Miten fluoripolymeeri{0}}vuoratun teräsputken lämmönjohtavuus verrataan kiinteään PTFE:hen?

Kiinteä PTFE-putki on kemiallisesti kestävää, mutta mekaanisesti heikkoa. Paksu seinä vaaditaan kohtuullisen paineluokituksen saamiseksi. Tämä paksuus tarkoittaa suurta lämpövastusta. Hyvä vaihtoehto on teräsputki, jonka sisällä on pieni kerros kemiallisesti kestävää fluoripolymeeriä. Tällä komposiittirakenteella on metallin lujuus ja muovin korroosionkestävyys. Lämmön kannalta ohut muovivuori on huomattavasti pienempi este kuin umpinaisen PTFE-putken paksu seinä, ja vuoratun putken kokonaislämmönsiirtokyky voi olla yllättävän parempi. Tässä artikkelissa tarkastellaan fluoripolymeerillä vuoratun teräsputken ja kiinteän PTFE:n lämmönjohtavuuden vertailua todellisissa lämmönsiirtosovelluksissa.

Mikä on lämpövastus putkimaisissa järjestelmissä
Lämmönkestävyyden yleinen käsite
Kokonaisvastus lämmön kulumiselle putken seinämän läpi on eri kerrosten vastusten summa. Yksikerroksisessa putkessa (kiinteä PTFE) vastus on suhteessa seinämän paksuuteen ja kääntäen verrannollinen materiaalin lämmönjohtavuuteen. Komposiittiputkelle (teräs ja vuoraus) lisätään teräskuoren ja fluoripolymeerivuorauksen vastus.

Materiaalien lämmönjohtavuuden arvot
Kiinteän PTFE:n lämmönjohtavuus on noin 0,25 W/(m·K) huoneenlämpötilassa, alhainen-verrattavissa lämmöneristeeseen.

Hiiliteräksen lämmönjohtavuus on noin 45-50 W/(mK), mikä on noin 200 kertaa enemmän kuin PTFE:llä.

Fluoripolymeerivuorausten (PTFE, PFA, FEP) lämmönjohtavuus on myös alhainen, noin 0,20-0,25 W/(m·K).

Suurin ero ei ole muovin luontainen johtavuus, vaan paksuus, joka on tarpeen jokaisessa mallissa.

Paksu{0}}seinämäinen kiinteä PTFE-putki vs. vuorattu teräsputki
Fluoripolymeeri{0}}vuorattu teräsputki, ohut muovi, johtava metalli
Vuoratulle teräsputkelle teräskuori on erinomainen johdin ja rakenteellinen paineluokitus on täysin teräskuoren oma. Fluoripolymeerin, usein PTFE:n tai PFA:n, tarvitsee olla vain kemiallisesti kestävä, joten se levitetään ohuena pinnoitteena, yleensä 0,5-1,0 mm paksuisena. Teräksen seinämän paksuus on asetettu pitämään paineen (tyypillisesti 2–5 mm), vaikka teräksen korkea johtavuus vaikuttaa suhteellisen vähän lämmönkestävyyteen.

Vuoratun putken, jossa on 1,0 mm PTFE-vuoraus ja 3,0 mm terässeinämä, yleinen lämpövastus on:

Vuorausvastus: 0.0010.25=0.004 m2K/W 0.250.001​=0.004 m2K/W

Teräksen kestävyys: 0,00345≈0,00007 m2K/W450,003≈0,00007 m2K/W (merkityksellinen)

Kokonaisvastus: ~0,00407 m 2 K/W

Tämä on noin kolmannes 3 mm:n kiinteän PTFE-putken resistanssista (0,012 m²K/W). Käytännössä fluoripolymeerivuoratun teräsputken lämmönjohtavuus, toisin kuin kiinteän PTFE:n, osoittaa, että vuorattu putki antaa paljon paremman kokonaislämmönsiirtokyvyn.

Se on älykäs komposiitti: ohut lämpöä ketterä muovikalvo vankan, johtavan teräsrungon päällä. Vuorattu putki päihittää paksun, kiinteän muoviputken lämpökilpailussa.

