شوک مکانیکی و ارتعاش چگونه کاربرد مبدل های حرارتی گرافیت را محدود می کند؟

گرافیت یک ماده{0}}شبیه سرامیکی است که تحت فشار قوی است اما شکننده است. یک تکان یا جهش فشار یا ارتعاش مداوم می تواند مبدل گرافیت را شکسته و باعث از کار افتادن آن به طور فاجعه بار شود، به گونه ای که لوله های PTFE انعطاف پذیر هرگز این کار را نخواهند کرد. 9. گرافیت دارای مقاومت در برابر خوردگی و هدایت حرارتی عالی است، اما از نظر مکانیکی شکننده است و از این رو از نظر مکان نصب ایمن کاملاً محدود است. درک محدودیت مبدل حرارتی گرافیت شوک مکانیکی در انتخاب تجهیزاتی که در طول عمر مفید آن قابل اعتماد باشند، مهم است.

گرافیت شکننده است، شکل پذیری ندارد، هیچ هشداری ندارد
گرافیت اساساً هیچ شکل پذیری یا رفتار تسلیم قبل از شکستگی ندارد. در حالی که فلزات از نظر پلاستیک قابل تغییر شکل هستند و تحت تنش کشیده می شوند، و PTFE قبل از گسیختگی تا حد زیادی کشیده می شود، گرافیت یک جامد شکننده است. نه انعطاف پذیر است و نه کشسان. می شکند. استحکام کششی گرافیت غیرقابل نفوذ معمولاً 10-20 مگاپاسکال است که مشابه PTFE است. با این حال، ظرفیت PTFE برای تغییر شکل پلاستیکی و جذب انرژی به این معنی است که در برابر ضربه بسیار مقاوم است. از سوی دیگر، گرافیت انرژی الاستیک را تا رسیدن به یک سطح تنش بحرانی جمع می‌کند و سپس بدون تغییر شکل قبلی، ناگهان شکسته می‌شود.

چنین شکنندگی باعث می‌شود مبدل‌های حرارتی گرافیت در برابر بارهای مکانیکی سریع، ضربه‌های شدید یا چرخه تنش مکرر مقاومت کنند. فشار بیش از حد یا لرزش متوسط ​​در طول زمان می تواند باعث ایجاد ترک هایی شود که از طریق بلوک ها، لوله ها یا صفحات لوله منتشر می شوند.

خطرات مکانیکی خاص برای مبدل های حرارتی گرافیت
چکش آب موج فشار مخفی
توقف ناگهانی جریان، شروع پمپ یا بسته شدن شیر باعث ایجاد موج فشاری می شود که با سرعت صوت از لوله ها عبور می کند. این ضربه چکش آب می تواند فشارهایی چندین برابر فشار طراحی سیستم ایجاد کند. چنین ضربه قوی می تواند فورا بلوک ها یا لوله های یک مبدل گرافیت را بشکند. گرافیت مانند طبیعت سرامیکی است{3} و انرژی ناشی از افزایش فشار را از طریق تغییر شکل الاستیک جذب نمی‌کند. موج فشار معمولاً در اطراف اتصالات نازل یا گوشه بلوک ها نقطه ضعیفی پیدا می کند و شروع به شکستگی می کند.

گرافیت یک انتخاب پرخطر در هر سیستمی است که امکان چکش آبی وجود دارد. علل معمولی چکش آب عبارتند از متراکم شدن خطوط بخار، مسیرهای طولانی لوله با دریچه‌های سریع بسته-و خطوط تخلیه پمپ با اندازه نامناسب. یک مبدل حرارتی گرافیتی می‌تواند در اثر یک رویداد شدید از داخل آسیب ببیند، حتی زمانی که هیچ آسیب ظاهری آشکاری وجود نداشته باشد.

خستگی ارتعاشی تجهیزات دوار
پمپ ها، کمپرسورها، همزن ها و ماشین های ریسندگی اطراف، ارتعاش مداوم را از طریق پوسته لوله و مبدل منتقل می کنند. این ارتعاش مکانیکی می تواند اجزای گرافیت را در طول زمان تحت فشار قرار دهد، به ویژه در اتصالات، اتصالات لوله به-لوله، یا زمانی که لوله های غیر قابل انعطاف مستقیماً به نازل های مبدل متصل می شوند. ارتعاشات نباید شدید باشند. نوسانات با دامنه متوسط ​​و فرکانس بالا می توانند ریزترک هایی ایجاد کنند که به طور پیوسته منتشر می شوند تا زمانی که شکستگی کامل رخ دهد.

مبدل های گرافیت به یک محیط خدمات مکانیکی "آرام" نیاز دارند. نصب آن بر روی همان اسکلت پمپ رفت و برگشتی یا درست در کنار یک فن نامتعادل، دستوری برای خرابی زودرس است. در برخی موقعیت‌ها، فرکانس‌های ذاتی لوله‌ها یا بلوک‌های گرافیتی می‌توانند حتی با ارتعاش ناشی از جریان سیال آشفته که از کانال‌های مبدل جریان می‌یابد، تحریک شوند.

