The Thermal Cycling Extreme
ไลน์การชุบฮาร์ดโครมทำงานสองกะต่อวัน แผ่นกะเช้า 55 องศา . จากนั้นอ่างอาบน้ำจะถูกทำให้เย็นลงถึง 30 องศาสำหรับกระบวนการช่วงบ่ายโดยใช้ถังเดียวกัน เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE ส่งไอน้ำที่ระดับ 4 barg เพื่อให้ความร้อน จากนั้นรับน้ำเย็นที่อุณหภูมิ 7 องศาเพื่อระบายความร้อน อุณหภูมิผนังท่อเปลี่ยนแปลงจากประมาณ 140 องศาถึง 10 องศาแล้วกลับมาอีกครั้ง-วันละสองครั้ง 600 ครั้งต่อปี 6,000 ครั้งต่อทศวรรษ
การดำเนินการนี้ไม่คงที่-และมีการปิดระบบเป็นครั้งคราว เป็นการหมุนเวียนด้วยความร้อนซ้ำๆ โดยเจตนาที่ระดับการออกแบบกระบวนการ ตัวแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE จะต้องได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับบริการแบบวนนี้ การออกแบบมาตรฐานสำหรับหน้าที่ให้ความร้อนอย่างต่อเนื่องจะสะสมความเสียหายจากความล้าในอัตราเร่ง
กลไกความล้าจากความร้อน
การเปลี่ยนการให้ความร้อน-ไปเป็น-การทำความเย็นแต่ละครั้งจะทำให้เกิดวงจรความเครียดจากความร้อนที่สมบูรณ์บนท่อ PTFE เมื่อท่อร้อนที่อุณหภูมิ 140 องศาสัมผัสกับน้ำเย็นที่ระดับ 7 องศา พื้นผิวด้านนอกจะหดตัวอย่างรวดเร็วในขณะที่ผนังด้านในยังอุ่นอยู่ต้านทานการหดตัว ความเค้นแรงดึงผ่านความหนาชั่วคราว-เกิดขึ้นที่พื้นผิวด้านนอก
PTFE รองรับความเครียดนี้ผ่านการคลายตัวแบบยืดหยุ่นหนืด-โดยโซ่โพลีเมอร์จะจัดเรียงใหม่เพื่อคลายความเครียด การผ่อนคลายนี้เกิดขึ้นภายในไม่กี่นาที หากการเปลี่ยนผ่านความร้อนช้ากว่าเวลาผ่อนคลาย ความเค้นจะยังคงต่ำ หากการเปลี่ยนแปลงรวดเร็ว ความเค้นอาจเกินความแข็งแกร่งในระยะสั้น-ของวัสดุ
การปั่นจักรยานซ้ำๆ แม้ที่ความเครียดต่ำกว่าเกณฑ์ความล้มเหลวในทันที ก็ยังสะสมความเสียหายจากความเมื่อยล้า ใน PTFE ความล้าจะแสดงออกมาในรูปแบบโมฆะขนาดเล็ก-และการเจริญเติบโต ไม่มีการแตกร้าวแหลมคมเหมือนในโลหะ ช่องว่างระดับไมโคร-จะรวมตัวกันเป็นพันๆ รอบ ส่งผลให้ความหนาแน่นและคุณสมบัติทางกลของวัสดุลดลง ผนังบางเร็วขึ้น การรั่วไหลเกิดขึ้นในที่สุด
ตารางที่ 1: เกณฑ์การออกแบบการปั่นจักรยานด้วยความร้อนสำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE ในบริการสลับ
| เกณฑ์การออกแบบ | การออกแบบเครื่องทำความร้อนอย่างต่อเนื่อง | การทำความร้อนแบบวงจร-การออกแบบการทำความเย็น | เหตุผลสำหรับการเปลี่ยนแปลง |
|---|---|---|---|
| ความหนาของผนังท่อ | มาตรฐาน 1.0 มม | ขั้นต่ำ 1.5 มม | อายุความเหนื่อยล้าปรับขนาดตามความหนาของผนัง |
| การควบคุมอัตราการเปลี่ยน | ไม่สามารถใช้ได้ | วาล์วทางลาดอัตโนมัติ สูงสุด 5 องศา/นาที | ป้องกันความเครียดจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ |
| บทบัญญัติการขยาย | วนซ้ำมาตรฐานหรือไม่มีเลย | ลูปส่วนขยายภาคบังคับในทุกรอบ | รองรับช่วงการขยายสองเท่า |
| ชนิดรองรับท่อ | แผ่นนำแข็ง | เส้นนำแบบมีเส้นยาง- | ลดการเกิดเฟรตที่จุดรองรับระหว่างการปั่นจักรยาน |
| การเชื่อมต่อที่หลากหลาย | การบีบอัดมาตรฐาน | เสริมแรงอัดด้วยส่วนหางที่ยืดหยุ่น | ดูดซับการเคลื่อนที่ของท่อร่วมแบบไซคลิก |
| การเปลี่ยนน้ำคอนเดนเสท/น้ำเย็น | วาล์วแยกแบบแมนนวล | ดับเบิ้ล-บล็อก-และ-ตกเลือดอัตโนมัติ | ป้องกันการปนเปื้อนข้าม-; ช่วยให้ระบายน้ำได้สมบูรณ์ระหว่างรอบ |
