La superficie ampollada
Durante una inspección programada, el personal de mantenimiento observa pequeñas ampollas-protuberancias elevadas de 1-3 mm de diámetro en la superficie externa de los tubos del intercambiador de calor de PTFE. Las ampollas se concentran en los tubos en la zona más caliente del haz, cerca de la entrada de vapor. Algunas ampollas se han roto, dejando cráteres poco profundos en la superficie del tubo.
Las ampollas plantean preocupaciones inmediatas. ¿Están fallando los tubos? ¿Es esto un ataque químico? ¿Los tubos tendrán fugas? Las respuestas requieren comprender el mecanismo de formación de ampollas, que no es un ataque químico ni una falla inminente en los límites de presión. Es un fenómeno físico impulsado por la absorción de humedad y los microhuecos en el material de PTFE.
Las ampollas comprometen la suavidad de la superficie y pueden reducir ligeramente la transferencia de calor localmente, pero rara vez penetran la pared del tubo o causan fugas. Sin embargo, su presencia indica que la calidad del material PTFE o la calidad del vapor pueden necesitar atención.
El mecanismo de absorción de humedad y microhuecos.
El PTFE es hidrofóbico. El agua no moja la superficie. Pero a temperaturas elevadas, el vapor de agua puede penetrar lentamente en la estructura del polímero. Las moléculas de agua permeables ocupan un volumen libre entre las cadenas de polímeros-el mismo volumen libre que le da flexibilidad al PTFE.
Durante miles de horas a 130-150 grados en vapor saturado, el agua se acumula en huecos microscópicos dentro del PTFE. Estos vacíos son inherentes al material; Todo el PTFE contiene algunos microhuecos procedentes del proceso de sinterización durante la fabricación. El agua en estos huecos está en equilibrio con la presión del vapor exterior.
Cuando el intercambiador se apaga y se enfría, el agua atrapada se condensa. El volumen de agua líquida es mucho menor que el volumen de vapor que la produjo, creando un vacío dentro del vacío. El vacío se derrumba parcialmente. En el siguiente ciclo de calentamiento-, el agua líquida vuelve a convertirse en vapor. La rápida expansión del volumen-agua a vapor es aproximadamente un aumento de volumen de 1600:1-crea un pulso de presión dentro del vacío. El pulso estira el polímero circundante.
Durante muchos ciclos térmicos, los repetidos pulsos de expansión hacen crecer los vacíos. Los pequeños vacíos se fusionan en otros más grandes. El polímero adelgazado sobre un vacío creciente sobresale hacia afuera, formando una ampolla visible. Con el tiempo, la pared de la ampolla puede adelgazarse hasta el punto de romperse, liberando el vapor atrapado y dejando un cráter.
Tabla 1: Factores de formación de ampollas y medidas de prevención
| Factor | Contribución a la formación de ampollas | Medida de Prevención | Eficacia |
|---|---|---|---|
| High steam temperature (>150 grados) | Acelera la tasa de permeación del agua. | Reducir la presión del vapor si el proceso lo permite. | Alto |
| Ciclos térmicos frecuentes | Los pulsos de expansión crecen vacíos | Minimiza paradas innecesarias | Moderado |
| PTFE de baja-calidad (alto contenido de microespacios) | Proporciona sitios de nucleación para ampollas. | Especifique resina de PTFE de alto-grado y bajo-espacio vacío. | Alto |
| Calentamiento rápido-por el frío | Maximiza el pulso de expansión térmica. | Aumente gradualmente la temperatura del vapor | Moderado |
| Vapor húmedo (fracción de baja sequedad) | Aumenta la humedad disponible para la permeación. | Improve steam separation; ensure >98% de sequedad | Alto |
| Thick tube wall (>1,5 mm) | Ruta de difusión más larga; atrapa más agua | Utilice un espesor de pared mínimo para la clasificación de presión. | Moderado |
Factores de calidad en la fabricación de tubos de PTFE
El contenido de microhuecos de los tubos de PTFE depende del proceso de fabricación. Los tubos de PTFE extruidos en pasta- se producen mezclando polvo de PTFE con un lubricante, extruyendo la pasta en forma de tubo y sinterizando a alta temperatura para fusionar las partículas. El proceso de sinterización elimina el lubricante y fusiona las partículas de PTFE en una matriz continua.
La sinterización incompleta deja microhuecos residuales en los límites entre partículas parcialmente fusionadas. Estos huecos son los sitios preferidos para la acumulación de humedad y la formación de ampollas. Los tubos de PTFE de alta-calidad se someten a una sinterización optimizada para minimizar el contenido de huecos.
Especificar tubos con un contenido de huecos inferior al 1 % (medido comparando la densidad con la densidad teórica de PTFE de 2,15-2,20 g/cm³) reduce significativamente la susceptibilidad a las ampollas. Esta especificación debe incluirse en los documentos de adquisición de intercambiadores de calor de PTFE que funcionen a más de 130 grados.
Distinguir ampollas de un ataque químico
Las ampollas por absorción de humedad son distintas del ataque químico. El ataque químico generalmente produce decoloración, rugosidad de la superficie o adelgazamiento uniforme de las paredes. Las ampollas están localizadas, sin cambio de color asociado. El PTFE que rodea una ampolla es mecánicamente sano.
Si existe duda, se puede seccionar y examinar una ampolla. Una ampolla inducida por humedad-muestra una cavidad interior limpia con paredes lisas. Un área atacada químicamente muestra material degradado, decoloración o propiedades mecánicas alteradas. Si las ampollas van acompañadas de alguno de estos signos, se debe reevaluar la compatibilidad química.
Resumen
Las ampollas en los tubos intercambiadores de calor de PTFE son el resultado de la acumulación de humedad en microhuecos dentro del polímero, seguida de la expansión cíclica del vapor durante el ciclo térmico. El mecanismo es físico, no químico. Las ampollas indican problemas con la calidad del material o del vapor, pero rara vez provocan fugas en el tubo.
La prevención se centra en especificar tubos de PTFE con pocos-espacios vacíos, mantener un alto nivel de sequedad del vapor, reducir los ciclos térmicos innecesarios y aumentar la temperatura gradualmente durante el arranque. Los tubos con ampollas extensas deben controlarse, pero no requieren reemplazo inmediato a menos que el espesor de la pared en los sitios de las ampollas esté por debajo del mínimo.
Las recomendaciones de ingeniería para la evaluación de ampollas y las especificaciones del material de PTFE están disponibles previa presentación de las certificaciones de temperatura y presión de funcionamiento, datos de calidad del vapor, frecuencia de ciclos y materiales de los tubos.
