حداکثر دمای مجاز دیوار برای لوله های مبدل حرارتی PTFE در اسید سولفوریک چقدر است؟

دمای دیوار که مکانیسم تخریب را تعیین می کند

یک خط آندایزینگ اسید سولفوریک که در دمای 20 درجه با اسید سولفوریک 15 درصد کار می کند به مبدل حرارتی برای خنک سازی نیاز دارد. دمای دیواره لوله نزدیک به دمای فرآیند است زیرا شار گرما کم است و آب خنک کننده تنها چند درجه کمتر از فرآیند است. لوله PTFE در دمای 20 تا 25 درجه کار می کند که بسیار کمتر از دمایی است که در آن مکانیسم تخریب فعال می شود. طول عمر لوله توسط عوامل مکانیکی تعیین می شود و عمر مفید آن 15 تا 20 سال است.

یک مرکز فرآوری شیمیایی که اسید سولفوریک را در دمای 150 درجه تغلیظ می کند، برای گرمایش به مبدل حرارتی نیاز دارد. دمای دیواره لوله توسط شار حرارتی و مقاومت حرارتی دیواره لوله تعیین می شود. برای شار حرارتی 2.0 W/cm² و دیوار 0.8 میلی متر، دمای دیوار تقریباً 215 درجه است. در این دما، اسید سولفوریک با سرعت قابل اندازه گیری به PTFE حمله می کند و عمر لوله به جای عوامل مکانیکی، توسط تخریب شیمیایی تعیین می شود.

آستانه دمای دیوار بین این دو رژیم تقریباً 180-200 درجه برای سرویس اسید سولفوریک است. در زیر این آستانه، سرعت تخریب کند است و عمر لوله توسط عوامل مکانیکی تعیین می شود. بالاتر از این آستانه، سرعت تخریب به سرعت افزایش می‌یابد و عمر لوله با افزایش دما کاهش می‌یابد.

مکانیسم تخریب شیمیایی بالای آستانه

تخریب PTFE در اسید سولفوریک داغ از طریق اکسیداسیون نواحی آمورف پلیمر اتفاق می افتد. اسید سولفوریک، به ویژه در غلظت بالا، یک عامل اکسید کننده قوی در دمای بالا است. اسید به انتهای زنجیره و محل های نقص در نواحی بی شکل حمله می کند، زنجیره های پلیمری را می شکند و قطعات کوچکتری ایجاد می کند که حل می شوند یا توسط سیال فرآیند منتقل می شوند.

سرعت تخریب به طور تصاعدی با دما افزایش می یابد. افزایش 10 درجه ای دما میزان تخریب را تقریباً دو برابر می کند. تفاوت بین 180 درجه و 220 درجه ضریب 16 در میزان تخریب است.

تخریب در سراسر دیواره لوله یکنواخت نیست. حمله از سطح شروع می شود و به داخل گسترش می یابد. سطح ناصاف و متخلخل می شود و مقاومت مکانیکی کاهش می یابد. دیواره لوله به مرور زمان نازک می شود و در نهایت لوله پاره می شود.

اثر غلظت اسید

سرعت تخریب بستگی به غلظت اسید سولفوریک دارد. اسید سولفوریک رقیق (زیر 50%) پتانسیل اکسیداسیون کمتری نسبت به اسید غلیظ (بالاتر از 90%) دارد. سرعت تخریب در اسید سولفوریک 50 درصد در دمای 200 درجه تقریباً نصف میزان اسید سولفوریک 98 درصد در همان دما است.

اثر غلظت به ویژه در سرویس غلظت اسید سولفوریک مهم است، جایی که غلظت اسید با تبخیر آب افزایش می‌یابد. لوله‌های مبدل حرارتی در انتهای متمرکز سیستم، غلظت اسید و سرعت تخریب بالاتری نسبت به لوله‌های انتهای رقیق دارند.

اثر اکسید کننده آلاینده ها

سرعت تخریب با اکسید کردن آلاینده‌ها در اسید سولفوریک تسریع می‌شود. اسید نیتریک، اسید کرومیک و پراکسید هیدروژن آلاینده های رایجی هستند که پتانسیل اکسیداسیون اسید را افزایش می دهند. حتی چند درصد اسید نیتریک می تواند سرعت تجزیه را دو تا سه برابر افزایش دهد.

