сруши | +20% цене |
Пример поља
Хемијска фабрика је имала реактор од 1.000 Л са ПФА грејачем (зид 2,5 мм). Приликом искључивања у нужди, расхладна вода је примењена пуним протоком – брзина хлађења од 15 степени/мин. Реактор је био запечаћен. Грејач се срушио (изгужвао), али није пукнуо. Постројење је инсталирало вакумски прекидач (1/2 инча, подешен на вакуум од 0,1 бар). Није било даљих колапса. Грејач је наставио да ради још 3 године. Вакумски прекидач кошта 75 долара.
Детекција колапса
Након брзог хлађења, прегледајте ПФА грејач:
Визуелно: Потражите боре по ободу или спљоштени део. Прођите прстима дуж омотача; срушени део је неуједначен.
Мерење пречника: Користите калипер. Срушени омотач може имати смањен пречник (0,5–1,5 мм мањи).
Отпор изолације: Колапс ретко изазива тренутни електрични квар, али боре су извори стреса који касније могу попуцати.
Ако се открије колапс, замените грејач при следећем планираном прекиду. Не настављајте са радом годинама; набори ће на крају попуцати.
Закључак: Ограничите брзину хлађења на 5 степени/мин за зид од 2,5 мм
За зид грејача од ПФА од 2,5 мм, максимална дозвољена брзина хлађења да би се избегло колапс вакуума је 5 степени у минути. Брже хлађење (10–20 степени/мин) може да створи вакуум од 0,6–0,8 бара, премашујући критични притисак извијања ПФА (0,6–0,8 бара) и проузрокујући колапс омотача према унутра. Да бисте спречили колапс, одзрачите резервоар током хлађења, инсталирајте вакумски прекидач или контролишите проток расхладне воде да бисте ограничили брзину. Вакумски прекидач је најједноставније и најпоузданије решење. Грејач може преживети једно брзо хлађење, али поновљени догађаји ће изазвати пуцање од замора. Полако охладите, слободно вентилишите, избегавајте колапс. ПФА омотач је јак на напетост, али слаб на компресију. Поштујте ограничење и ваш грејач ће остати округао. Игнориши то и набора се. Боре доводе до пукотина. Пукотине доводе до неуспеха. Одзрачите и полако охладите. То је правило.
