Како избећи оштећење цеви када користите експандери?

Како топлотна експанзија утиче на интегритет цеви током употребе експандера

Физика линеарног топлотног ширења у уобичајеним материјалима за цевовод (челик, бакар, ПВЦ)

Сви материјали цевовода имају тенденцију да се шире када се температуре повећавају и смањују када паду, пратећи основни принцип описан једначином ΔL = αLΔT (што у основи значи да промена дужине једнака је коефицијенту ширења помноженом за првобитну дужину помно Међутим, различити материјали се понашају сасвим другачије. Челик расте око 0,0000065 инча за сваки инч цеви по граду Фаренхајта. Бакар није далеко иза са око 0,0000090 инча по инчу по граду. Али погледајте ПВЦ, он скочи на око 0,00003 инча по инчу по граду, што га чини скоро пет пута еластичнијим од челика. Да бисмо ово поставили у перспективу, замислите челичну цев дугу 30 метара која се загрева на 40 степени. У ствари, растео би на око 1,2 инча дужи. Иста дужина ПВЦ цеви под сличним условима би се проширила далеко преко 5,4 инча. Ове разлике стварају озбиљне тачке стреса где год се различита материјала сусрећу. Ово постаје посебно проблематично током операција које укључују експандере, јер локално накупљање топлоте појачава ове покрете. Резултатне силе понекад могу достићи ниво изнад 20.000 фунти, што није мала ствар за инжењере који дизајнирају цевске системе.

Зашто неконтролисана експанзија ствара стрес, погрешну подесу и неуспјех зглоба у близини зона експандера

Када је топлотна покретност ограничена, цеви врше екстремну силу на якоре, фланце и зглобове. У близини експандера где циклично загревање и хлађење концентришу механичка и топлотна оптерећења преовлађују три начина неуспјеха:

• Концентрација стреса у завојама и заваривању, превазилазећи снагу излаза
• Угловно неисправно излагање од фланжева, што доводи до избијања затварања
• Одвојеност зглоба кугла у системима за гушење, узрокујући цурења

Према недавној студији Института Понемон из 2023. године, око две трећине свих неуспјеха цеви у индустријским објектима заправо долазе од лошег управљања проблемима топлотних стреса. Када цеви доживљавају понављане циклусе загревања и хлађења, то доводи до бржег развоја уморности. Проблем се погоршава у подручјима где су цеви или превише чврсто заглављени или не подржавају довољно. На пример, када је превише компресијске снаге на танко зиданим цевима, они имају тенденцију да се преврте. С друге стране, напетост може изазвати ширење пукотина кроз крхке материјале као што је ПВЦ. Ако цеви нису адекватно поддржани, ови стреси не остају само локални. Они путују кроз друге компоненте опреме као што су вентили, пумпе и различити инструменти. То ствара озбиљне ризике за оно што инжењери називају катастрофалним неуспехом фланже. Чак и стандардни системи могу потпуно пропасти на изненађујуће ниским нивоима притиска око 740 пси када су током времена изложени овим неконтролисаним силама.

Правилна избора и инсталација експандера

Успоређивање типа експандера и профила снаге са материјалом цеви и дебљином зида

Избор одговарајућег експандера заправо се свезује на то да се уједначи количина силе коју се примењује са количином коју цев може механички да носи. Челичне цеви имају много већу чврстоћу на истезање у поређењу са бакарним или ПВЦ материјалима тако да могу да узму више радијалне експанзије. Али не заборавите и дебелу зида јер она игра велику улогу у свему овоме. За те тење зидове ХВЦ система или лакше индустријске цеви апликације, генерално треба да одржимо разлазно ниво низак да би се спречили проблеми као што су нагиб или овализација питања. Када говоримо о материјалима, ПВЦ постаје прилично крхко када температура падне испод 40 степени Фаренхајта (које је око 4 Целзијуса). Коришћење пнеуматичких експандера преко 800 пси са ПВЦ-ом заправо повећава шансу за ширење пукотина кроз материјал. Бакар се понаша другачије, јер је лакши, што омогућава веће померање без оштећења када се користе механички експандери. Када радите на било ком пројекту, проверите неколико ствари заједно: специфичну категорију материјала за цеви, детаље о распореду са зидом и све опције тренутног тренутка које препоручује произвођач. Ово постаје посебно важно око завариваних зглобова где преостали напетости од заваривања могу учинити да цеви лакше деформишу под притиском.