همچنین آلاینده ها بر حداکثر دمای مجاز دیوار تأثیر می گذارند. در اسید سولفوریک تمیز، آستانه تقریباً 200 درجه است. در اسید سولفوریک حاوی 5٪ اسید نیتریک، آستانه تقریباً 170 درجه است. در اسید سولفوریک حاوی 10٪ اسید نیتریک، آستانه تقریباً 150 درجه است.

کمی کردن دمای مجاز دیوار

جدول زیر حداکثر دمای مجاز دیوار را برای شرایط مختلف سرویس اسید سولفوریک بر اساس طول عمر مورد نیاز 10 سال خلاصه می کند.

حداکثر مقادیر مجاز دمای دیوار طول عمر مورد نیاز 10 سال و حداقل ضخامت دیوار مجاز 0.3 میلی متر را فرض می کند. نرخ های تخریب بر اساس داده های میدانی از خدمات اسید سولفوریک و آزمایش های آزمایشگاهی است.

برهمکنش استرس مکانیکی

حداکثر دمای مجاز دیواره تحت تأثیر فشار مکانیکی روی لوله است. ترکیب تنش حرارتی و تنش فشاری دمای مجاز را کاهش می دهد زیرا سرعت تخریب با تنش افزایش می یابد.

استرس مکانیکی دو اثر دارد. ابتدا، تنش با باز کردن نواحی آمورف پلیمر، سرعت انتشار اسید به PTFE را افزایش می‌دهد. ثانیاً، تنش باعث کاهش استحکام مکانیکی لوله می شود که باعث کاهش اتلاف دیواره مجاز قبل از پارگی می شود.

اثر تنش به ویژه در اتصالات لوله به ورق لوله، جایی که غلظت تنش بالاترین است، مهم است. حداکثر دمای مجاز دیوار در محل اتصال معمولاً 10 تا 20 درجه کمتر از بدنه لوله است.

ویژگی های طراحی که دمای دیوار را کاهش می دهد

چندین ویژگی طراحی، دمای دیواره لوله را برای یک بار حرارتی معین کاهش می دهد.

سطح بزرگتر.سطح بزرگتر شار گرما را کاهش می دهد که دمای دیوار را کاهش می دهد. افزایش 50 درصدی سطح، شار گرما و دمای دیواره را تقریباً 33 درصد کاهش می دهد.

دیواره لوله نازکتریک دیوار نازکتر مقاومت حرارتی و دمای دیواره را برای شار حرارتی یکسان کاهش می دهد. یک دیوار 0.5 میلی متری دارای نصف مقاومت حرارتی یک دیوار 1.0 میلی متری است.

مواد لوله رسانایی بالاتریک ترکیب PTFE پر شده با هدایت حرارتی 0.5 W/m·K دارای نصف مقاومت حرارتی دیواره PTFE بکر است.

سرعت جریان فرآیند بالاترسرعت جریان بالاتر، ضریب لایه جانبی فرآیند-را افزایش می‌دهد و دمای دیواره را کاهش می‌دهد.

سرویس{0}}سرعت جریان جانبی بالاتر.سرعت بخار یا آب گرم بالاتر ضریب فیلم جانبی سرویس را افزایش می دهد و دمای دیوار را کاهش می دهد.

هدر توزیع جریان.هدر توزیع جریان جریان یکنواخت را در سراسر بسته لوله تضمین می کند که از نقاط داغ موضعی جلوگیری می کند.

مقایسه مواد لوله برای سرویس‌های اسید سولفوریک در دمای بالا{{0}

جدول زیر حداکثر دمای مجاز دیوار و طول عمر مواد مختلف لوله PTFE را در سرویس اسید سولفوریک 98 درصد با شار حرارتی 1.5 وات بر سانتی متر مربع خلاصه می کند.

مقادیر عمر مفید بر اساس داده های میدانی و آزمایش های آزمایشگاهی تخمین زده می شود. عمر واقعی با شیمی اسید، تنش مکانیکی و شیوه های عملیاتی متفاوت خواهد بود.

پارامترهای مشخصات برای سرویس اسید سولفوریک

مهندسان تجهیزاتی که یک مبدل حرارتی PTFE را برای خدمات اسید سولفوریک مشخص می‌کنند، باید پارامترهای زیر را با تامین‌کننده تأیید کنند.

غلظت اسیدحداکثر غلظت و محدوده مورد انتظار را مشخص کنید.

