Mikä on nopean paineenpoiston vaikutus PFA-lämmittimeen, joka on toiminut 2 baarilla?

Paineistetuissa järjestelmissä, kuten autoklaaveissa, painereaktoreissa tai suljetuissa säiliöissä, PFA-lämmittimet on suunniteltu toimimaan sisäisen paineen tasaantuessa järjestelmän kanssa. Järjestelmän nopean paineenpoiston aikana (tyhjiökatko tai hätätuuletus) paine-ero PFA-vaipan yli käännetään. Normaaleissa käyttöolosuhteissa 2 baarissa (abs) lämmittimen paine (PFA:n ja sydämen välinen tila) on suunnilleen sama kuin järjestelmän paine. Jos ilma poistetaan nopeasti 1 baariin (ilmakehän paine), järjestelmän paine laskee 1 baariin, mutta paine lämmittimen renkaassa voi pysyä 2 baarissa sekunneista minuutteihin riippuen läpäisevyydestä ja tuuletusreiteistä. Tämä aiheuttaa jopa 1 baarin (14,5 psi) paine-eron sisäpuolelta ulos, jolloin PFA-vaippa rasittaa vannetta. PFA-lämmittimelle, jonka ulkohalkaisija on 25 mm ja seinämä 2 mm, 1 baarin ero antaa vannejännityksen=PD / (2 t)=0.1 25 / (2 2)=2.5 / 4=0.625 MPa, selvästi alle PFA:n vetolujuuden (12–15 MPa). Joten yksi paineenalennustapaus ei ole katastrofaalinen. Toistuva nopea paineenalennus (satoja jaksoja) aiheuttaa kuitenkin väsymishalkeamia. Vaikutus on kumulatiivinen, mikrohalkeamat alkavat kosketuksesta 500-2000 syklin jälkeen ja etenevät läpäisyyn ja lopulta epäonnistumiseen.

Stressi- ja paine-erot paineenalennustilassa
Ensisijainen prosessi ei ole paine-erosta johtuva vannejännitys, vaan nopea jäähtyminen, joka yleensä liittyy paineenalennustilaan. Adiabaattista laajenemista ja jäähtymistä tapahtuu paineenpoiston aikana höyry- tai höyrykäytössä. Jos järjestelmä on 2 baarin kyllästetty höyry (120 astetta), nopea ilmaus 1 bariin laskee lämpötilan välittömästi 100 asteeseen (laajennuksella). 120 asteen PFA-lämmitin saa 20 asteen lämpöshokin. Paine-eron (0,625 MPa vannejännitys) ja lämpöiskun (lämpötilagradientti seinän läpi) yhdistelmä aiheuttaa suuremman huippujännityksen PFA{11}}metallirajapinnassa. Väsymisrajaa lähestyvä 20 asteen vaimennus 1 baarin paine-erolla{15}} johtaa 3–5 MPa:n maksimijännitykseen elementtianalyysin avulla.

Muissa -höyryjärjestelmissä (vain nesteet) paineenalennus ei jäähdytä, koska nesteet ovat lähes kokoonpuristumattomia. Liuenneet kaasut voivat kuitenkin virrata ulos liuoksesta ja tuottaa kuplia, jotka romahtavat PFA-pinnalle (kavitaatio). Kavitaatioeroosio (katso artikkeli #13) on tuhoisampaa kuin pelkkä paine-ero.

Pahin tapaus on nopea paineenalennus kuumasta kyllästetystä järjestelmästä, jossa PFA on imenyt vettä tai happohöyryä. Kun paine laskee, imeytyneet haihtuvat aineet välähtävät höyryksi PFA-seinämän sisällä, jolloin syntyy sisäisiä rakkuloita (katso artikkeli #61). 120 asteessa vedellä kyllästetty PFA on herkkä rakkuloille 1 baarin erolla.

Tehosteiden yhteenveto järjestelmätyypin mukaan
Järjestelmän tyyppi Käyttöolosuhteet Paineenpoiston nopeus Ensisijaiset jännitykset PFA-vauriomekanismi Vika kriittiset syklit
Vain neste (ei kaasua liuoksessa) 2 bar, 80 astetta Quick (<1 sec) Hoop tension 0.6 MPaNone (too little tension) >10 000 (väsymys ei merkittävää)
Neste, jossa on liuennutta ilmaa 2 bar, 80 astetta nopea kavitaatio kaasuttamalla Pinta pistesyöpyminen 1 000–5 000
Kyllästetty höyry 2 bar, 120 astetta Rapid Thermal shokki (20 astetta) + vanne Käyttöliittymän väsyminen 500-2000
Superheated water (>100 astetta ) 2 bar, 120 astetta Nopea vilkkuminen höyryä PFA:ssa Sisäinen rakkula 200–1000
Happohöyry + höyry 2 bar, 130 astetta Nopea Happohöyryn läpäisy välähtää + lämpö Rakkua + halkeilu 100-500
Kaikki, joissa on PFA:ta imeytynyttä, mikä tahansa sisäinen höyryn muodostus Rakkuloittuva Kyllästynyt: kertaluonteinen-tapahtuma
Toistuvan paineen alennuksen vaikutuksen kvantifiointi
Esimerkki: PFA-lämmitin kyllästetyllä höyryllä 120 asteessa, 2 bar, 10 nopeaa paineenalennusta päivässä. (esim. päivittäiset eräjaksot ilmanvaihdolla) Odotettavissa oleva elinikä:

