Ujian Yang Menyebabkan Kegagalan
Penukar haba PTFE beroperasi dengan pasti selama empat tahun tanpa kebocoran, tiada masalah prestasi dan tiada petunjuk kegagalan yang akan berlaku. Semasa penutupan penyelenggaraan tahunan yang dijadualkan, penukar tertakluk kepada ujian tekanan hidrostatik standard: tiub diisi dengan air, bertekanan kepada 1.5 kali tekanan wap reka bentuk (6 barg untuk reka bentuk 4 barg), dan ditahan selama 30 minit. Pada pertengahan tempoh penahanan, tiub pecah dengan laporan yang kuat.
Kegagalan itu membimbangkan. Bagaimanakah tiub yang berfungsi dengan sempurna di bawah perkhidmatan wap gagal semasa ujian bertujuan untuk mengesahkan integritinya? Jawapannya terletak pada perbezaan asas antara pemuatan perkhidmatan wap dan pemuatan hidrostatik air sejuk pada PTFE, digabungkan dengan cara unik PTFE bertindak balas terhadap tekanan tinggi yang berterusan pada suhu ambien.
Perbezaan Pemuatan Stim vs Hidrostatik
Dalam perkhidmatan wap, tiub penukar haba PTFE beroperasi pada suhu dalaman 130-160 darjah dengan stim tepu pada 3-4 barg. Pada suhu ini, PTFE adalah mulur. Pemanjangannya semasa putus melebihi 200%. Jika kecacatan setempat atau bintik nipis wujud di dinding tiub, bahan berubah bentuk secara plastis, mengagihkan semula tekanan. Tiub itu mungkin timbul bonjolan-amaran yang boleh dilihat-tetapi ia tidak pecah secara besar-besaran. Tingkah laku mulur ini menutupi kehadiran kecacatan semasa operasi biasa.
Dalam ujian hidrostatik air sejuk, tiub PTFE berada pada 20-25 darjah . Pada suhu ini, PTFE mempamerkan peralihan fasa. Di bawah kira-kira 19 darjah dan sekali lagi berhampiran 30 darjah, struktur kristal polimer mengalami perubahan konformasi yang menjejaskan sifat mekanikal. Bahan ini mempunyai kekuatan yang lebih tinggi tetapi mengurangkan kemuluran dengan ketara berbanding dengan kelakuannya pada 150 darjah. Kecacatan yang akan menghasilkan benign jinak pada suhu operasi boleh menghasilkan pecah seperti rapuh di bawah tekanan air sejuk.
Selain itu, air tidak boleh mampat. Apabila tiub pecah di bawah tekanan air, tenaga yang disimpan dilepaskan serta-merta apabila air bertekanan mengembang ke isipadu atmosfera. Gelombang tekanan daripada pecah boleh merosakkan tiub bersebelahan. Dalam perkhidmatan stim, kebocoran mengeluarkan stim boleh mampat secara beransur-ansur, tanpa pelepasan tenaga letupan daripada pecah hidrostatik.
Jadual 1: Kelakuan Tiub PTFE: Perkhidmatan Stim lwn Ujian Hidrostatik
| Parameter | Perkhidmatan Stim (4 barg, 143 darjah ) | Ujian Hidrostatik Sejuk (6 barg, 20 darjah ) |
|---|---|---|
| Kemuluran PTFE (pemanjangan semasa putus) | >200% | 100-150% (rantau peralihan fasa) |
| Mod kegagalan pada kecacatan | Membonjol; perkembangan kebocoran yang perlahan | Pecah rapuh mungkin |
| Medium tekanan | Stim boleh mampat | Air tidak boleh mampat |
| Pembebasan tenaga semasa kegagalan | Berperingkat; wap keluar | serta merta; kesan tukul air |
| Kebolehkesanan kerosakan sedia ada- | Boleh bertopeng dengan membonjol mulur | Didedahkan dengan pecah pada ketegangan yang lebih rendah |
| Kelonggaran tekanan semasa ditahan | Creep meredakan kepekatan tekanan | Kelonggaran minimum; tekanan berterusan |
Teori Pengumpulan Kerosakan Rayapan
Penjelasan yang paling mungkin untuk tiub yang pecah semasa ujian hidrostatik selepas bertahun-tahun menjayakan perkhidmatan stim adalah kerosakan rayapan yang terkumpul semasa operasi yang tidak menghasilkan kebocoran yang dapat dikesan.