آلاینده های اکسید کنندهغلظت اسید نیتریک، اسید کرومیک، پراکسید هیدروژن یا سایر گونه های اکسید کننده را مشخص کنید.

دمای عملیاتیحداکثر دمای عملیاتی و مشخصات دمای مورد انتظار را مشخص کنید.

بار حرارتی و مساحت سطح.بار حرارتی و سطح مورد نیاز را مشخص کنید.

شار حرارتی.حداکثر شار حرارتی مجاز را بر اساس حد دمای دیوار مشخص کنید.

ضخامت دیواره لولهضخامت دیواره لوله را بر اساس شار حرارتی و دمای مجاز دیوار مشخص کنید.

مواد لوله.مواد لوله را بر اساس دمای دیواره و میزان تخریب مشخص کنید.

مورد نیاز عمر مفید.طول عمر مورد انتظار و برنامه تعویض را مشخص کنید.

نظارت بر دماسنسورهای دما و روش نظارت برای ردیابی دمای دیوار را مشخص کنید.

تطبیق دمای دیوار با الزامات عمر مفید

حداکثر دمای مجاز دیواره برای لوله های مبدل حرارتی PTFE در سرویس اسید سولفوریک به غلظت اسید، آلاینده های اکسید کننده و طول عمر مورد نیاز بستگی دارد. در زیر آستانه 180-200 درجه، سرعت تخریب کند است و عمر لوله توسط عوامل مکانیکی تعیین می شود. بالاتر از آستانه، نرخ تخریب به صورت تصاعدی افزایش می‌یابد و عمر لوله به سرعت با افزایش دما کاهش می‌یابد.

دمای دیوار باید بر اساس طول عمر مورد نیاز و کل هزینه مالکیت انتخاب شود. دمای دیواره کمتر به سطح بزرگتر یا مواد لوله با رسانایی بالاتر نیاز دارد که هزینه سرمایه را افزایش می دهد. اما دمای پایین دیواره باعث افزایش طول عمر لوله و کاهش هزینه نگهداری می شود.

برای تأسیسات خدمات اسید سولفوریک که گزینه‌های مبدل حرارتی PTFE را ارزیابی می‌کنند، دمای دیوار باید در اسناد خرید مشخص شده و در هنگام راه‌اندازی تأیید شود. پیکربندی پیش‌فرض ارائه‌شده توسط سازنده ممکن است برای فشردگی به‌جای عمر مفید بهینه‌سازی شود و دمای دیوار حاصل ممکن است از آستانه تخریب فراتر رود.

مهندسان تجهیزات و متخصصان تدارکاتی که مشخصات مبدل حرارتی PTFE را برای اسید سولفوریک یا سایر خدمات خورنده ارزیابی می‌کنند، می‌توانند یک بازنگری طراحی را در مورد غلظت اسید، آلاینده‌های اکسیدکننده، دمای عملیاتی، شار گرما، ضخامت دیواره لوله و مواد لوله درخواست کنند تا تأیید کنند که واحد با شرایط خدمات واقعی و طول عمر مورد نیاز تاسیسات مطابقت دارد.

دمای دیوار که مکانیسم تخریب را تعیین می کند

یک خط آندایزینگ اسید سولفوریک که در دمای 20 درجه با اسید سولفوریک 15 درصد کار می کند به مبدل حرارتی برای خنک سازی نیاز دارد. دمای دیواره لوله نزدیک به دمای فرآیند است زیرا شار گرما کم است و آب خنک کننده تنها چند درجه کمتر از فرآیند است. لوله PTFE در دمای 20 تا 25 درجه کار می کند که بسیار کمتر از دمایی است که در آن مکانیسم تخریب فعال می شود. طول عمر لوله توسط عوامل مکانیکی تعیین می شود و عمر مفید آن 15 تا 20 سال است.

یک مرکز فرآوری شیمیایی که اسید سولفوریک را در دمای 150 درجه تغلیظ می کند، برای گرمایش به مبدل حرارتی نیاز دارد. دمای دیواره لوله توسط شار حرارتی و مقاومت حرارتی دیواره لوله تعیین می شود. برای شار حرارتی 2.0 W/cm² و دیوار 0.8 میلی متر، دمای دیوار تقریباً 215 درجه است. در این دما، اسید سولفوریک با سرعت قابل اندازه گیری به PTFE حمله می کند و عمر لوله به جای عوامل مکانیکی، توسط تخریب شیمیایی تعیین می شود.

