機械的衝撃と振動はグラファイト熱交換器の適用をどのように制限しますか?

グラファイトはセラミックのような物質で、圧縮下では強いですが脆いものです。{0}単一の衝撃、圧力サージ、または継続的な振動によってグラファイト交換器が破損し、柔軟な PTFE チューブでは決して起こらないような壊滅的な故障を引き起こす可能性があります。. 9. グラファイトは優れた耐食性と熱伝導性を備えていますが、機械的に壊れやすいため、安全に取り付けることができる場所は非常に限られています。機械的衝撃によるグラファイト熱交換器の制限を理解することは、指定された耐用年数の間信頼できる機器を選択する上で重要です。

グラファイトは脆く、延性がなく、警告はありません
グラファイトは、破壊するまでは本質的に延性や降伏挙動を持ちません。金属は塑性変形可能で応力下で伸び、PTFE は破断する前に大きく伸びますが、グラファイトは脆い固体です。柔軟性も弾力性もありません。壊れてしまいます。不浸透性グラファイトの引張強さは通常 10 ～ 20 MPa で、PTFE の引張強さと同様です。ただし、PTFE は塑性変形してエネルギーを吸収する能力があるため、耐衝撃性がはるかに優れています。一方、グラファイトは臨界応力レベルに達するまで弾性エネルギーを蓄積し、その後、いかなる変形も伴わずに突然破壊します。

このような脆さにより、グラファイト熱交換器は急速な機械的負荷、鋭い衝撃、または反復的な応力サイクルに耐えることができなくなります。過度の圧力や適度な振動が時間の経過とともに発生すると、亀裂がブロック、チューブ、またはチューブシートに広がる可能性があります。

グラファイト熱交換器に対する特定の機械的危険性
ウォーターハンマー 秘密の圧力波
流れの突然の停止、ポンプの始動、またはバルブの閉鎖により、配管内を音速で伝わる圧力波が発生します。この水撃衝撃により、システムの設計圧力の数倍の圧力が発生する可能性があります。このような強い衝撃により、グラファイト交換器のブロックやチューブが瞬時に破壊される可能性があります。グラファイトは本質的にセラミックに似ており、弾性変形によって圧力サージのエネルギーを吸収しません。圧力波は通常、ノズル接続部またはブロックの角の周囲に弱い点を見つけ、破壊を開始します。

ウォーターハンマーの可能性があるシステムでは、グラファイトはリスクの高い選択となります。ウォーターハンマーの一般的な原因は、凝縮蒸気ライン、すぐに閉じるバルブを備えた長い配管、不適切なサイズのポンプ吐出ラインです。-グラファイト熱交換器は、外部に明らかな損傷がない場合でも、一度の重大な出来事によって内部が損傷する可能性があります。

回転機器の振動疲労
ポンプ、コンプレッサー、撹拌機、および周囲の紡績機は、パイプと熱交換器のシェルを通して継続的な振動を伝えます。この機械的振動は、特に接合部、チューブとチューブシートの接続部、または柔軟性のない配管が熱交換器ノズルに直接接続されている場合に、時間の経過とともにグラファイト コンポーネントにストレスを与える可能性があります。振動は激しいものである必要はありません。中程度の振幅の高周波振動により、完全な破壊が発生するまで着実に伝播する微小亀裂が発生する可能性があります。

グラファイト交換器には、機械的に「静かな」使用環境が必要です。往復ポンプと同じスキッドに取り付けたり、アンバランスなファンのすぐ隣に取り付けたりすると、早期故障の原因となります。状況によっては、熱交換器のチャネルを流れる乱流流体の流れ誘起振動によっても、グラファイトチューブまたはブロックの固有周波数が励起されることがあります。