| วงจรชีวิตการออกแบบ | ไม่ระบุ | 10,000+ รอบความร้อนเต็ม | บริการ 15+ ปีที่ 600 รอบ/ปี |
| ข้อมูลจำเพาะของกับดักไอน้ำ | กับดัก F&T มาตรฐาน | F&T พร้อมช่องระบายความร้อน การระบายความร้อนต่ำ | จัดการการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วจากโหมดทำความเย็นเป็นโหมดทำความร้อน |
การเปลี่ยนคอนเดนเสทและน้ำเย็น
การเปลี่ยนจากโหมดทำความร้อนไปเป็นโหมดทำความเย็นจำเป็นต้องไล่ไอน้ำและคอนเดนเสทออกจากท่อก่อนที่จะนำน้ำเย็นมาใช้ ไอน้ำที่ตกค้างจะควบแน่นและสร้างสุญญากาศที่สามารถยุบท่อได้ คอนเดนเสทที่ตกค้างจะทำให้น้ำเย็นเจือจางและแข็งตัวที่ทางเข้าน้ำเย็นหากอุณหภูมิต่ำเพียงพอ
ระบบเปลี่ยนเกียร์ใช้วาล์วอัตโนมัติพร้อมลูกโซ่ ลำดับการทำความร้อน-ถึง-ความเย็นจะปิดวาล์วจ่ายไอน้ำ เปิดวาล์วระบายคอนเดนเสทตามกำหนดเวลาระบาย จากนั้นจึงเปิดวาล์วจ่ายน้ำเย็นอย่างช้าๆ ผ่านตัวควบคุมทางลาด ลำดับการทำความเย็น-ถึง-จะทำให้กระบวนการกลับกัน: น้ำเย็นถูกระบายออก ระบบคอนเดนเสทถูกเพิ่มแรงดัน- ไอน้ำเข้ามาอย่างช้าๆ
การจัดเรียงวาล์วไล่อากาศ-บล็อก-และ-ที่ส่วนต่อประสานน้ำเย็นด้วยไอน้ำ-ป้องกันการปนเปื้อนข้าม-ระหว่างการเปลี่ยนผ่าน
การออกแบบข้อต่อขยายสำหรับช่วงขยาย
ท่อ PTFE ที่ให้ความร้อนอย่างต่อเนื่องจะขยายจากอุณหภูมิโดยรอบเป็นประมาณ 140 องศา - อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น 120 องศา ทำให้มีการขยายตัวประมาณ 14 มม. ต่อความยาวท่อหนึ่งเมตร ท่อหมุนเวียนจะขยายจาก 10 องศา (โหมดทำความเย็น) เป็น 140 องศา (โหมดทำความร้อน)-การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ 130 องศา ทำให้มีการขยายตัวประมาณ 16 มม. ต่อเมตร การขยายตัวเพิ่มเติมแม้จะเล็กน้อยต่อรอบ แต่ก็สะสมมากกว่าพันรอบ
ลูปส่วนขยายที่ออกแบบมาเพื่อบริการทำความร้อนอย่างต่อเนื่องอาจมีขนาดเล็กเกินไปสำหรับช่วงไซคลิก การออกแบบแบบวงรอบประกอบด้วยลูปที่ใหญ่ขึ้นหรือส่วนที่ยืดหยุ่นเพิ่มเติมเพื่อรองรับการเคลื่อนที่ของความร้อนทั้งหมดโดยไม่เกิดการโค้งงอหรือการเชื่อมต่อท่อร่วมมากเกินไป-
สรุป
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE ที่ออกแบบมาเพื่อการให้ความร้อนและความเย็นพร้อมกันภายในกะเดียวต้องใช้เกณฑ์การออกแบบเฉพาะที่นอกเหนือไปจากการก่อสร้างหน้าที่ต่อเนื่องมาตรฐาน- ความหนาของผนังที่เพิ่มขึ้นช่วยยืดอายุความเมื่อยล้า การควบคุมการเปลี่ยนผ่านอัตโนมัติช่วยป้องกันการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน ลูปขยายมีขนาดสำหรับช่วงความร้อนทั้งหมด วาล์วเปลี่ยนทางช่วยให้มั่นใจว่าสามารถไล่ล้างระหว่างโหมดต่างๆ ได้อย่างสมบูรณ์
ข้อกำหนดการออกแบบเพิ่มเติมช่วยให้สามารถให้บริการที่เชื่อถือได้ผ่านรอบความร้อนทั้งหมด 10,000+ รอบ ซึ่งแสดงถึงการทำงานหลายทศวรรษที่ความถี่การหมุนเวียนของสายการชุบทั่วไป การออกแบบมาตรฐานที่ไม่มีข้อกำหนดเหล่านี้จะสะสมความเสียหายจากความเมื่อยล้าและประสบความล้มเหลวก่อนเวลาอันควรในการบริการแบบวนรอบ
การวิเคราะห์ทางวิศวกรรมสำหรับการออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE แบบวนรอบสามารถทำได้โดยส่งอุณหภูมิความร้อนและความเย็น ความถี่ของรอบการทำงาน ข้อจำกัดด้านเวลาการเปลี่ยนแปลง สภาวะไอน้ำและน้ำเย็นที่มีอยู่ และอายุการใช้งานของอุปกรณ์ที่คาดหวัง