Ei paineenalennusta: lähtötilanne 5-8 vuotta (lämpökierto)

Dekompressiolla: Elinikä 1-3 vuotta

Vähennys johtuu lämpöshokin (adiabaattisen jäähdytyksen) ja vannerasituksen yhdistelmästä. Jos höyry on tulistettu (ei nestemäistä vettä), jäähdytys on vähemmän vakavaa, koska piilevää lämpöä ei vapaudu. Tulistettu höyry 150 asteessa, 2 baarissa, jäähtyminen 120 asteeseen paineen alenemisen yhteydessä (30 asteen lasku) aiheuttaa ylimääräistä lämpörasitusta.

Nopea paineenalennus vaikuttaa vain vähän nestemäisiin järjestelmiin (ei höyryä). 0,6 MPa:n vannejännitys on selvästi alle lämpöpyöräilylle tyypillisen 5–10 MPa. Pääjännityksen aiheuttaa lämmityksen/jäähdytyksen differentiaalinen laajeneminen, ei paine.

Paineenalennus-alttiin järjestelmien lieventäminen
Jos nopeaa paineenalennusta ei voida välttää, toimi seuraavasti:

Pidennä tuuletusaikaa 1 sekunnista 30-60 sekuntiin, tuuleta hitaasti. Tämä eliminoi lämpöshokin ja antaa PFA:n tasata painetta ilman rasitusta.

Asenna paineentasausputki. Yhdistä PFA:n ja sydämen välinen rengasmainen alue järjestelmän paineeseen pienellä putkella. Tämä välttää paine-erot ilmauksen aikana.

Valitse paksumpi PFA: 2,5-3,0 mm seinä=vastaavasti vähemmän vanteen jännitystä. 3 mm:n seinävanteen jännitykselle 1 bar=0.1 x 25 / 2 x 3=0.42 MPa - jopa vähemmän.

Kuivaa PFA: Jos PFA ei ole kyllästynyt vedellä tai hapolla, vilkkumista ei tapahdu. Jos paine on poistettu säännöllisesti, pidä lämmittimet kuivina ja vältä pitkäaikaista upottamista tunkeutuviin nesteisiin.

Check post-events: Check the insulation resistance after any fast depressurisation. Damage is indicated by drops >20%

Esimerkki kentällä
PFA-lämmittimiä käyttävä farmaseuttinen reaktori höyry{0}}lämmitetyssä paineastiassa 120 asteessa, 2 baarissa. Sykli koostui nopeasta paineenalennusta (5 s) kunkin erän lopussa (10 erää/päivä). Lämmittimet epäonnistuivat 8-12 kuukauden välein PFA-pinnan paahtamisen jälkeen. Tehdas muokkasi sykliä ilmaamaan yli 60 sekuntia. Ei rakkuloita, ja lämmittimen käyttöikä on 4+ vuotta. Ylimääräiset 55 sekuntia jokaisessa erässä (10 minuuttia/päivä) oli siedettävä. Muuten mikään ei ole muuttunut.

Johtopäätös: Vain nopea paineenalennus vahingoittaa höyryhuollon PFA:ta
PFA-lämmittimet eivät ole kovin herkkiä nopealle 2 baarin paineen alenemiselle pelkän nesteen järjestelmissä (vannejännitys 1 MPa huomattavasti väsymisrajan alapuolella). Kyllästetyssä höyryssä tai höyryssä lämpöshokki (20–30 astetta), tunkeutuneiden haihtuvien aineiden sisäinen välähdys ja renkaan jännitys johtavat väsymiseen, halkeilemiseen ja rakkuloitumiseen 500–2 000 jakson jälkeen, mikä rajoittaa lämmittimen käyttöikää 50–80 %. Tuuletus tulee tehdä varovasti (30–60 sekuntia), jotta PFA ei vaurioidu. Lisää paineentasauslinjat tai kuivaa PFA ennen paineistettua käyttöä. Jos järjestelmäsi ilmaantuu nopeasti ja siinä on höyryä tai kuumia höyryjä, oletetaan, että PFA-lämmitin on vaurioitunut. Testaa, vähennä tai hyväksy lyhentynyt käyttöikä. Ongelma on höyry, ei paine. Hallitse höyryä, hallitse haittaa.