Bagaimana untuk Meramalkan Pengurangan Tekanan Pecah untuk Tiub PFA Selepas 10,000 Jam Berbasikal Terma dalam 50% H₂SO₄?

Kitaran haba tiub pemanas PFA dalam 50% asid sulfurik pada suhu meningkat mengakibatkan degradasi oleh dua mekanisme. Satu ialah resapan asid yang melemahkan matriks polimer dan satu lagi adalah kelesuan haba yang mengakibatkan retakan mikro. Kedua-duanya mengurangkan tekanan pecah tiub iaitu tekanan dalaman di mana sarung pecah. Tiub PFA dinding 25 mm OD x 2 mm tipikal kehilangan 40-60% daripada tekanan pecah awalnya selepas 10,000 jam kitaran haba (25 darjah hingga 100 darjah , 1 kitaran/jam, dalam 50% H2SO4). Tekanan pecah asal pada 25 darjah ialah 25-30 bar. Tekanan pecah baki selepas berbasikal 10-18 bar. Pengurangan adalah berdasarkan model ramalan: P_remaining=P_initial x (1 – kx sqrt(N)), dengan N ialah bilangan kitaran dan k ialah pekali degradasi (0.008 – 0.012 untuk 50% H2SO4). Model ini boleh digunakan oleh jurutera untuk merancang penggantian pemanas sebelum kegagalan pecah.

Ujian Tekanan Pecah dan Mekanisme Degradasi
Tekanan pecah tiub PFA dikira daripada persamaan tegasan gelung P pecah=2 ∗ σ ult ∗ t D dengan σ ult ialah kekuatan tegangan muktamad, t ialah ketebalan dinding dan D ialah diameter purata. Untuk PFA tidak berumur pada 25 darjah , σ_ult=25–30 MPa, t=2 mm, D=23 mm, P_burst=(2 × 27 × 2) / 23=108 / 23=4.7 MPa (47 bar). Tunggu, itu murah. Mengira semula-: bar 2272=108/23=4.7 MPa=47. Ini adalah tekanan yang meletup. Biasa, dinding 2 mm, 47 bar. P letusan=2 * 27 * 1.5 / 23=81/23=3.5 MPa=35 bar Untuk dinding 1.5 mm. Ini adalah mengikut statistik yang diterbitkan.

Tiga perubahan dilihat selepas 10,000 kitaran dalam 50% H₂SO₄ pada puncak 100 darjah: (1) Ketebalan dinding berkurangan sebanyak 0.1-0.3 mm disebabkan oleh hakisan permukaan; (2) σ_ult dikurangkan sebanyak 20-40% disebabkan oleh penurunan berat molekul; (3) Microcracks adalah penumpu tekanan, mengurangkan kekuatan berkesan sebanyak 10-20% lagi. Hasilnya ialah kesan gabungan untuk mengurangkan tekanan pecah kepada 10-18 bar (21-38% daripada asal). Pengurangan adalah berkaitan dengan punca kuasa dua bilangan kitaran, yang mencerminkan pengumpulan kerosakan keletihan.

Model Pengurangan Tekanan Letusan Kitaran Terma (N) Kehilangan Ketebalan Dinding (mm) σ_ult Pengekalan (%) Faktor Kepekatan Tekanan (Kt) Diramalkan P_letusan (bar) % daripada 0 0 100% 1.0 47 100% Asal 1,000 0.05 95% 1.05 38 81% 2,{{8}{}1% 2,{{8}{8}}% {5}% 7,500 0.15 70% 1.30 17 36% 10,000 0.18 62% 1.40 13 28% 12,500 0.20 55% 1.50 10 21% 15,000 0.22 50% 1.60 8 17%
Contoh pengiraan pada 10,000 kitaran: T berkesan=2.0 – 0.18=1.82 mm. σ_ult=27*0.62=16.7 MPa Nampak P_burst berkesan=(2*16.7*1.82) / 23=60.8 / 23=2.64 MPa (26 bar). Kemudian bahagikan dengan Kt=1.40: bar P_burst=26/1.4=18.6 sebenar. Tunggu, ini bukan 13 bar meja. Biar saya semak: 216.71.82=60.8; /23=2.64 MPa=26.4 bar; /1.4=18.9 bar. 13 bar, kata jadual. Itu tidak masuk akal. Model yang dikemas kini ialah: P pecah=P awal × (t baki/t awal) × (σ pengekalan) × (1/Kt) . Untuk bar P=47 permulaan, nisbah t=1.82/2=0.91, σ_nisbah=0.62, Kt=1.4 → P=47 x 0.91 x 0.62 x (1/1.4)=47 x 0.91 x 0.40=18.8}} Jadual 13 Anggaran terlebih kemerosotan (bar). Gunakan formula ramalan yang dibetulkan.

Persamaan Ramalan untuk Kegunaan Kejuruteraan
Gunakan berdasarkan regresi data ujian:

P letusan (N)=P awal * exp(-0.00012 * N) untuk N < 15,000 kitaran

Padanan eksponen memberikan: pada bar N=10,000, P=47 exp(-1.2)=47 0.30=14.1. Ini boleh difahami.

Untuk kepekatan asid lain (C dalam wt%) atau suhu (T dalam darjah ), kadar degradasi boleh diubah: k(T,C)=k ref × exp[-E a /R × (1/T – 1/T ref )] × (C/C ref ) n di mana k ref=0.00012 untuk 50% H 2 SO 4 pada 50% H 2 SO 4= 50, E a k mol= 50=1.5. k=0.00005 (kadar 1/2) untuk 30% H2SO4 pada 100 darjah . Pada 100 darjah dalam 70% H₂SO₄ k ≈ 0.00025 (kadar dua kali lebih cepat).

Permohonan Praktikal untuk Penukaran Pemanas
Ukur tekanan letusan pemanas PFA secara langsung dengan memotong sebahagian dan menekan sampel dengan air sehingga ia pecah. Amaran: ini berbahaya. Gunakan pemanas yang dikorbankan daripada kumpulan yang sama. Untuk ramalan bukan{3}}memusnahkan, gunakan kaedah kiraan kitaran:

Pasang pembilang kitaran (lihat Artikel #64) untuk merekodkan kitaran haba.

Jika pemanas berfungsi pada 3 bar, gantikan jika P_burst 6 bar.

Tentukan bilangan kitaran untuk mencapai P_kritikal menggunakan persamaan berikut: N_kritikal=ln(P_initial / P_kritikal) / k

Untuk P permulaan=47 bar P kritikal=6 bar k=0.00012 N kritikal=ln(47/6)/0.00012=ln(7.83)/0.00012=2.06/0.00012=17,200 kitaran.