減圧弁が一時的に開かなくなった場合、PTFE 熱交換器は蒸気圧力のスパイクに耐えることができますか?{0}}

PRV 障害のシナリオ

PTFE 熱交換器に 3 barg の蒸気を供給する減圧弁が故障して開きました。- 30 秒間-オペレーターがアラームに気づき、手動で電源を遮断するまでにかかる時間です-熱交換器には 8 barg のフル ボイラー圧力がかかります。蒸気の飽和温度は 143 度から 175 度に上昇します。内圧は3倍になります。熱交換器の安全リリーフバルブは 4.5 barg で上昇しますが、蒸気流量がその容量を超え、圧力は上昇し続けます。

バルブが閉じていると、熱交換器には短時間ですが激しい過圧がかかります。問題は、PTFE 熱交換器はこの事象に耐えたか、それとも交換する必要があるかということです。

答えは、設計圧力と破裂圧力の間のマージン、過圧力の継続時間、および短期のクリープ過負荷から回復する PTFE の能力によって決まります。{0}}

破裂圧力マージン

3 barg の動作圧力用に設計された PTFE 熱交換器は、通常、4.5 barg (1.5 倍の設計) で圧力テストされ、チューブの寸法と PTFE グレードによって異なりますが、動作温度での破裂圧力は 12{7}}18 barg です。- 8 barg のスパイクは破裂圧力を下回っています。チューブは破裂しません。

懸念されるのは、即時のバーストではなく、クリープの加速です。 8 barg および 175 度では、管壁のフープ応力は設計応力の約 2.5-3.0 倍になります。クリープ速度は応力とともに指数関数的に増加します。応力が 3 倍増加すると、クリープ速度は 10 ～ 30 倍増加します。 30 秒のスパイクは、設計応力で 5 ～ 15 分に相当するクリープ寿命を消費します。

-スパイク後の回復

圧力が正常に戻った後、PTFE チューブの壁は短期間の過負荷から弾性的に回復します。-スパイク中に蓄積される追加のクリープひずみは-数百分の数パーセント-と小さく、残りの耐用年数に測定可能なほどの影響を与えることはありません。チューブを交換する必要はありません。

イベント後に交換器を検査する必要があります。目視検査により、チューブの変形、継手の漏れ、サポートの損傷の兆候がないか確認します。蒸気入口ゾーンでの超音波厚さ測定により、大幅な壁の薄化が発生していないことが確認されました。 1.25 倍の設計圧力での圧力テストにより、圧力境界の完全性が検証されます。すべての検査に合格すると、交換器は稼働に戻ることができます。

安全リリーフバルブの要件

このイベントは、適切なサイズの安全リリーフバルブの重要性を強調しています。リリーフバルブは、下流側圧力が設計圧力の 1.1 倍を超えないように、最大​​上流側圧力で全蒸気流を処理できるサイズにする必要があります。 4.5 barg で上昇しても全流量を通過できないリリーフバルブでは、保護が不十分です。リリーフバルブのサイジング計算では、蒸気供給バルブが全開、減圧バルブが故障して開き、熱負荷が最大の熱交換器という最悪のシナリオを考慮する必要があります。-

PTFE 熱交換器の場合、リリーフバルブの設定圧力は設計圧力の 1.1 倍以下である必要があり、バルブ容量は少なくとも可能な最大蒸気流量と等しくなければなりません。これにより、PRV が完全に故障した場合でも、熱交換器が有害な過圧力にさらされることがなくなります。

まとめ

PTFE 熱交換器は、PRV の開放障害による短時間の蒸気圧スパイクに耐えることができ、交換する必要はありません。{0}}破裂圧力マージン（1.5-2.25×）によりチューブの破裂を防ぎます。 8 barg での 30- 秒のスパイクによって消費されるクリープ寿命は、通常の動作のわずか数分に相当します。イベント後の検査（目視、超音波、圧力テスト）により、継続的なサービスに適しているかどうかを確認します。{9}}このような事態が発生した際の圧力を制限するには、適切なサイズの安全リリーフバルブが不可欠です。

PTFE 熱交換器の圧力保護設計のエンジニアリング サポートは、設計蒸気圧力、上流ボイラー圧力、蒸気流量、および現在のリリーフ バルブの仕様を提出すると利用できます。