Penipisan di Tikungan
Personel pemeliharaan melepas penukar panas PTFE setelah lima tahun digunakan. Pengukuran ketebalan ultrasonik menunjukkan bahwa dinding tabung berada dalam spesifikasi pada bagian lurus, berukuran 0,95-1,00mm dibandingkan 1,00mm aslinya. Namun pada bagian tikungan, ketebalan dinding luar berukuran 0,70-0,75mm-pengurangan sebesar 25-30%. Tikungan adalah lokasi yang membatasi kehidupan.
Penipisan dinding pada tikungan merupakan konsekuensi yang dapat diprediksi dari proses pembengkokan yang dipadukan dengan creep{0}}jangka panjang pada suhu tinggi. Selama pembengkokan, dinding luar tabung meregang untuk mengakomodasi panjang busur yang lebih panjang di sekitar bagian luar pembengkokan. Dinding menipis untuk menghemat volume. Pada suhu pengoperasian di bawah tekanan uap internal, dinding luar yang tipis akan merayap lebih cepat dibandingkan bagian lurus yang lebih tebal, sehingga semakin mengurangi ketebalan seiring berjalannya waktu.
Jari-jari tikungan menentukan penipisan awal. Tikungan yang lebih rapat menghasilkan penipisan yang lebih besar. Menentukan radius tikungan minimum selama desain mencegah penipisan awal yang berlebihan dan membatasi laju mulur berikutnya ke tingkat yang dapat diterima selama masa pakai.
Hubungan Regangan Bending dan Hubungan yang Menipis
Ketika sebuah tabung lurus dibengkokkan, panjang busur luar melebihi panjang busur dalam. Bahan di bagian luar tikungan harus meregang; bahan di bagian dalam dikompres. Regangan pada permukaan luar adalah ε=r / R, dengan r adalah jari-jari luar tabung dan R adalah jari-jari garis tengah tekukan.
Ketebalan dinding setelah pembengkokan, dengan asumsi deformasi volume konstan, kira-kira t_bent=t_asli / (1 + ε). Untuk tabung OD 10 mm (r=5mm) yang dibengkokkan hingga radius R=150mm, regangan serat luar adalah 5/150=3.33%. Ketebalan dinding di tikungan luar berkurang menjadi sekitar 0,968 mm dari 1.000 mm-pengurangan sebesar 3,2%.
Untuk tikungan yang lebih rapat pada R=100mm, regangannya adalah 5/100=5%. Dindingnya menipis hingga 0,952 mm-pengurangan sebesar 4,8%.
Pada suhu pengoperasian di bawah tekanan internal, laju mulur pada bagian yang menipis lebih tinggi dibandingkan pada bagian{0}}ketebalan lurus penuh. Penipisan semakin cepat seiring berjalannya waktu. Penipisan awal sebesar 3-5% akibat pembengkokan dapat menjadi penipisan 15-30% setelah digunakan selama bertahun-tahun.
Tabel 1: Radius Tekuk dan Penipisan Dinding untuk Tabung Penukar Panas PTFE (OD 10mm × Dinding 1mm)
| Radius Garis Tengah Tekuk (mm) | Rasio-ke-Diameter (R/D) | Regangan Serat Luar (%) | Tebal Dinding Awal pada Tikungan (mm) | Perkiraan Tembok 5 Tahun pada 143 derajat (mm) | Kesesuaian |
|---|---|---|---|---|---|
| 250 (minimal yang disarankan) | 25 | 2.0 | 0.980 | 0.90-0.94 | Luar biasa (10+ tahun kehidupan) |
| 200 | 20 | 2.5 | 0.975 | 0.85-0.90 | Bagus |
| 150 | 15 | 3.33 | 0.968 | 0.78-0.85 | Dapat diterima dengan inspeksi |
| 120 | 12 | 4.17 | 0.960 | 0.70-0.80 | Marginal (mengurangi tekanan uap) |
| 100 | 10 | 5.0 | 0.952 | 0.60-0.72 | Tidak disarankan untuk layanan uap |
| 75 | 7.5 | 6.67 | 0.938 | < 0.60 (high failure risk) | Tidak dapat diterima |
Penambahan Ovalisasi
Pembengkokan tidak hanya menipiskan dinding luar namun juga membuat penampang-tabung menjadi oval. Tabung menjadi agak elips pada tikungan, dengan sumbu minor pada bidang tikungan. Ovalitas memusatkan tegangan lingkaran dari tekanan internal pada titik kelengkungan maksimum, yang selanjutnya mempercepat mulur.
Sebuah tabung yang dibengkokkan hingga radius minimum yang disarankan yaitu 25D mempertahankan ovalitas di bawah 5%. Lekukan yang lebih rapat menghasilkan ovalitas yang lebih besar. Kombinasi efek penipisan dinding, ovalitas, dan konsentrasi tegangan menjadikan tikungan sebagai lokasi penting untuk menentukan masa pakai.
Spesifikasi Desain Pencegahan
Tindakan pencegahan utama adalah menentukan radius tekukan minimal 25 kali diameter luar tabung-radius yang sama dengan yang direkomendasikan untuk pencegahan kekusutan. Radius ini membatasi penipisan awal hingga 2% dan memastikan ovalitas tetap di bawah 5%.
Tikungan harus diperiksa setelah fabrikasi menggunakan pengukur go/no-go dan pengukuran ketebalan ultrasonik. Ketebalan dinding minimum pada radius luar tikungan harus didokumentasikan sebagai garis dasar untuk perbandingan di masa mendatang.
Selama servis, tikungan harus disertakan dalam program pengukuran ketebalan ultrasonik. Tikungan yang memperlihatkan ketebalan dinding di bawah 0,75 mm untuk dinding nominal 1,0 mm harus dijadwalkan untuk penggantian.
Ringkasan
Penipisan dinding yang terlokalisasi pada tikungan tabung penukar panas PTFE dihasilkan dari peregangan dinding luar selama pembengkokan, ditambah dengan percepatan mulur pada bagian yang menipis di bawah suhu dan tekanan pengoperasian. Radius tikungan minimum yang disarankan sebesar 25 kali diameter tabung membatasi penipisan awal hingga 2% dan memberikan kinerja mulur-jangka panjang yang dapat diterima.
Tikungan yang lebih rapat menghasilkan penipisan yang lebih besar dan masa pakai yang lebih singkat. Pengukuran ketebalan ultrasonik pasca-fabrikasi dan dalam-layanan di tikungan memberikan data kuantitatif untuk keputusan penggantian.
Spesifikasi teknik untuk pembengkokan dan inspeksi tabung PTFE tersedia berdasarkan dimensi tabung, jari-jari tikungan, suhu dan tekanan pengoperasian, serta masa pakai yang diperlukan.
