PTFE 熱交換器チューブの楕円公差と 5 年後の破裂圧力保持率の関係は何ですか?

寿命を縮める楕円形

完全な円形の断面を持つ PTFE 熱交換器チューブは、内部の蒸気圧力を周囲に均一に分散します。{0}}フープ応力はすべての点で等しくなります。チューブは均一にクリープし、壁の薄化は予想どおりに進行します。

わずかでも楕円形のチューブでは、最小曲率半径の点に応力が集中します。フープ応力は、壁がより鋭く湾曲しているところではより高くなります。このような応力の高い場所ではクリープが加速します。-壁の薄化が不均一になる。-破裂圧力-チューブが破裂する内部圧力-は、均一壁モデルによる予測よりも早く低下します。-

初期の楕円率と長期の破裂圧力保持との関係は定量化可能です。{0}製造時に楕円度公差を指定することで、チューブが設計耐用年数全体を通じて適切な圧力容量を維持できるようになります。

楕円形による応力集中

完全な円形の薄肉管の場合、フープ応力は次のようになります: σ=P × D / (2 × t)。ここで、P は内圧、D は平均直径、t は壁の厚さです。これは標準的なバーロー式です。

楕円形のチューブの場合、最小半径の点でのフープ応力はより高くなります。応力集中係数 K は楕円率に依存し、次のように定義されます: 楕円率 (%)=(Dmax - Dmin) / Dnominal × 100。

2% の楕円率では、応力集中係数は約 1.15-、局所的なフープ応力が 15% 増加します。 5% の楕円率では、K ≈ 1.35。 10% の楕円率では、K ≈ 1.70。応力の増加により、高曲率点でのクリープが速くなります。クリープによってこれらの位置の壁が優先的に薄くなるにつれて、チューブは徐々に楕円形になっていきます。フィードバックループが加速します。

表 1: 5 年間の破裂圧力保持に対する楕円率の影響 (外径 10mm × 壁 1mm の改質 PTFE、143 度の 3 barg 蒸気)

143 度の飽和蒸気における変性 PTFE について計算された値。バージン PTFE は、クリープ速度が高いため、同じ楕円率で約 30 ～ 50% 速い薄肉化を示します。

製造楕円度仕様

PTFE チューブはペースト押出によって製造されます。押し出しプロセスでは、自然にある程度の楕円形が生成されます。押し出されたときの楕円形は、押出ダイの設計、引き取り張力、冷却速度によって異なります。-

標準的な市販の PTFE チューブの楕円率は通常 1-3% です。これは、4 barg 蒸気圧以下で動作するほとんどの熱交換器用途に適しています。高圧で使用する場合や耐用年数を延長する場合には、楕円率が 1.5% 未満のチューブを指定する必要があります。

楕円率は、各チューブに沿った複数の点でマイクロメーターまたは光学コンパレータを使用して測定されます。重要な用途では、チューブの中間点と両端の楕円率を 100% 検査することをお勧めします。測定データは材料認証文書に含める必要があります。

-サービス永続性モニタリング中

チューブの楕円率は、高応力点でのクリープにより時間の経過とともに増加します。-定期メンテナンス中にチューブの楕円率を定期的に測定することで、寿命が近づいていることを早期に警告します。楕円率が増加する傾向は、クリープが加速し、壁の薄化が不均一になっていることを示しています。-

使用中の楕円率が 5% に達すると、チューブは有効クリープ寿命の約 50～60% を消費したことになります。-交換は計画的に行う必要があります。楕円率が 8 ～ 10% に達すると、破裂圧力安全率が最小許容レベルに近づいており、直ちに交換することをお勧めします。

まとめ

チューブの初期楕円率は、PTFE 熱交換器の長期破裂圧力保持に直接影響します。{0}楕円率が 2% 未満であれば、5{6}8 年間の使用期間にわたって均一なクリープと予測可能な肉薄化が保証されます。楕円率が 3% を超えると、曲率の高い箇所での不均一な薄化が促進され、破裂圧力保持率が 5 年以内に 60～70% に低下します。{7}}

製造時に楕円度許容値を 2% 以下に指定し、サービス中に楕円度を監視することで、耐用年数の予測と交換スケジュールの定量化可能な基礎が得られます。

特定の熱交換器用途における PTFE チューブの楕円形の許容基準に関する技術仕様は、蒸気圧力、必要な耐用年数、チューブの寸法、および現在の検査手順を提出することで入手できます。