آسیب از طریق جابجایی و مراقبت
شکنندگی بر نصب و سرویس نیز تأثیر می گذارد. یک ابزار افتاده، ضربه به نازل گرافیت، فلنج لوله سنگین که از تراز خارج شده است، حتی سفت شدن بیش از حد بست های روی یک پوشش می تواند باعث ایجاد ترک شود. مبدل های فلزی می توانند در حین مونتاژ به سختی کار کنند، در حالی که واحدهای گرافیتی باید با احتیاط کار شوند. یکی دیگر از نگرانی های اصلی آسیب حمل و نقل است: یک پالت که هنگام تخلیه بارگیری می شود می تواند یک بلوک گرافیتی را حتی قبل از اینکه سرویس ببیند بشکند.

اقدامات کاهش مبدل گرافیت
اگر قرار است از مبدل های حرارتی گرافیتی در مکان هایی استفاده شود که ممکن است شوک مکانیکی یا لرزش وجود داشته باشد، تعدادی روش طراحی و نصب وجود دارد که ممکن است خطر را کاهش دهد:

اقدام کاهش خطر
چکش آب از شیرهای آهسته بسته شونده، سرکوبگرها یا انباشته ها استفاده کنید. از شیرهای برقی روی جریان سیال به مبدل استفاده نکنید که به سرعت بسته می شوند. طراحی لوله برای به حداقل رساندن نوسانات سریع در جریان.
لرزش لوله‌ها اتصالات انعطاف‌پذیر (شلنگ‌های فلزی بافته شده یا اتصالات انبساط) را بین لوله‌های صلب و نازل‌های مبدل قرار دهید. لوله ها را به طور جداگانه در نزدیکی مبدل نگه دارید تا از انتقال بار جلوگیری شود.
لرزش پمپ‌ها یا کمپرسورها مبدل را روی پایه‌های دارای لرزش جدا کنید. مبدل با 2 تا 3 متر لوله کشی انعطاف پذیر از ماشین آلات ویبره جدا می شود.
حفاظت در برابر ضربه حفاظ ها یا قفس ها را در اطراف نازل های حساس نصب کنید. تیغه های بالابر را مستقیماً روی پوسته مبدل علامت بزنید. متخصصان تعمیر و نگهداری را در مورد تکنیک های جابجایی مناسب آموزش دهید.
شوک حرارتی کنترل سرعت گرمایش و سرمایش (معمولا<5–10°C/min). Never infuse cold fluid into a hot exchanger abruptly.
حتی با این مراحل، هیچ کاهشی نمی تواند خطر ناشی از تنش مکانیکی را به طور کامل کاهش دهد. برای کاربردهایی که نمی توان به طور ایمن از چکش آب یا ارتعاش شدید اجتناب کرد، سایر مواد مانند بسته های لوله PTFE یا مبدل های کاربید سیلیکون باید بررسی شوند.

زمانی که گرافیت کار می کند-و زمانی که کار نمی کند
مبدل‌های حرارتی گرافیت برای تاسیسات مکانیکی با ارتعاش کم-با جریان ثابت سیال، بدون افزایش فشار و اپراتورهای دقیق مناسب هستند. برنامه های کاربردی قابل قبول معمولی عبارتند از:

مایع گرمایشی یا خنک‌کننده در{0}}وضعیت ثابت در راکتورهای شیمیایی

تراکم بخارات خالص از طریق تخلیه گرانشی

سرویس بویلر با ورودی حرارتی کنترل شده

برنامه های کاربردی غیر قابل اجرا:

سیستم های میعانات حساس به چکش بخار

تاسیسات پایین دست پمپ های رفت و برگشتی

تجهیزات سیار یا دریایی آسیب پذیر در برابر حرکت و ضربه

هر سرویسی که دارای اتصالات انعطاف پذیر یا پشتیبانی مناسب برای سیستم لوله کشی نباشد.

مقایسه با PTFE: مقاومت شیمیایی در مقابل چقرمگی مکانیکی
مقایسه با ptfe گویاست. دسته های لوله PTFE در هنگام افزایش فشار خم می شوند و شوک مکانیکی را بدون آسیب جذب می کنند. PTFE می تواند لرزش مکرر و سوء استفاده متوسط ​​را تحمل کند. اما PTFE نمی تواند در همان دماهای بالای گرافیت کار کند و رسانایی حرارتی بالایی ندارد. تصمیم بین گرافیت و PTFE معمولاً یک مبادله- بین عملکرد شیمیایی/حرارتی (گرافیت) و استحکام مکانیکی (PTFE) است.

خلاصه
شکنندگی گرافیت کاربرد آن را به نصب‌های جامد-با ارتعاش کم محدود می‌کند، در حالی که PTFE بسیار بخشنده‌تر است. چکش آب، لرزش و آسیب ضربه چالش های واقعی برای یکپارچگی مبدل های حرارتی گرافیت هستند. بلوک یا لوله شکسته قابل تعمیر نیست و معمولاً دستگاه باید تعویض شود. بنابراین محیط مکانیکی به اندازه محیط شیمیایی در انتخاب مواد ضروری است. دینامیک لوله‌کشی، زمان‌های فعال‌سازی سوپاپ، ماشین‌های دوار اطراف و روش‌های جابجایی باید قبل از تعیین مبدل حرارتی گرافیت به اندازه کافی ارزیابی شوند. اگر نمی توان از شوک مکانیکی اجتناب کرد، به غیر از خرابی فاجعه بار و خرابی پیش بینی نشده، مواد مقاوم در برابر خوردگی{6}} یا طراحی متفاوت مبدل باید در نظر گرفته شود.