آستانه دمای دیوار بین این دو رژیم تقریباً 180-200 درجه برای سرویس اسید سولفوریک است. در زیر این آستانه، سرعت تخریب کند است و عمر لوله توسط عوامل مکانیکی تعیین می شود. بالاتر از این آستانه، سرعت تخریب به سرعت افزایش می‌یابد و عمر لوله با افزایش دما کاهش می‌یابد.

مکانیسم تخریب شیمیایی بالای آستانه

تخریب PTFE در اسید سولفوریک داغ از طریق اکسیداسیون نواحی آمورف پلیمر اتفاق می افتد. اسید سولفوریک، به ویژه در غلظت بالا، یک عامل اکسید کننده قوی در دمای بالا است. اسید به انتهای زنجیره و محل های نقص در نواحی بی شکل حمله می کند، زنجیره های پلیمری را می شکند و قطعات کوچکتری ایجاد می کند که حل می شوند یا توسط سیال فرآیند منتقل می شوند.

سرعت تخریب به طور تصاعدی با دما افزایش می یابد. افزایش 10 درجه ای دما میزان تخریب را تقریباً دو برابر می کند. تفاوت بین 180 درجه و 220 درجه ضریب 16 در میزان تخریب است.

تخریب در سراسر دیواره لوله یکنواخت نیست. حمله از سطح شروع می شود و به داخل گسترش می یابد. سطح ناصاف و متخلخل می شود و مقاومت مکانیکی کاهش می یابد. دیواره لوله به مرور زمان نازک می شود و در نهایت لوله پاره می شود.

اثر غلظت اسید

سرعت تخریب بستگی به غلظت اسید سولفوریک دارد. اسید سولفوریک رقیق (زیر 50%) پتانسیل اکسیداسیون کمتری نسبت به اسید غلیظ (بالاتر از 90%) دارد. سرعت تخریب در اسید سولفوریک 50 درصد در دمای 200 درجه تقریباً نصف میزان اسید سولفوریک 98 درصد در همان دما است.

اثر غلظت به ویژه در سرویس غلظت اسید سولفوریک مهم است، جایی که غلظت اسید با تبخیر آب افزایش می‌یابد. لوله‌های مبدل حرارتی در انتهای متمرکز سیستم، غلظت اسید و سرعت تخریب بالاتری نسبت به لوله‌های انتهای رقیق دارند.

اثر اکسید کننده آلاینده ها

سرعت تخریب با اکسید کردن آلاینده‌ها در اسید سولفوریک تسریع می‌شود. اسید نیتریک، اسید کرومیک و پراکسید هیدروژن آلاینده های رایجی هستند که پتانسیل اکسیداسیون اسید را افزایش می دهند. حتی چند درصد اسید نیتریک می تواند سرعت تجزیه را دو تا سه برابر افزایش دهد.

همچنین آلاینده ها بر حداکثر دمای مجاز دیوار تأثیر می گذارند. در اسید سولفوریک تمیز، آستانه تقریباً 200 درجه است. در اسید سولفوریک حاوی 5٪ اسید نیتریک، آستانه تقریباً 170 درجه است. در اسید سولفوریک حاوی 10٪ اسید نیتریک، آستانه تقریباً 150 درجه است.

کمی کردن دمای مجاز دیوار

جدول زیر حداکثر دمای مجاز دیوار را برای شرایط مختلف سرویس اسید سولفوریک بر اساس طول عمر مورد نیاز 10 سال خلاصه می کند.

حداکثر مقادیر مجاز دمای دیوار طول عمر مورد نیاز 10 سال و حداقل ضخامت دیوار مجاز 0.3 میلی متر را فرض می کند. نرخ های تخریب بر اساس داده های میدانی از خدمات اسید سولفوریک و آزمایش های آزمایشگاهی است.

برهمکنش استرس مکانیکی

حداکثر دمای مجاز دیواره تحت تأثیر فشار مکانیکی روی لوله است. ترکیب تنش حرارتی و تنش فشاری دمای مجاز را کاهش می دهد زیرا سرعت تخریب با تنش افزایش می یابد.

استرس مکانیکی دو اثر دارد. ابتدا، تنش با باز کردن نواحی آمورف پلیمر، سرعت انتشار اسید به PTFE را افزایش می‌دهد. ثانیاً، تنش باعث کاهش استحکام مکانیکی لوله می شود که باعث کاهش اتلاف دیواره مجاز قبل از پارگی می شود.