Pada suhu operasi, dinding tiub mengalami tekanan gelung daripada tekanan wap dalaman. Selama beribu-ribu jam, PTFE merayap-diameter tiub perlahan-lahan meningkat, dan dinding perlahan-lahan menipis. Ini adalah perkara biasa dan diambil kira dalam hayat reka bentuk. Walau bagaimanapun, jika kecacatan setempat wujud-kekosongan pembuatan, calar permukaan akibat pemasangan atau sokongan-titik haus teraruh-kadar rayapan di lokasi itu lebih tinggi daripada bahan sekeliling. Penipisan dinding tempatan berlangsung lebih cepat.
Pada suhu operasi, kawasan yang dinipis berubah bentuk secara plastik di bawah tekanan. Ia mungkin membonjol ke luar, membentuk lepuh kecil. Kerana tekanan wap adalah sederhana dan PTFE adalah mulur, bonjolan mungkin tidak pecah. Ia mungkin stabil, dengan kadar rayapan semakin perlahan apabila geometri yang membonjol mengagihkan semula tekanan. Penukar terus berfungsi.
Semasa ujian hidrostatik, tekanan yang lebih tinggi, suhu yang lebih rendah (mengurangkan kemuluran), dan air yang tidak boleh mampat bergabung untuk memecahkan bonjolan yang stabil di bawah keadaan wap. Kegagalan muncul secara tiba-tiba, tetapi kerosakan terkumpul selama bertahun-tahun perkhidmatan.
Ujian Hidrostatik Selamat bagi Penukar Haba PTFE
Ujian hidrostatik penukar PTFE memerlukan pengubahsuaian kepada prosedur standard yang digunakan untuk peralatan logam.
Tekanan ujian tidak boleh melebihi 1.25 kali tekanan reka bentuk, dan bukannya 1.5 kali biasa digunakan untuk logam. Kemuluran PTFE yang lebih rendah pada suhu ambien mengurangkan margin tekanan lampau yang selamat.
Medium ujian hendaklah berada pada suhu melebihi 25 darjah untuk mengelakkan-rantau peralihan fasa kemuluran rendah. Air suam pada 30-35 darjah memberikan peningkatan ketara dalam kemuluran PTFE semasa ujian sambil kekal selamat untuk kakitangan.
Sebagai alternatif, ujian pneumatik menggunakan udara termampat pada tekanan reka bentuk 1.1 kali, dengan langkah berjaga-jaga keselamatan yang sesuai untuk tenaga tersimpan, mengelakkan tenaga pecah bendalir tidak boleh mampat sambil masih mengesan kebocoran melalui pengukuran pereputan tekanan.
Ringkasan
Tiub PTFE pecah secara tiba-tiba semasa ujian hidrostatik selepas perkhidmatan wap yang tidak lancar disebabkan oleh gabungan suhu air sejuk yang mengurangkan kemuluran, tekanan ujian yang lebih tinggi melebihi kapasiti rayapan-kawasan yang menipis dan air tidak boleh mampat yang membebaskan tenaga tersimpan secara bencana. Kegagalan mendedahkan kerosakan yang terkumpul secara beransur-ansur pada suhu operasi tetapi disembunyikan oleh tingkah laku mulur PTFE dalam perkhidmatan wap panas.
Safe testing of PTFE exchangers uses reduced overpressure (1.25× design), warm water (>25 darjah ), atau ujian pneumatik dengan langkah keselamatan yang sesuai. Pengubahsuaian ini menghalang ujian-kegagalan yang disebabkan semasa masih mengesahkan integriti sempadan tekanan.
Prosedur kejuruteraan untuk ujian tekanan selamat penukar haba PTFE tersedia selepas penyerahan tekanan reka bentuk, spesifikasi bahan tiub, sejarah perkhidmatan dan sebarang keputusan ujian terdahulu.
