PTFE 熱交換器チューブの曲げ部分での局所的な肉薄化の原因と、曲げ半径の仕様によってそれを防ぐ方法は何ですか?

曲がり角の薄化

メンテナンス担当者は、5 年間使用した後に PTFE 熱交換器を取り外します。超音波厚さ測定により、チューブの壁が直線部分で仕様の範囲内にあり、元の 1.00 mm に対して 0.95-1.00 mm であることがわかりました。ただし、曲がり部分では外壁の厚さは 0.70-0.75mm となり、25 ～ 30% 減少します。曲がり角は生命を制限する場所です。

曲げ部分の壁の薄化は、高温での長期クリープと組み合わされた曲げプロセスの予測可能な結果です。{0}}曲げ中、チューブの外壁は、曲げの外側のより長い円弧長に対応するために伸びます。体積を節約するために壁は薄くなります。内部蒸気圧力下の動作温度では、薄くなった外壁は厚い直線部分よりも速くクリープし、時間の経過とともに厚さがさらに減少します。

曲げ半径によって初期の薄肉化が決まります。曲げがきつくなると、より薄くなります。設計時に最小曲げ半径を指定すると、初期の過度の薄肉化が防止され、その後のクリープ速度が耐用年数全体にわたって許容可能なレベルに制限されます。

曲げひずみと減肉の関係

直管を曲げると、外側の円弧の長さが内側の円弧の長さを超えます。曲がりの外側の素材は伸びる必要があります。内側の素材が圧縮されます。外面のひずみは ε=r / R です。ここで、r はチューブの外径、R は曲げ中心線の半径です。

曲げ後の壁の厚さは、一定の体積変形を仮定すると、およそ t_bent=t_original / (1 + ε) です。半径 R=150mm に曲げられた外径 10mm のチューブ (r=5mm) の場合、外側の繊維のひずみは 5/150=3.33% です。外側の曲がり部分の壁の厚さは 1,000 mm から約 0.968 mm に減少します-。これは 3.2% の減少です。

R=100mm でのよりきつい曲げの場合、ひずみは 5/100=5% になります。壁は 0.952 mm まで薄くなり、-4.8% 削減されます。

内部圧力下の動作温度では、薄肉部分のクリープ速度は全厚の直線部分よりも高くなります。{0}}時間の経過とともに薄化は加速します。曲げによる初期の 3 ～ 5% の薄化は、長年の使用後には 15 ～ 30% の薄化になる可能性があります。

表 1: PTFE 熱交換器チューブの曲げ半径と薄肉化 (外径 10mm × 肉厚 1mm)

楕円化の追加

曲げると外壁が薄くなるだけでなく、チューブの断面が楕円形になります。-チューブは曲がり部分でわずかに楕円形になり、短軸が曲がり面にあります。楕円形により、内圧によるフープ応力が最大曲率点に集中し、クリープがさらに加速されます。

推奨される最小半径 25D まで曲げられたチューブは、楕円率が 5% 未満に維持されます。曲げがきつくなると、より大きな楕円形が生成されます。壁の薄化、楕円形、応力集中の複合的な影響により、曲げ部分は耐用年数を決定する上で重要な位置となります。

予防設計仕様書

主な予防策は、チューブ外径の 25 倍の最小曲げ半径を指定することです。-これはねじれ防止に推奨される半径と同じです。この半径により、初期の薄化が 2% に制限され、楕円率が 5% 未満に保たれます。

曲げは、製造後に合否ゲージと超音波厚さ測定を使用して検査する必要があります。{0}曲げ外側半径における最小肉厚は、将来の比較のベースラインとして文書化する必要があります。

サービス中は、超音波厚さ測定プログラムに曲げを含める必要があります。公称壁 1.0 mm に対して壁の厚さが 0.75 mm 未満を示す曲げは、交換を計画する必要があります。

まとめ

PTFE 熱交換器チューブの曲げ部分での局所的な壁の薄化は、曲げ時の外壁の伸びに起因し、動作温度および圧力下で薄化部分のクリープが加速されることによってさらに悪化します。推奨される最小曲げ半径はチューブ直径の 25 倍で、初期の薄肉化は 2% に制限され、許容可能な長期クリープ性能が得られます。-

曲げがきつくなると、それに比例して薄さが大きくなり、耐用年数が短くなります。製造後および使用中の曲がり部分での超音波厚さ測定により、交換を決定するための定量的なデータが得られます。-

PTFE チューブの曲げおよび検査に関する技術仕様は、チューブの寸法、曲げ半径、動作温度と圧力、および必要な耐用年数を提出すると入手できます。