اثر تنش به ویژه در اتصالات لوله به ورق لوله، جایی که غلظت تنش بالاترین است، مهم است. حداکثر دمای مجاز دیوار در محل اتصال معمولاً 10 تا 20 درجه کمتر از بدنه لوله است.

ویژگی های طراحی که دمای دیوار را کاهش می دهد

چندین ویژگی طراحی، دمای دیواره لوله را برای یک بار حرارتی معین کاهش می دهد.

سطح بزرگتر.سطح بزرگتر شار گرما را کاهش می دهد که دمای دیوار را کاهش می دهد. افزایش 50 درصدی سطح، شار گرما و دمای دیواره را تقریباً 33 درصد کاهش می دهد.

دیواره لوله نازکتریک دیوار نازکتر مقاومت حرارتی و دمای دیواره را برای شار حرارتی یکسان کاهش می دهد. یک دیوار 0.5 میلی متری دارای نصف مقاومت حرارتی یک دیوار 1.0 میلی متری است.

مواد لوله رسانایی بالاتریک ترکیب PTFE پر شده با هدایت حرارتی 0.5 W/m·K دارای نصف مقاومت حرارتی دیواره PTFE بکر است.

سرعت جریان فرآیند بالاترسرعت جریان بالاتر، ضریب لایه جانبی فرآیند-را افزایش می‌دهد و دمای دیواره را کاهش می‌دهد.

سرویس{0}}سرعت جریان جانبی بالاتر.سرعت بخار یا آب گرم بالاتر ضریب فیلم جانبی سرویس را افزایش می دهد و دمای دیوار را کاهش می دهد.

هدر توزیع جریان.هدر توزیع جریان جریان یکنواخت را در سراسر بسته لوله تضمین می کند که از نقاط داغ موضعی جلوگیری می کند.

مقایسه مواد لوله برای سرویس‌های اسید سولفوریک در دمای بالا{{0}

جدول زیر حداکثر دمای مجاز دیوار و طول عمر مواد مختلف لوله PTFE را در سرویس اسید سولفوریک 98 درصد با شار حرارتی 1.5 وات بر سانتی متر مربع خلاصه می کند.

مقادیر عمر مفید بر اساس داده های میدانی و آزمایش های آزمایشگاهی تخمین زده می شود. عمر واقعی با شیمی اسید، تنش مکانیکی و شیوه های عملیاتی متفاوت خواهد بود.

پارامترهای مشخصات برای سرویس اسید سولفوریک

مهندسان تجهیزاتی که یک مبدل حرارتی PTFE را برای خدمات اسید سولفوریک مشخص می‌کنند، باید پارامترهای زیر را با تامین‌کننده تأیید کنند.

غلظت اسیدحداکثر غلظت و محدوده مورد انتظار را مشخص کنید.

آلاینده های اکسید کنندهغلظت اسید نیتریک، اسید کرومیک، پراکسید هیدروژن یا سایر گونه های اکسید کننده را مشخص کنید.

دمای عملیاتیحداکثر دمای عملیاتی و مشخصات دمای مورد انتظار را مشخص کنید.

بار حرارتی و مساحت سطح.بار حرارتی و سطح مورد نیاز را مشخص کنید.

شار حرارتی.حداکثر شار حرارتی مجاز را بر اساس حد دمای دیوار مشخص کنید.

ضخامت دیواره لولهضخامت دیواره لوله را بر اساس شار حرارتی و دمای مجاز دیوار مشخص کنید.

مواد لوله.مواد لوله را بر اساس دمای دیواره و میزان تخریب مشخص کنید.

مورد نیاز عمر مفید.طول عمر مورد انتظار و برنامه تعویض را مشخص کنید.

نظارت بر دماسنسورهای دما و روش نظارت برای ردیابی دمای دیوار را مشخص کنید.

تطبیق دمای دیوار با الزامات عمر مفید

حداکثر دمای مجاز دیواره برای لوله های مبدل حرارتی PTFE در سرویس اسید سولفوریک به غلظت اسید، آلاینده های اکسید کننده و طول عمر مورد نیاز بستگی دارد. در زیر آستانه 180-200 درجه، سرعت تخریب کند است و عمر لوله توسط عوامل مکانیکی تعیین می شود. بالاتر از آستانه، نرخ تخریب به صورت تصاعدی افزایش می‌یابد و عمر لوله به سرعت با افزایش دما کاهش می‌یابد.