Käytännön vaikutukset lämmönvaihtimien suunnitteluun
Parannettu U{0}}-arvo ja kompaktimpi varustus
Vuoratun putken kokonaislämpövastus on tyypillisesti 50-70 % pienempi kuin saman paineen omaavan kiinteän PTFE-putken. Siksi vuoratuilla putkilla valmistetuilla lämmönvaihtimilla voi olla suurempi kokonaisU-arvo. tämä on käytössä:

Pienempi lämmönsiirtopinta-ala samanlaiseen tehtävään

Kompaktimmat vaihtimet

Lyhyemmät nesteen viipymäajat, joista voi olla hyötyä lämpötilaherkille prosessivirroille

Tyypilliset käyttötavat
Tätä menetelmää sovelletaan laajalti halkaisijaltaan suuriin putkiin (vähintään 2 tuumaa) ja säiliöihin, kuten vuorattuihin reaktoreihin, varastosäiliöihin ja vaippa-{1}}ja-putkilämmönvaihtimiin voimakkaasti syövyttävissä tiloissa, kuten suolahapossa, kuumassa rikkihapossa tai aggressiivisissa klooratuissa liuottimissa.

Kriittiset tekniset näkökohdat
Tarvitsemme täydellisen, mitättömän{0}}ilmaisen joukkovelkakirjalainan
Fluoripolymeerivuorauksen on liityttävä täydellisesti ja täysin tyhjä{0}}vapaasti teräsalustaan. Mikä tahansa rako tai delaminaatio antaa ilmakerroksen, jonka lämmönjohtavuus on vain ~0,025 W/(m·K)-kymmenen kertaa pienempi kuin PTFE. Ilmarako on erittäin huono lämmöneriste. Se mahdollistaa myös syövyttävän prosessinesteen pääsyn vuorauksen alle, mikä aiheuttaa alalinjan{6}}korroosiota. Piilotettu korroosio voi rei'ittää teräskuoren nopeasti sisäpuolelta ilman ulkoisia todisteita.

Vuorauksen irtoamisen tai reikien vaara
Vuoratun putken ja kiinteän PTFE:n tärkein ero{0}}on vuorauksen mekaanisen vian mahdollisuus. Jos vuoraus irtoaa (nousee teräksestä) tai siihen muodostuu reikä, syövyttävä neste joutuu suoraan kosketukseen teräksen kanssa. Jopa neulanreikä voi aiheuttaa paikallista korroosiota ja mahdollisia putken vikoja. Siksi vuoratut putket tarvitsevat tiukkaa laadunvalvontaa valmistuksessa--tyypillisesti kipinätestauksella tai suurjännitteen lomailmaisulla - ja määräaikaistarkastuksia käytössä.

Valmistusprosessit
Fluoripolymeerivuorauksiin sovelletaan monia tekniikoita:

Löysä vuori (ei--sidottu) häiriösovitus

Liimaus tai sintraus (PTFE:lle) .

Ruiskupuristus tai rotolinointi (PFA:n ja FEP:n tapauksessa)

Maksimaalista lämmönsiirtoa varten suositellaan liimattuja vuorauksia, joissa on koko pintakosketus.

Johtopäätös: Kaksi materiaalia yhdistettynä parempaan lämpösuorituskykyyn
Fluoripolymeerillä vuorattu teräsputki on näppärä lämpökompromissi, jossa metallin rakenteellisen lujuuden avulla saadaan aikaan paljon ohuempi ja siten lämpötehokkaampi korroosionkestävä{0}}pinnoite. Muovi on huono johdin, mutta tarvittavan paksuuden jyrkkä pudotus – useista millimetreistä kiinteässä PTFE:ssä alle yhteen millimetriin vuoratussa putkessa – enemmän kuin kompensoi sitä. Tuloksena oleva rakenne on komposiittirakenne, jolla on korkeammat lämmönsiirto-ominaisuudet kuin paksuseinäisellä kiinteällä PTFE-putkella, samalla kun se säilyttää erinomaisen kemiallisen kestävyyden.

Usein optimaalinen lämmönsiirtovaihtoehto on kahden erilaisen materiaalin yhdistäminen. Fluoripolymeeri{1}}vuorattujen teräsputkien tapauksessa teräksen lujuuden ja johtavuuden yhdistelmä PTFE:n kemiallisen inertin kanssa johtaa komponenttiin, joka on parempi kuin kumpikaan materiaali yksinään. -Off-Mahdolliset sidosten irtoamisen tai reiän aiheuttamat riskit- hoidetaan tiukan tuotannon laadun ja rutiinitarkastuksen avulla. Näillä suojatoimilla vuorattu putki tarjoaa tyylikkään, lämpötehokkaan ratkaisun syövyttäviä lämmitys- tai jäähdytystehtäviä varten.