Blisterový povrch
Počas plánovanej kontroly personál údržby spozoruje malé pľuzgiere-vyvýšené hrbolčeky s priemerom 1-3 mm na vonkajšom povrchu rúrok výmenníka tepla z PTFE. Blistre sú sústredené na skúmavkách v najhorúcejšej zóne zväzku, blízko vstupu pary. Niektoré pľuzgiere praskli a na povrchu trubice zostali plytké krátery.
Pľuzgiere vyvolávajú okamžité obavy. Zlyhávajú rúrky? Ide o chemický útok? Budú rúrky pretekať? Odpovede vyžadujú pochopenie mechanizmu tvorby pľuzgierov, čo nie je ani chemický útok, ani hroziace zlyhanie hranice tlaku. Je to fyzikálny jav poháňaný absorpciou vlhkosti a mikrodutinami v materiáli PTFE.
Blistre zhoršujú hladkosť povrchu a môžu lokálne mierne znížiť prenos tepla, ale zriedka preniknú cez stenu trubice alebo spôsobia netesnosť. Ich prítomnosť však naznačuje, že kvalita materiálu PTFE alebo kvalita pary môže vyžadovať pozornosť.
Mechanizmus absorpcie vlhkosti a mikrovoidov
PTFE je hydrofóbny. Voda nezmáča povrch. Ale pri zvýšených teplotách môže vodná para pomaly prenikať do polymérnej štruktúry. Prenikajúce molekuly vody zaberajú voľný objem medzi polymérnymi reťazcami-rovnaký voľný objem, ktorý dáva PTFE jeho flexibilitu.
Počas tisícok hodín pri 130-150 stupňoch v nasýtenej pare sa voda hromadí v mikroskopických dutinách v PTFE. Tieto dutiny sú vlastné materiálu; všetok PTFE obsahuje určité mikrodutiny z procesu spekania počas výroby. Voda v týchto dutinách je v rovnováhe s tlakom pary vonku.
Pri odstavení a ochladení výmenníka dochádza ku kondenzácii zachytenej vody. Objem kvapalnej vody je oveľa menší ako objem pary, ktorá ju vytvorila, čo vytvára vákuum v dutine. Prázdnota sa čiastočne zrúti. Pri ďalšom zahrievacom-cykle sa tekutá voda premení späť na paru. Rýchla expanzia objemu-vody na paru predstavuje zvýšenie objemu približne 1 600:1-vytvára tlakový impulz v dutine. Pulz napína okolitý polymér.
Počas mnohých tepelných cyklov opakované expanzné impulzy zväčšujú dutiny. Malé dutiny sa spájajú do väčších. Zriedený polymér nad rastúcou dutinou sa vydúva smerom von a vytvára viditeľný pľuzgier. Nakoniec sa stena blistra môže stenčiť až do prasknutia, čím sa uvoľní zachytená para a zostane kráter.
Tabuľka 1: Faktory tvorby pľuzgierov a preventívne opatrenia
| Faktor | Príspevok k tvorbe pľuzgierov | Preventívne opatrenie | Účinnosť |
|---|---|---|---|
| High steam temperature (>150 stupňov) | Urýchľuje rýchlosť prenikania vody | Ak to proces umožňuje, znížte tlak pary | Vysoká |
| Časté tepelné cyklovanie | Expanzné impulzy rastú prázdne miesta | Minimalizujte zbytočné odstávky | Mierne |
| PTFE nízkej{0}}kvality (vysoký obsah mikrodutín) | Poskytuje nukleačné miesta pre pľuzgiere | Špecifikujte vysokokvalitnú PTFE živicu s nízkym -rozpustnosťou | Vysoká |
| Rýchle zahriatie-od chladu | Maximalizuje tepelný rozťažný impulz | Postupne zvyšujte teplotu pary | Mierne |
| Mokrá para (nízka frakcia suchosti) | Zvyšuje dostupnú vlhkosť pre permeáciu | Improve steam separation; ensure >98% suchosť | Vysoká |
| Thick tube wall (>1,5 mm) | Dlhšia cesta difúzie; zachytáva viac vody | Pre menovitý tlak použite minimálnu hrúbku steny | Mierne |
Faktory kvality pri výrobe PTFE rúrok
Obsah mikrodutín PTFE hadičiek závisí od výrobného procesu. Trubica PTFE extrudovaná z pasty sa vyrába zmiešaním prášku PTFE s lubrikantom, vytláčaním pasty do tvaru trubice a spekaním pri vysokej teplote, aby sa častice spojili. Proces spekania odstraňuje mazivo a spája častice PTFE do súvislej matrice.
Neúplné spekanie zanecháva zvyškové mikrodutiny na hraniciach medzi čiastočne zlúčenými časticami. Tieto dutiny sú preferovanými miestami na akumuláciu vlhkosti a iniciáciu pľuzgierov. Vysoko-kvalitné PTFE hadičky prechádzajú optimalizovaným spekaním, aby sa minimalizoval prázdny obsah.
Určenie hadičky s obsahom dutín pod 1 % (merané porovnaním hustoty s teoretickou hustotou PTFE 2,15 – 2,20 g/cm³) výrazne znižuje náchylnosť na pľuzgiere. Táto špecifikácia by mala byť zahrnutá v obstarávacej dokumentácii pre PTFE tepelné výmenníky pracujúce nad 130 stupňov.
Odlíšenie pľuzgierov od chemického útoku
Pľuzgiere z absorpcie vlhkosti sa líšia od chemického napadnutia. Chemický útok zvyčajne spôsobuje zmenu farby, zdrsnenie povrchu alebo rovnomerné stenčenie steny. Blistre sú lokalizované, bez súvisiacej zmeny farby. PTFE obklopujúci blister je mechanicky v poriadku.
Ak existujú pochybnosti, blister možno rozrezať a preskúmať. Vlhkosť-spôsobená blister zobrazuje čistú vnútornú dutinu s hladkými stenami. Chemicky napadnutá oblasť vykazuje degradovaný materiál, zmenu farby alebo zmenené mechanické vlastnosti. Ak sú pľuzgiere sprevádzané niektorým z týchto príznakov, chemická kompatibilita by sa mala prehodnotiť-.
Zhrnutie
Blistre na rúrkach výmenníka tepla z PTFE vznikajú v dôsledku akumulácie vlhkosti v mikrodutinkách v polyméri, po ktorej nasleduje cyklická expanzia pary počas tepelných cyklov. Mechanizmus je fyzikálny, nie chemický. Blistre indikujú problémy s kvalitou materiálu alebo parou, ale zriedka vedú k úniku hadičky.
Prevencia sa zameriava na špecifikáciu hadíc PTFE s nízkymi dutinami, udržiavanie vysokej suchosti pary, znižovanie zbytočného tepelného cyklovania a postupné zvyšovanie teploty počas spúšťania. Skúmavky s rozsiahlymi pľuzgiermi by sa mali monitorovať, ale nevyžadujú si okamžitú výmenu, pokiaľ hrúbka steny v miestach pľuzgierov nie je pod minimom.
Technické odporúčania pre hodnotenie blistrov a špecifikácie materiálu PTFE sú k dispozícii po predložení prevádzkovej teploty a tlaku, údajov o kvalite pary, frekvencii cyklov a certifikácii materiálu trubice.
