PTFE 熱交換器は、オペレーターが蒸気を作動させる前にタンクに水を入れるのを忘れた場合の偶発的な空焚き火災状況に耐えることができますか?{0}}

忘れられた戦車

保守技術者が硫酸酸洗槽の週末修理を完了しました。タンクの水が抜かれています。トラブルシューティング中に蒸気供給バルブが開いたままになっており、4 barg の蒸気が PTFE 熱交換器に流入します。月曜日の朝、最初の当直オペレーターはタンクのレベルを確認せずに蒸気システムを作動させました。- PTFE コイルは、エラーが発見されるまで約 90 分間、空気中で最高の蒸気温度で動作します。

同じ条件下のステンレス鋼コイルは表面温度が 143 度に達し、急速に酸化します。熱膨張により、溶接接合部に設計限界を超える応力が発生します。タンクに充填すると、冷たい酸が過熱した金属に衝突し、深刻な熱衝撃を引き起こす可能性があります。

石英ヒーターは、143 度の表面に接触する冷たい液体の熱衝撃で砕け、破片がタンク内に飛散する可能性があります。

PTFE コイルはどうなりますか?答えは、到達温度、曝露時間、サポート システムの設計によって異なります。{0}PTFE は 260 度まで熱的に安定しているため、化学的劣化メカニズムには依存しません。

乾式-火災の熱プロファイル

4 barg の蒸気は 152 度で凝縮します。 PTFE 熱交換器が液体ではなく空気中で動作すると、熱伝達メカニズムが劇的に変化します。外部熱伝達係数は、撹拌された酸中での約 600 W/m²・K から、静止空気中での約 10 ～ 25 W/m²・K まで低下します。管壁温度は通常の 70 ～ 90 度 (液体中) から上昇し、蒸気飽和温度の 152 度に近づきます。

PTFE は 152 度で、連続使用定格の 260 度の範囲内に十分収まります。化学的な劣化は起こりません。溶けません。分解はありません。材料はその構造的完全性を完全に保持します。

懸念されるのは PTFE 自体ではなく、サポート システムです。支持枠がPVDF（連続使用限界150度）の場合、軟化や歪みが生じる場合があります。サポート クランプが金属製で締めすぎると、軟化した PTFE チューブがへこむ可能性があります。-適切に設計された PTFE 熱交換器は、可能な最大蒸気温度に対応した PTFE または高温 PVDF サポートを使用しており、オペレータのミスを防止します。-

表 1: 熱交換器の材質別の乾式-火災生存性の比較 (4 barg 蒸気、152 度、空気中に 90 分間曝露)

サポート システム: 制限要因

PTFE チューブ自体は乾燥火災にも損傷なく耐えられます。-サポート プレート、フレーム、ヘッダーの接続によって、コイルをすぐに使用できるかどうか、または修理が必要かどうかが決まります。

260 度の連続使用に耐えられる PTFE サポート プレートは、152 度の暴露による影響を受けません。 150 度の定格の PVDF サポート プレートは、特にチューブの重量による機械的負荷がかかると、152 度で軽度の歪みが発生する可能性があります。冷却後、加熱チューブが損傷していない場合でも、PVDF はサポートの交換が必要となる永久変形を示す場合があります。

金属サポートフレームを使用する場合、PTFE チューブとは異なる速度で膨張します。 90 分間の高温暴露中の膨張差により、チューブとサポートの隙間が緩む可能性があります。{{3}冷却後、PTFE チューブは弾性的に収縮するため、クリアランスは正常に戻ります。

ヘッダー接続-通常は圧縮継手またはフレア継手-）は、熱サイクル後にトルクが緩和していないか検査する必要があります。 PTFE コールドフロー-は、高温での持続的な圧縮下で流れます。室温で正しくトルクをかけられた継手でも、152 度で数時間経過すると圧縮が失われる可能性があります。空焚き事故が発生した場合は、-トルクを締め直すことが賢明な予防策です。-

設計によるオペレータのエラー保護

最も効果的な乾式防火は手順に基づいて行います。蒸気を作動させる前にタンクを満水にしてください。手続き型制御が失敗した場合、設計機能により多層防御が提供されます。

蒸気制御バルブに配線されたレベル インターロック スイッチは、タンクのレベルがコイルよりも低い場合に蒸気の流れを防ぎます。これは主に設計された安全装置です。代替案としては、蒸気圧力-制限バルブを設定して蒸気飽和温度をサポート システムの最大定格未満に制限することで、レベル インターロックがバイパスされた場合でも熱保護を提供します。-

PTFE 熱交換器の場合、材料固有の耐熱性により 3 番目の保護層が提供されます。手順上の安全装置と主に設計された安全装置の両方が失敗した場合でも、コイルはイベントを生き延びます。この固有の安全マージンは、一般的な熱交換器材料の中でも PTFE に特有のものです。

まとめ

PTFE 熱交換器は、フルオロポリマーの 260 度の連続使用定格が 152 度の蒸気飽和温度を超えるため、空のタンク内での蒸気の活性化による偶発的な空焚き状態にも耐えられます。{0}}チューブ自体は交換の必要がありません。サポート システム-が PTFE または適切に評価された PVDF コンポーネントで指定されている場合-も同様に存続します。

イベント後の主なアクションは、サポート プレートの歪みの検査、ヘッダー接続のトルクの締め直し、曝露中にコイル表面に異物が溶けていないことの確認です。-回復時間は、交換にかかる日数ではなく、検査の分単位で測定されます。

乾式{0}}耐火-PTFE 熱交換器設計に関するエンジニアリング上の推奨事項は、可能な最大蒸気圧力、サポート材料の仕様、既存のレベル インターロック システムの詳細を提出すると入手できます。