取り扱いと手入れによる損傷
脆性は設置や保守にも影響を与えます。工具を落としたり、グラファイト ノズルに当たったり、重いパイプ フランジがずれたり、カバーの留め具を締めすぎたりすると、亀裂が発生する可能性があります。金属交換器は組み立て中に難しい取り扱いが必要となる場合がありますが、グラファイトユニットは注意して取り扱う必要があります。もう 1 つの大きな懸念は輸送時の損傷です。荷降ろし中にパレットが落下すると、サービスを受ける前にグラファイト ブロックが破損する可能性があります。

グラファイトエクスチェンジャーの軽減措置
グラファイト熱交換器を機械的衝撃や振動の可能性がある場所で使用する場合、リスクを軽減するための設計および設置手順がいくつかあります。

危険軽減策
ウォーターハンマー ゆっくりと閉まるバルブ、サージ抑制装置、またはアキュムレータを使用してください。熱交換器への流体の流れにすぐに閉まるソレノイド バルブを使用しないでください。流量の急激な変動を最小限に抑えるように配管を設計します。
配管の振動 剛性配管と交換器ノズルの間にフレキシブル コネクタ (編組金属ホースまたは拡張継手) を配置します。荷重の伝達を防ぐために、熱交換器の近くでパイプを個別にサポートします。
ポンプまたはコンプレッサーの振動振動減衰マウント上で熱交換器を隔離します。熱交換器は、振動機械から 2 ～ 3 メートルのフレキシブル配管で分離されています。
衝撃保護 影響を受けやすいノズルの周囲にガードまたはケージを取り付けます。交換器シェルに直接リフティング ラグにマークを付けます。メンテナンス専門家に適切な取り扱い技術を研修します。
熱衝撃 加熱および冷却速度の制御（通常は<5–10°C/min). Never infuse cold fluid into a hot exchanger abruptly.
これらの手順を行ったとしても、機械的ストレスによってもたらされるリスクを完全に軽減することはできません。ウォーターハンマーや極度の振動を安全に回避できない用途では、PTFE チューブバンドルや炭化ケイ素熱交換器などの他の材料を検討する必要があります。

グラファイトが機能する場合と-機能しない場合
グラファイト熱交換器は、流体が安定して流れ、圧力サージがなく、慎重に作業する、機械的に安定した低振動の設置に適しています。{0}一般的に許容されるアプリケーションは次のとおりです。

化学反応器内の定常状態の液体の加熱または冷却{0}}

重力排出による純粋な蒸気の凝縮

熱入力を制御したリボイラーサービス

適用できないアプリケーション:

スチームハンマーの影響を受けやすい凝縮水システム

往復ポンプの下流への設置

動きや衝撃に弱いモバイル機器や海洋機器

配管システムにフレキシブル コネクタや適切なサポートを備えていないサービス。

PTFE との比較: 耐薬品性と機械的靭性
ptfeとの比較がそれを物語っています。 PTFE チューブ束は圧力サージが発生すると曲がり、損傷することなく機械的衝撃を吸収します。 PTFE は頻繁な振動や適度な取り扱いの酷使に耐えることができます。しかし、PTFE はグラファイトと同じ高温では動作できず、熱伝導率もグラファイトほど高くありません。グラファイトと PTFE のどちらを選択するかは、通常、化学的/熱的性能 (グラファイト) と機械的堅牢性 (PTFE) とのトレードオフになります。-

まとめ
グラファイトは脆いため、その用途は頑丈で低振動の設置に限定されますが、PTFE ははるかに寛容です。{0}ウォーターハンマー、振動、衝撃による損傷は、グラファイト熱交換器の完全性にとって大きな課題です。破損したブロックやチューブは修復できないため、通常はユニットを交換する必要があります。したがって、機械的環境は、材料の選択において化学的環境と同じくらい重要です。グラファイト熱交換器を指定する前に、配管のダイナミクス、バルブの作動時間、周囲の回転機械、および取り扱い手順を適切に評価する必要があります。壊滅的な故障や予期せぬダウンタイム以外に機械的衝撃が避けられない場合は、耐腐食性の材料や熱交換器の別の設計を検討する必要があります。-