Избегавање претераног ширења: израчунавање граница безбедног померања по АСМЕ Б31.1/Б31.9

Превише проширење остаје водећи узрок неуспеха зглобова у системима под притиском. ASME B31.1 (Путери за напон) и B31.9 (Путери за услуге зграде) дефинишу максимално дозвољено ширење на основу материјала, температуре и геометрије. Калибрирање експандера до ових граница осигурава деформацију која остаје у еластичном опсегу и избегава трајно постављање или микрокрекинг:

Верификација након проширења је од суштинског значаја: ласерска профилометрија треба да потврди да унутрашњи пречник (ID) остаје у границама од ±0,5% од номиналног. Одступања изнад овог прага повећавају ризик од цурења под цикличним топлотним оптерећењима.

Стратегије подршке и закотвења за заштиту цеви око експандера

Стратешко постављање заглава, водича и клизне подршке како би се апсорбовало кретање изазване експандером

Добри системи за подршку заправо управљају топлотним кретањем током целог процеса коришћења експандера, не само да делују као пасивна ограничења већ активно дистрибуирају снаге широм система. Анкоре преузимају притисак и заустављају било какво осевно кретање на тим фиксираним тачкама. Вођачи ограничавају бочно кретање док и даље дозвољавају неко кретање напред / уназад. Слидећи подршке су тамо да се носи очекиване померања кроз своје ниске површине тријања, обично постављене око 4 до 10 цеви дијаметара далеко од зглобова и подручја експанзије. Ове три компоненте добро сарађују да би решиле главне проблеме које инжењери виде на локацији: нагрупација стреса на тачкама заваривања, зглобови који се не усклађују и цеви који се под притиском савијају.

Да би се исправно поставила, потребно је погледати стопе топлотне експанзије заједно са начином на који је цео систем постављен, уместо да се ради о грубој процени размака. Основне подршке су ту да спрече да ствари не падне и да све држе у реду када се баве тежином самих компоненти. Друге опоре раде свој део тако што смањују вибрације и задржавају те досадне резонансне фреквенције под контролом. Оне изолационе линере унутар опреме за запљачкање служе и стварној сврси. Они спречавају металне делове да се директно трљају једни против других, што омогућава стварима да се слободно крећу дуж оси док и даље контролишу силе које ствара експанзија. За фиксне тачке где апсолутно није прихватљиво никакво кретање као што су улази пумпе или фланжеви клапана користимо нерегулишуће опоре које све чврсто закључавају. Али понекад су на месту потребне прилагођавања, па произвођачи производе верзије које се могу прилагодити без оштећења укупне перформансе. Искуство индустрије показује да када сви ови елементи раде заједно правилно, механички и топлотни напори се шире по целој инсталацији. Доказано је да овакав инжењерски приступ значајно продужава животни век опреме, а записи о одржавању показују побољшања од око 70% током времена.

Често постављене питања

Која је важност топлотне експанзије у цевима?

Термичка експанзија игра критичну улогу у цевинарским системима, јер може довести до тога да се цеви значајно прошире или се скрћу са променама температуре, што доводи до тачака стреса, погрешног усклађивања и потенцијалних структурних неуспеха.

Зашто је ПВЦ подложнији топлотном ширењу у поређењу са челиком?

ПВЦ има већи коефицијент топлотне експанзије у поређењу са челиком, што га чини скоро пет пута бржим при истој температурној промени. Ово може довести до израженијих ефеката ширења у ПВЦ-у, посебно у условима високих температура.

Које су неке методе за ублажавање ефекта топлотне експанзије у цеви?

Правилан избор експандера, усаглашавање типа експандера са материјалом цеви и дебљином зида, и стратешко постављање система за подршку и закотвовање су кључне методе за управљање и ублажавање ефекта топлотне експанзије.

Како се може избећи претерано ширење у системима под притиском?

Придржавањем смерница као што су ASME B31.1/B31.9, и калибрирањем експандера до дефинисаних материјалних и температурних граница, може се избећи претерано ширење, осигурајући да деформација остане у еластичном распону.