Nedlukningen, der forårsagede skade
Et recirkulerende syresystem lukker ned for vedligeholdelse. Cirkulationspumpen stopper. En kontraventil i returledningen, placeret flere meter over PTFE-varmeveksleren, holder en væskesøjle. Når røret afkøles, trækker væsken sig sammen, hvilket skaber undertryk i den lukkede sektion. PTFE-rørene, designet til internt positivt tryk fra damp, oplever eksternt vakuum fra processiden.
Når systemet genstartes, reduceres varmeydelsen. Badetemperaturen kæmper for at nå sætpunktet. Inspektion afslører, at flere PTFE-rør delvist kollapsede -deres cirkulære- tværsnit fladt ud til en oval. Rørene er ikke utætte, men den deformerede form begrænser både intern dampstrøm og ekstern varmeoverførsel.
Denne fejlmekanisme er fuldstændig forebyggelig. Det stammer fra utilstrækkelig vakuumbeskyttelse i procesrørdesignet, ikke fra en mangel i PTFE-varmeveksleren.
Sammenbrudsmekanismen
PTFE-rør er designet til at modstå internt tryk-påvirkningen fra bøjlen fra damp eller varmt vand, der skubber udad. Materialets fleksibilitet og krybemodstand klarer denne belastning godt. Eksternt tryk, der skaber kompressionsspænding, er en anden belastningstilstand, som røret muligvis ikke er designet til.
Et tyndt-cirkulært rør under eksternt tryk svigter ved at bukke, når det eksterne tryk overstiger det kritiske kollapstryk. Dette tryk afhænger af rørdiameteren, vægtykkelsen, materialets elasticitetsmodul ved driftstemperaturen og rørets-u-rundhed.
Ved forhøjede temperaturer falder PTFEs elasticitetsmodul betydeligt. Et rør, der modstår fuldt vakuum ved 25 grader, kan kollapse ved 100 grader under samme trykforskel. Kombinationen af høj temperatur under drift og pludseligt undertryk under nedlukning skaber den værste-tilstand.
Den sammenklappede sektion er muligvis ikke hele røret. Undertryk kan være lokaliseret i visse sektioner af rørene. Rørets kollaps sker på det svageste punkt-typisk midt-mellem understøtninger, hvor røret har den mindste ydre begrænsning.
Tabel 1: Vurderingskriterier for PTFE-rørsammenbrud (10 mm OD, 1 mm væg)
| Ovalitet (%) | Visuelt udseende | Flowbegrænsning | Varmeoverførselspåvirkning | Disposition |
|---|---|---|---|---|
| < 5 | Let udfladning, næsten ikke synlig | Ubetydelig | Ubetydelig | Accepter for fortsat service; overvåge |
| 5-15 | Synlig oval form | Mindre (< 10% flow reduction) | Mindre | Reducer damptrykket; planlægge udskiftning |
| 15-30 | Udpræget fladtrykt | Moderat (10-30 % reduktion) | Moderat | Udskift ved næste planlagte nedlukning |
| 30-50 | Alvorligt fladtrykt | Alvorlig (30-50 % reduktion) | Alvorlig | Udskift med det samme |
| > 50 | Næsten lukket, krøllet væg | Critical (>50 % reduktion) | Kritisk | Øjeblikkelig udskiftning; inspicere tilstødende rør |
Ovalitet=(Dmax - Dmin) / Dnominal × 100 %. Dnominal er det originale rørs ydre diameter. Mål taget ved det mest deformerede- tværsnit.
Inspektionsprocedure
Inspektion begynder med ekstern visuel undersøgelse. Sammenklappede rør er synligt fladtrykte sammenlignet med tilstødende ubeskadigede rør. Overgangszonen fra cirkulært til ovalt tværsnit-kan vise stressblegning-et uklart udseende i PTFE, hvilket indikerer lokaliseret eftergivelse.
Ovaliteten måles med skydelære eller en go/no-go-måler på det mest deformerede punkt. De maksimale og mindste ydre diametre registreres. Målinger på flere punkter langs røret kortlægger omfanget af kollaps.
Intern inspektion kan kræve boreskopundersøgelse, hvis rørenderne er tilgængelige. Den indre passage kan være delvist eller helt lukket. For rør, der ser ud til at være fuldstændigt sammenklappet udvendigt, bekræfter intern inspektion, om der er nogen flowpassage tilbage.
Rør, der støder op til det kollapsede rør, bør også inspiceres. Tryktransienten, der kollapsede et rør, kan delvist have deformeret andre. Et rør, der virker cirkulært, kan have reduceret sammenbrudsmodstand på grund af uopdaget udtynding fra tidligere service.
Reparation og forebyggelse
Sammenklappede rør kan ikke repareres. Den deformerede form ændrer permanent den mekaniske og termiske ydeevne. Røret skal tilstoppes eller udskiftes.
Hvis header-designet tillader individuel rørisolering, kan det sammenklappede rør tilproppes i begge ender og efterlades på plads. De resterende rør giver fortsat varmeoverførsel, omend med en let reduceret total kapacitet. Kapacitetstabet fra et tilsluttet rør i et multi-rørbundt er typisk acceptabelt.
Forebyggelse kræver vakuumbeskyttelse i procesrørene. En vakuumafbryderventil installeret på det højeste punkt af rørsystemet tillader luft at komme ind, når trykket falder til under atmosfærisk. Ventilen skal dimensioneres til den maksimale forventede kølehastighed. For systemer med hyppige nedlukninger giver en automatisk vakuumafbryder med positionsfeedback pålidelig beskyttelse.
Alternativt kan PTFE-varmeveksleren specificeres til fuld vakuumservice på designstadiet. Dette kræver tykkere rørvægge eller mindre diametre for at øge det kritiske kollapstryk. Den termiske ydeevnestraf for tykkere vægge accepteres som prisen for vakuumtolerance.
Oversigt
Sammenbrud af PTFE-varmevekslerrør skyldes eksternt vakuum, der dannes under pumpestop, når væskesammentrækning i et lukket rørsystem genererer undertryk. Tyndvæggede rør, der er designet til internt tryk, kan bøje under eksternt vakuum, især ved høje driftstemperaturer.
Inspektion vurderer ovalitet ved det mest deforme- tværsnit. Rør med en ovalitet på over 30 % skal udskiftes. Forebyggelse kræver vakuumafbryderventiler i procesrøret eller specifikation af fuld-vakuum--klassificerede rørdimensioner på designstadiet.
Tekniske anbefalinger til vurdering af kollapsede rør og vakuumbeskyttelsesdesign er tilgængelige ved indsendelse af rørdimensioner, driftstemperatur, rørkonfiguration og nedlukningsprocedurer.