دمای دیوار باید بر اساس طول عمر مورد نیاز و کل هزینه مالکیت انتخاب شود. دمای دیواره کمتر به سطح بزرگتر یا مواد لوله با رسانایی بالاتر نیاز دارد که هزینه سرمایه را افزایش می دهد. اما دمای پایین دیواره باعث افزایش طول عمر لوله و کاهش هزینه نگهداری می شود.

برای تأسیسات خدمات اسید سولفوریک که گزینه‌های مبدل حرارتی PTFE را ارزیابی می‌کنند، دمای دیوار باید در اسناد خرید مشخص شده و در هنگام راه‌اندازی تأیید شود. پیکربندی پیش‌فرض ارائه‌شده توسط سازنده ممکن است برای فشردگی به‌جای عمر مفید بهینه‌سازی شود و دمای دیوار حاصل ممکن است از آستانه تخریب فراتر رود.

مهندسان تجهیزات و متخصصان تدارکاتی که مشخصات مبدل حرارتی PTFE را برای اسید سولفوریک یا سایر خدمات خورنده ارزیابی می‌کنند، می‌توانند یک بازنگری طراحی را در مورد غلظت اسید، آلاینده‌های اکسیدکننده، دمای عملیاتی، شار گرما، ضخامت دیواره لوله و مواد لوله درخواست کنند تا تأیید کنند که واحد با شرایط خدمات واقعی و طول عمر مورد نیاز تاسیسات مطابقت دارد.

دمای دیوار که مکانیسم تخریب را تعیین می کند

یک خط آندایزینگ اسید سولفوریک که در دمای 20 درجه با اسید سولفوریک 15 درصد کار می کند به مبدل حرارتی برای خنک سازی نیاز دارد. دمای دیواره لوله نزدیک به دمای فرآیند است زیرا شار گرما کم است و آب خنک کننده تنها چند درجه کمتر از فرآیند است. لوله PTFE در دمای 20 تا 25 درجه کار می کند که بسیار کمتر از دمایی است که در آن مکانیسم تخریب فعال می شود. طول عمر لوله توسط عوامل مکانیکی تعیین می شود و عمر مفید آن 15 تا 20 سال است.

یک مرکز فرآوری شیمیایی که اسید سولفوریک را در دمای 150 درجه تغلیظ می کند، برای گرمایش به مبدل حرارتی نیاز دارد. دمای دیواره لوله توسط شار حرارتی و مقاومت حرارتی دیواره لوله تعیین می شود. برای شار حرارتی 2.0 W/cm² و دیوار 0.8 میلی متر، دمای دیوار تقریباً 215 درجه است. در این دما، اسید سولفوریک با سرعت قابل اندازه گیری به PTFE حمله می کند و عمر لوله به جای عوامل مکانیکی، توسط تخریب شیمیایی تعیین می شود.

آستانه دمای دیوار بین این دو رژیم تقریباً 180-200 درجه برای سرویس اسید سولفوریک است. در زیر این آستانه، سرعت تخریب کند است و عمر لوله توسط عوامل مکانیکی تعیین می شود. بالاتر از این آستانه، سرعت تخریب به سرعت افزایش می‌یابد و عمر لوله با افزایش دما کاهش می‌یابد.

مکانیسم تخریب شیمیایی بالای آستانه

تخریب PTFE در اسید سولفوریک داغ از طریق اکسیداسیون نواحی آمورف پلیمر اتفاق می افتد. اسید سولفوریک، به ویژه در غلظت بالا، یک عامل اکسید کننده قوی در دمای بالا است. اسید به انتهای زنجیره و محل های نقص در نواحی بی شکل حمله می کند، زنجیره های پلیمری را می شکند و قطعات کوچکتری ایجاد می کند که حل می شوند یا توسط سیال فرآیند منتقل می شوند.

سرعت تخریب به طور تصاعدی با دما افزایش می یابد. افزایش 10 درجه ای دما میزان تخریب را تقریباً دو برابر می کند. تفاوت بین 180 درجه و 220 درجه ضریب 16 در میزان تخریب است.

تخریب در سراسر دیواره لوله یکنواخت نیست. حمله از سطح شروع می شود و به داخل گسترش می یابد. سطح ناصاف و متخلخل می شود و مقاومت مکانیکی کاهش می یابد. دیواره لوله به مرور زمان نازک می شود و در نهایت لوله پاره می شود.

