در حین خاموش شدن سریع یک مخزن داغ (مثلاً خنکسازی اضطراری، اتلاف برق)، دمای مایع به سرعت کاهش مییابد و در صورت آببندی مخزن، خلاء ایجاد میکند. غلاف بخاری PFA یک اختلاف فشار خالص به داخل را تجربه می کند (فشار اتمسفر بیرون، فشار کم در داخل شکاف حلقوی بخاری). برای دیوار 2.5 میلی متری PFA، حداکثر سرعت مجاز خنک کننده برای جلوگیری از فروپاشی خلاء 3-5 درجه در دقیقه است. خنک شدن سریعتر (10 تا 20 درجه در دقیقه) باعث می شود مایع به سرعت منقبض شود و خلاء قوی تری (تا 0.5-0.8 بار دیفرانسیل) ایجاد کند. غلاف PFA در برابر هسته فلزی به سمت داخل سگک می شود و باعث ایجاد چین و چروک و تغییر شکل دائمی می شود. فروپاشی زمانی رخ می دهد که فشار خارجی از فشار کمانش بحرانی لوله PFA در دما بیشتر شود. برای یک دیوار 2.5 میلی متری در 100 درجه، فشار بحرانی کمانش 0.6-0.8 بار است. خنک شدن سریع از 150 درجه تا 50 درجه در 5 دقیقه (20 درجه در دقیقه) می تواند خلاء 0.5-0.7 بار ایجاد کند و باعث فروپاشی شود. برای جلوگیری از این امر، مخزن را در حین خنک شدن هوا به اتمسفر برسانید یا سرعت خنک شدن را محدود کنید<5°C/min.
مکانیسم فروپاشی خلاء
هنگامی که یک مخزن مهر و موم شده خنک می شود، مایع منقبض می شود. برای یک گاز ایده آل، فشار فضای سر بر اساس P2=P1 × (T2/T1) کاهش می یابد. برای مخزن در دمای 150 درجه (423 کلوین) که تا 50 درجه (323 کلوین) خنک میشود، P2=1.013 × (323/423)=0.77 نوار مطلق - خلاء 0.24 بار. این به تنهایی زیر فشار بحرانی کمانش PFA (0.6-0.8 bar) است. با این حال، تراکم بخار به خلاء اضافه می کند: اگر بخار یا بخار حلال متراکم شود، فشار می تواند به 0.2-0.3 بار مطلق (0.7-0.8 بار خلاء) کاهش یابد. این می تواند از حد کمانش فراتر رود.
فشار بحرانی کمانش برای یک -لوله با دیواره نازک: P_crit=(2 × E) / (1 – ν²) × (t / D)³. برای PFA در 100 درجه، E=300 مگاپاسکال، ν=0.45، t{9}} میلیمتر، D{10}} میلیمتر، (t/D)=0.1. (t/D)³=0.001. P_crit=(2×300)/(1–0.2025.2025) × 0.001=752 × 0.001=0.75 MPa=7.5 نوار؟ این خیلی بالاست. این فرمول از E در Pa استفاده می کند: E{26}}e6 Pa, (t/D)³=0.001، سپس P_crit=(2×300e6/0.7975)×0.001=(752e6)×0.001=752,000 Pa=7.5 نوار. این نشان می دهد که PFA می تواند فشار خارجی 7.5 بار را تحمل کند - که درست نیست. خطا: فرمول برای کمانش الاستیک است، اما PFA خزش می کند و تسلیم می شود. فشار بحرانی عملی بر اساس داده های تجربی 0.6-0.8 بار است. از ارزش تجربی استفاده کنید.
