Dilema Izin
Sebuah tabung PTFE dalam kumparan imersi yang dipanaskan-uap akan mengembang kira-kira 1,6 mm per meter panjangnya bila dipanaskan dari 25 derajat hingga 140 derajat . Jika tabung dikencangkan dengan kuat pada lubang pelat pendukung, pemuaian ini akan terhambat. Tabung tertekuk di antara penyangga. Jika lubang terlalu longgar, tabung akan bergetar karena pengadukan-getaran yang disebabkan, dan fretting yang dihasilkan akan merusak dinding tabung pada titik kontak penyangga.
Diameter lubang pelat pendukung relatif terhadap diameter luar tabung merupakan parameter desain yang tampak sederhana dengan konsekuensi mekanis yang kompleks. Terlalu ketat, tekanan termal akan terakumulasi. Terlalu longgar, dan keausan akibat getaran akan semakin cepat. Jarak bebas optimal mengakomodasi ekspansi termal tanpa hambatan sekaligus membatasi amplitudo gerakan yang disebabkan oleh getaran.
Untuk penukar panas PTFE, jarak bebas optimal berbeda dari nilai standar yang digunakan untuk penukar panas logam karena PTFE memiliki koefisien muai panas yang lebih tinggi dan modulus elastisitas yang lebih rendah. Apa yang cocok untuk baja tahan karat atau titanium tidak cocok untuk fluoropolimer.
Persyaratan Izin Ekspansi Termal
Diameter lubang minimum harus melebihi diameter luar tabung pada suhu pengoperasian maksimum. Tabung mengembang secara radial dan aksial ketika dipanaskan.
Ekspansi radial tabung PTFE OD 10 mm yang dipanaskan dari 25 derajat hingga 140 derajat kira-kira 0,14 mm. Diameter lubang setidaknya harus OD tabung panas ditambah jarak geser untuk mencegah pengikatan.
Jarak bebas geser memperhitungkan toleransi produksi pada OD tabung dan ID lubang, ditambah ketidakselarasan antara pelat pendukung. Untuk PTFE, tunjangan tambahan mengatasi koefisien ekspansi termal material yang lebih tinggi dibandingkan material pelat pendukung. Jika pelat pendukung juga terbuat dari PTFE, lubang akan mengembang dengan laju yang sama seperti tabung, dan jarak bebasnya tetap konstan. Jika pelat pendukung terbuat dari PVDF atau logam dengan koefisien muai berbeda, jarak bebasnya berubah seiring suhu.
Tabel 1: Jarak Bebas Lubang Pelat Penopang yang Direkomendasikan untuk Tabung Penukar Panas PTFE
| Tabung OD (mm) | Bahan Pelat Penopang | Diameter Lubang yang Direkomendasikan (mm) | Jarak Diametral (mm) | Jarak bebas sebagai % dari OD Tabung | Catatan Aplikasi |
|---|---|---|---|---|---|
| 8 | PTFE | 8.8-9.0 | 0.8-1.0 | 10-12.5% | Standar untuk mandi yang tenang atau sedikit gelisah |
| 10 | PTFE | 10.8-11.0 | 0.8-1.0 | 8-10% | Tujuan umum |
| 12 | PTFE | 13.0-13.2 | 1.0-1.2 | 8-10% | Diameter lebih besar; kekakuan yang lebih tinggi |
| 10 | PVDF | 11.2-11.5 | 1.2-1.5 | 12-15% | PVDF berkembang kurang dari PTFE; jarak bebas meningkat pada suhu |
| 10 | Logam (dengan selongsong PTFE) | 11.5-12.0 (ID lengan) | 1.5-2.0 | 15-20% | Dukungan logam; Selongsong PTFE memberikan permukaan-gesekan rendah |
| 10 (layanan gelisah) | PTFE | 10.8-11.0 | 0.8-1.0 | 8-10% | Jarak bebas yang sama tetapi jarak penyangga berkurang |
Pengorbanan Keausan Getaran-Off
Jarak bebas yang lebih longgar memungkinkan gerakan tabung yang lebih besar di dalam lubang penyangga. Di bawah getaran yang disebabkan oleh agitasi-, tabung berosilasi dan menyentuh tepi lubang pada setiap siklus. Kontak yang berulang-ulang akan merusak material dari tabung dan pelat pendukung-sebuah proses yang disebut fretting.
Tingkat keausan fretting bergantung pada gaya kontak, amplitudo geser, dan pasangan material. PTFE-pada-Resah PTFE relatif tidak berbahaya karena kedua permukaannya merupakan bahan yang sama dan koefisien gesekan yang rendah membatasi tegangan tangensial. Namun, selama bertahun-tahun pengadukan yang terus-menerus, bahkan PTFE-pada-keausan PTFE dapat menghasilkan penipisan dinding yang terukur pada titik-titik penyangga.
Amplitudo getaran dikendalikan oleh bentang yang tidak didukung antara pelat pendukung, bukan oleh jarak bebas lubang. Jarak penyangga yang lebih dekat mengurangi amplitudo lebih efektif daripada memperketat jarak bebas. Pendekatan yang direkomendasikan adalah mempertahankan jarak ekspansi termal dan mengurangi jarak tumpuan jika getaran menjadi perhatian, daripada memperketat jarak bebas untuk membatasi gerakan dengan mengorbankan pengikatan termal.
Sisipan Lengan untuk Perlindungan Keausan
Untuk aplikasi dengan getaran parah atau partikel abrasif di dalam bak, lubang pelat pendukung dapat dilengkapi dengan sisipan selongsong PTFE yang dapat diganti. Sisipan ini memberikan permukaan-gesekan rendah yang sama seperti pelat PTFE padat namun dapat diganti bila aus, sehingga melindungi tabung dari kontak langsung dengan struktur pendukung.
Sisipan dirancang dengan kecocokan interferensi pada pelat pendukung dan kecocokan jarak bebas pada tabung. Penggantian selama pemeliharaan terjadwal akan mengembalikan jarak bebas asli tanpa mengganti seluruh pelat penyangga atau tabung penukar panas.
Ringkasan
Jarak bebas lubang pelat penopang yang optimal untuk tabung penukar panas PTFE adalah diameter 0,8-1,0 mm untuk pipa OD 8-10 mm pada pelat penopang PTFE. Hal ini memberikan jarak yang cukup untuk ekspansi termal tanpa hambatan sekaligus membatasi amplitudo getaran ke tingkat yang menghasilkan tingkat keausan fretting yang dapat diterima selama masa pakai peralatan.
Keausan getaran dikendalikan secara lebih efektif dengan mengurangi jarak tumpuan dibandingkan dengan memperketat jarak bebas di bawah persyaratan ekspansi termal. Untuk kondisi servis yang parah, sisipan selongsong PTFE yang dapat diganti melindungi permukaan tabung dari keausan kontak langsung.
Rekomendasi teknik untuk desain pelat pendukung dalam aplikasi penukar panas PTFE tertentu tersedia berdasarkan dimensi tabung, kisaran suhu pengoperasian, jenis dan intensitas agitasi, serta masa pakai peralatan yang diharapkan.