اثر غلظت اسید

سرعت تخریب بستگی به غلظت اسید سولفوریک دارد. اسید سولفوریک رقیق (زیر 50%) پتانسیل اکسیداسیون کمتری نسبت به اسید غلیظ (بالاتر از 90%) دارد. سرعت تخریب در اسید سولفوریک 50 درصد در دمای 200 درجه تقریباً نصف میزان اسید سولفوریک 98 درصد در همان دما است.

اثر غلظت به ویژه در سرویس غلظت اسید سولفوریک مهم است، جایی که غلظت اسید با تبخیر آب افزایش می‌یابد. لوله‌های مبدل حرارتی در انتهای متمرکز سیستم، غلظت اسید و سرعت تخریب بالاتری نسبت به لوله‌های انتهای رقیق دارند.

اثر اکسید کننده آلاینده ها

سرعت تخریب با اکسید کردن آلاینده‌ها در اسید سولفوریک تسریع می‌شود. اسید نیتریک، اسید کرومیک و پراکسید هیدروژن آلاینده های رایجی هستند که پتانسیل اکسیداسیون اسید را افزایش می دهند. حتی چند درصد اسید نیتریک می تواند سرعت تجزیه را دو تا سه برابر افزایش دهد.

همچنین آلاینده ها بر حداکثر دمای مجاز دیوار تأثیر می گذارند. در اسید سولفوریک تمیز، آستانه تقریباً 200 درجه است. در اسید سولفوریک حاوی 5٪ اسید نیتریک، آستانه تقریباً 170 درجه است. در اسید سولفوریک حاوی 10٪ اسید نیتریک، آستانه تقریباً 150 درجه است.

کمی کردن دمای مجاز دیوار

جدول زیر حداکثر دمای مجاز دیوار را برای شرایط مختلف سرویس اسید سولفوریک بر اساس طول عمر مورد نیاز 10 سال خلاصه می کند.

حداکثر مقادیر مجاز دمای دیوار طول عمر مورد نیاز 10 سال و حداقل ضخامت دیوار مجاز 0.3 میلی متر را فرض می کند. نرخ های تخریب بر اساس داده های میدانی از خدمات اسید سولفوریک و آزمایش های آزمایشگاهی است.

برهمکنش استرس مکانیکی

حداکثر دمای مجاز دیواره تحت تأثیر فشار مکانیکی روی لوله است. ترکیب تنش حرارتی و تنش فشاری دمای مجاز را کاهش می دهد زیرا سرعت تخریب با تنش افزایش می یابد.

استرس مکانیکی دو اثر دارد. ابتدا، تنش با باز کردن نواحی آمورف پلیمر، سرعت انتشار اسید به PTFE را افزایش می‌دهد. ثانیاً، تنش باعث کاهش استحکام مکانیکی لوله می شود که باعث کاهش اتلاف دیواره مجاز قبل از پارگی می شود.

اثر تنش به ویژه در اتصالات لوله به ورق لوله، جایی که غلظت تنش بالاترین است، مهم است. حداکثر دمای مجاز دیوار در محل اتصال معمولاً 10 تا 20 درجه کمتر از بدنه لوله است.

ویژگی های طراحی که دمای دیوار را کاهش می دهد

چندین ویژگی طراحی، دمای دیواره لوله را برای یک بار حرارتی معین کاهش می دهد.

سطح بزرگتر.سطح بزرگتر شار گرما را کاهش می دهد که دمای دیوار را کاهش می دهد. افزایش 50 درصدی سطح، شار گرما و دمای دیواره را تقریباً 33 درصد کاهش می دهد.

دیواره لوله نازکتریک دیوار نازکتر مقاومت حرارتی و دمای دیواره را برای شار حرارتی یکسان کاهش می دهد. یک دیوار 0.5 میلی متری دارای نصف مقاومت حرارتی یک دیوار 1.0 میلی متری است.

مواد لوله رسانایی بالاتریک ترکیب PTFE پر شده با هدایت حرارتی 0.5 W/m·K دارای نصف مقاومت حرارتی دیواره PTFE بکر است.

سرعت جریان فرآیند بالاترسرعت جریان بالاتر، ضریب لایه جانبی فرآیند-را افزایش می‌دهد و دمای دیواره را کاهش می‌دهد.