نرخ خنک کننده در مقابل تولید خلاء
| سرعت خنک کننده (درجه / دقیقه) | زمان از 150 درجه تا 50 درجه (دقیقه) | پیک وکیوم (میله) | خطر سقوط برای دیوار 2.5 میلی متری | مکانیسم |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 100 | 0.1–0.2 | امن | انقباض آهسته، ورود گاز |
| 3 | 33 | 0.2–0.3 | امن | قابل قبول |
| 5 | 20 | 0.3–0.4 | حاشیه ای – مانیتور | نزدیک به حد |
| 8 | 12.5 | 0.5–0.6 | High (>خطر 50 درصد) | تراکم به خلاء می افزاید |
| 10 | 10 | 0.6–0.7 | بسیار بالا (80 درصد خطر) | احتمال سقوط |
| 15 | 6.7 | 0.7–0.8 | تقریباً قطعی است | فرو ریختن |
| 20 | 5 | 0.8–0.9 | معین | فروپاشی فوری |
استراتژی های پیشگیری
| روش | اثربخشی | پیاده سازی | هزینه |
|---|---|---|---|
| مخزن هواگیری در هنگام خنک شدن (دریچه باز) | 100% | شیر فشار / خلاء را نصب کنید | $50 |
| محدود کردن سرعت خنک کننده به<5°C/min | 90% | کنترل جریان آب خنک کننده | 0 دلار (عملیاتی) |
| از دیواره PFA ضخیم تر (3.5 میلی متر) استفاده کنید | 70% (فشار فروپاشی را تا 1.2 بار افزایش می دهد) | غلاف ضخیم تر را مشخص کنید | +20% هزینه |
| بر روی مخزن وکیوم شکن نصب کنید | 100% | دریچه چک با بارگذاری فنری- در خلاء 0.1 بار باز می شود | $100 |
| شکاف حلقوی پیش{0}فشار با N2 (2 بار) | 90% | بخاری آب بندی شده با گاز پرکن | +30% هزینه |
| از کلاهک انتهایی گشاد شده (محکم تر در برابر فرو ریختن) استفاده کنید | 40% | بهتر از جوش داده شده است، اما هنوز فرو می ریزد | +20% هزینه |
مثال میدانی
یک کارخانه شیمیایی دارای یک راکتور 1000 لیتری با بخاری PFA (دیواره 2.5 میلی متری) بود. در طول یک خاموشی اضطراری، آب خنک کننده با جریان کامل اعمال می شد - نرخ خنک کننده 15 درجه در دقیقه. راکتور پلمپ شد. بخاری فرو ریخت (چروک شد) اما پاره نشد. کارخانه یک خلاء شکن (1/2 اینچ، تنظیم شده در خلاء 0.1 بار) نصب کرد. هیچ فروپاشی دیگری رخ نداد. بخاری 3 سال دیگر به کار خود ادامه داد. قیمت جاروبرقی 75 دلار است.
تشخیص فروپاشی
پس از خنک شدن سریع، بخاری PFA را بررسی کنید:
بصری: به دنبال چین و چروک های محیطی یا یک قسمت صاف باشید. انگشتان را در امتداد غلاف بکشید؛ یک بخش فرو ریخته احساس ناهمواری می کند.
اندازه گیری قطر: از کولیس استفاده کنید. غلاف فرو ریخته ممکن است قطر کمتری داشته باشد (0.5-1.5 میلی متر کوچکتر).
مقاومت عایق: فروپاشی به ندرت باعث خرابی فوری الکتریکی می شود، اما چین و چروک ها باعث افزایش استرس می شوند که ممکن است بعدا ترک بخورند.
اگر خرابی تشخیص داده شد، بخاری را در قطعی برنامه ریزی شده بعدی تعویض کنید. سالها به کار خود ادامه ندهید. چین ها در نهایت ترک خواهند خورد.
نتیجهگیری: برای دیوار 2.5 میلیمتری سرعت خنکسازی را به 5 درجه در دقیقه محدود کنید
برای دیوار بخاری 2.5 میلی متری PFA، حداکثر سرعت مجاز خنک کننده برای جلوگیری از فروپاشی خلاء 5 درجه در دقیقه است. خنک شدن سریعتر (10-20 درجه در دقیقه) می تواند خلاء 0.6-0.8 بار ایجاد کند که از فشار کمانش بحرانی PFA (0.6-0.8 بار) فراتر رفته و باعث فرو ریختن غلاف به سمت داخل شود. برای جلوگیری از فروریختن، مخزن را در حین خنک شدن تخلیه کنید، یک خلاء شکن نصب کنید، یا جریان آب خنک کننده را برای محدود کردن سرعت کنترل کنید. خلاء شکن ساده ترین و مطمئن ترین راه حل است. بخاری ممکن است در یک خنک شدن سریع دوام بیاورد، اما تکرار اتفاقات باعث ترک خوردن خستگی می شود. به آرامی خنک کنید، هوا را آزاد کنید، از فرو ریختن جلوگیری کنید. غلاف PFA در کشش قوی است اما در فشار ضعیف است. به محدودیت ها احترام بگذارید و بخاری شما گرد می ماند. آن را نادیده بگیرید و چین و چروک می شود. چین و چروک منجر به ترک می شود. ترک ها منجر به شکست می شوند. هواگیری کنید و به آرامی خنک کنید. این قاعده است.
