A ovalidade que encurta a vida
Um tubo trocador de calor de PTFE com seção transversal-perfeitamente circular distribui a pressão interna do vapor uniformemente em torno de sua circunferência. A tensão do arco é igual em todos os pontos. O tubo se arrasta uniformemente e o adelgaçamento da parede progride de maneira previsível.
Um tubo com ovalização, mesmo que leve, concentra a tensão nos pontos de raio mínimo de curvatura. A tensão do arco é maior onde a parede se curva mais acentuadamente. A fluência acelera nesses locais-de alto estresse. O desbaste da parede torna-se não{4}}uniforme. A pressão de ruptura-a pressão interna na qual o tubo se rompe-cai mais rápido do que o previsto por modelos-de parede uniformes.
A relação entre a ovalidade inicial e a retenção-da pressão de ruptura a longo prazo é quantificável. A especificação de uma tolerância de ovalidade no momento da fabricação garante que o tubo retenha a capacidade de pressão adequada durante toda a sua vida útil projetada.
A concentração de estresse da ovalidade
Para um tubo de parede-fina perfeitamente circular, a tensão circular é: σ=P × D / (2 × t), onde P é a pressão interna, D é o diâmetro médio e t é a espessura da parede. Esta é a fórmula padrão de Barlow.
Para um tubo oval, a tensão circular no ponto de raio mínimo é maior. O fator de concentração de tensão K depende da ovalidade, definida como: Ovalidade (%)=(Dmax - Dmin) / Dnominal × 100.
Com 2% de ovalidade, o fator de concentração de tensão é de aproximadamente 1,15-um aumento de 15% na tensão circular local. Com 5% de ovalidade, K ≈ 1,35. Com 10% de ovalidade, K ≈ 1,70. O aumento da tensão provoca uma fluência mais rápida nos pontos de alta curvatura. O tubo torna-se progressivamente mais oval à medida que a fluência afina a parede preferencialmente nestes locais. O ciclo de feedback acelera.
Tabela 1: Impacto da ovalidade na retenção da pressão de ruptura em 5 anos (10 mm de diâmetro externo × 1 mm de PTFE modificado na parede, 3 barg de vapor a 143 graus)
| Ovalidade inicial (%) | Fator de concentração de tensão (K) | Desbaste de parede aos 5 anos (% do original) | Retenção de pressão de ruptura em 5 anos (% do original) | Disposição |
|---|---|---|---|---|
| < 1.0 | < 1.08 | 5-8% (uniforme) | 85-90% | Aceitável para 10+ anos de serviço |
| 1.0-2.0 | 1.08-1.15 | 8-12% (ligeiramente não uniforme) | 78-85% | Aceitável para serviço de 5 a 8 anos |
| 2.0-3.0 | 1.15-1.22 | 12-18% (mensuravelmente não uniforme) | 70-78% | Marginal; reduzir o intervalo de inspeção |
| 3.0-5.0 | 1.22-1.35 | 18-28% (visivelmente não uniforme) | 60-70% | Substitua dentro de 3 anos |
| > 5.0 | > 1.35 | >28% (acelerando) | < 60% | Substitua na próxima oportunidade |
Valores calculados para PTFE modificado a 143 graus de vapor saturado. O PTFE virgem apresenta um desbaste de parede aproximadamente 30-50% mais rápido na mesma ovalidade devido à maior taxa de fluência.
Especificações de ovalidade de fabricação
A tubulação de PTFE é produzida por extrusão de pasta. O processo de extrusão produz naturalmente algum grau de ovalidade. A ovalidade-extrudada depende do projeto da matriz de extrusão, da tensão-de remoção e da taxa de resfriamento.
A tubulação comercial padrão de PTFE normalmente tem ovalização de 1-3%. Isto é adequado para a maioria das aplicações de trocadores de calor que operam abaixo da pressão de vapor de 4 barg. Para serviços de pressão mais alta ou requisitos de vida útil prolongada, tubos com ovalização abaixo de 1,5% devem ser especificados.
A ovalidade é medida com um micrômetro ou comparador óptico em vários pontos ao longo de cada tubo. Para aplicações críticas, recomenda-se a inspeção de 100% da ovalização do tubo no ponto médio e em ambas as extremidades. Os dados de medição devem ser incluídos na documentação de certificação do material.
Monitoramento de ovalidade no-serviço
A ovalidade do tubo aumenta com o tempo devido à fluência nos pontos de{0}alta tensão. A medição periódica da ovalidade do tubo durante a manutenção programada fornece um aviso antecipado da aproximação do fim da vida útil. Uma tendência de aumento da ovalidade indica que a fluência está acelerando e o adelgaçamento da parede está se tornando não{3}}uniforme.
Quando-a ovalidade em serviço atinge 5%, o tubo consumiu aproximadamente 50-60% de sua vida útil de fluência. A substituição deve ser planejada. Quando a ovalidade atinge 8-10%, o fator de segurança da pressão de ruptura está se aproximando do nível mínimo aceitável e recomenda-se a substituição imediata.
Resumo
A ovalidade inicial do tubo afeta diretamente-a retenção da pressão de ruptura em longo prazo em trocadores de calor de PTFE. A ovalização abaixo de 2% garante fluência uniforme e desbaste previsível da parede ao longo de 5-8 anos de serviço. A ovalização acima de 3% acelera o-afinamento não uniforme em pontos de alta curvatura, reduzindo a retenção da pressão de ruptura para 60-70% em 5 anos.
Especificar uma tolerância de ovalidade menor ou igual a 2% na fabricação e monitorar a ovalidade durante o serviço fornece uma base quantificável para previsão da vida útil e programação de substituição.
As especificações de engenharia para critérios de aceitação de ovalidade de tubos de PTFE em aplicações específicas de trocadores de calor estão disponíveis mediante envio da pressão do vapor, vida útil necessária, dimensões do tubo e procedimentos de inspeção atuais.