سرویس{0}}سرعت جریان جانبی بالاتر.سرعت بخار یا آب گرم بالاتر ضریب فیلم جانبی سرویس را افزایش می دهد و دمای دیوار را کاهش می دهد.

هدر توزیع جریان.هدر توزیع جریان جریان یکنواخت را در سراسر بسته لوله تضمین می کند که از نقاط داغ موضعی جلوگیری می کند.

مقایسه مواد لوله برای سرویس‌های اسید سولفوریک در دمای بالا{{0}

جدول زیر حداکثر دمای مجاز دیوار و طول عمر مواد مختلف لوله PTFE را در سرویس اسید سولفوریک 98 درصد با شار حرارتی 1.5 وات بر سانتی متر مربع خلاصه می کند.

مقادیر عمر مفید بر اساس داده های میدانی و آزمایش های آزمایشگاهی تخمین زده می شود. عمر واقعی با شیمی اسید، تنش مکانیکی و شیوه های عملیاتی متفاوت خواهد بود.

پارامترهای مشخصات برای سرویس اسید سولفوریک

مهندسان تجهیزاتی که یک مبدل حرارتی PTFE را برای خدمات اسید سولفوریک مشخص می‌کنند، باید پارامترهای زیر را با تامین‌کننده تأیید کنند.

غلظت اسیدحداکثر غلظت و محدوده مورد انتظار را مشخص کنید.

آلاینده های اکسید کنندهغلظت اسید نیتریک، اسید کرومیک، پراکسید هیدروژن یا سایر گونه های اکسید کننده را مشخص کنید.

دمای عملیاتیحداکثر دمای عملیاتی و مشخصات دمای مورد انتظار را مشخص کنید.

بار حرارتی و مساحت سطح.بار حرارتی و سطح مورد نیاز را مشخص کنید.

شار حرارتی.حداکثر شار حرارتی مجاز را بر اساس حد دمای دیوار مشخص کنید.

ضخامت دیواره لولهضخامت دیواره لوله را بر اساس شار حرارتی و دمای مجاز دیوار مشخص کنید.

مواد لوله.مواد لوله را بر اساس دمای دیواره و میزان تخریب مشخص کنید.

مورد نیاز عمر مفید.طول عمر مورد انتظار و برنامه تعویض را مشخص کنید.

نظارت بر دماسنسورهای دما و روش نظارت برای ردیابی دمای دیوار را مشخص کنید.

تطبیق دمای دیوار با الزامات عمر مفید

حداکثر دمای مجاز دیواره برای لوله های مبدل حرارتی PTFE در سرویس اسید سولفوریک به غلظت اسید، آلاینده های اکسید کننده و طول عمر مورد نیاز بستگی دارد. در زیر آستانه 180-200 درجه، سرعت تخریب کند است و عمر لوله توسط عوامل مکانیکی تعیین می شود. بالاتر از آستانه، نرخ تخریب به صورت تصاعدی افزایش می‌یابد و عمر لوله به سرعت با افزایش دما کاهش می‌یابد.

دمای دیوار باید بر اساس طول عمر مورد نیاز و کل هزینه مالکیت انتخاب شود. دمای دیواره کمتر به سطح بزرگتر یا مواد لوله با رسانایی بالاتر نیاز دارد که هزینه سرمایه را افزایش می دهد. اما دمای پایین دیواره باعث افزایش طول عمر لوله و کاهش هزینه نگهداری می شود.

برای تأسیسات خدمات اسید سولفوریک که گزینه‌های مبدل حرارتی PTFE را ارزیابی می‌کنند، دمای دیوار باید در اسناد خرید مشخص شده و در هنگام راه‌اندازی تأیید شود. پیکربندی پیش‌فرض ارائه‌شده توسط سازنده ممکن است برای فشردگی به‌جای عمر مفید بهینه‌سازی شود و دمای دیوار حاصل ممکن است از آستانه تخریب فراتر رود.

مهندسان تجهیزات و متخصصان تدارکاتی که مشخصات مبدل حرارتی PTFE را برای اسید سولفوریک یا سایر خدمات خورنده ارزیابی می‌کنند، می‌توانند یک بازنگری طراحی را در مورد غلظت اسید، آلاینده‌های اکسیدکننده، دمای عملیاتی، شار گرما، ضخامت دیواره لوله و مواد لوله درخواست کنند تا تأیید کنند که واحد با شرایط خدمات واقعی و طول عمر مورد نیاز تاسیسات مطابقت دارد.