In che modo un supporto e un bloccaggio adeguati possono prolungare la durata di un riscaldatore a immersione in PTFE a forma di L-?

Un riscaldatore in PTFE a forma di L-sospeso sopra il bordo del serbatoio è sensibile alle oscillazioni, alle vibrazioni e al contatto involontario con la parete del serbatoio. I problemi meccanici vengono risolti da supporti e fascette opportunamente costruiti, che allungano notevolmente la vita utile del riscaldatore. La differenza tra un riscaldatore decennale e uno che si rompe in un anno dipende in genere dal modo in cui è montato. Se sei un ingegnere di processo chimico o un professionista della manutenzione responsabile del riscaldamento di fluidi corrosivi, è importante comprendere l'importanza del supporto che blocca la durata del riscaldatore in PTFE a forma di L.

Vulnerabilità del riscaldatore a forma di L-senza supporto
Un riscaldatore a immersione in PTFE a forma di L- ha una gamba verticale (che attraversa il bordo o il coperchio del serbatoio) e una gamba orizzontale che si estende nel fluido. Questa geometria (se non supportata) produce una serie di sollecitazioni meccaniche:

Nei fluidi densi o turbolenti, le forze di galleggiamento tendono a sollevare la gamba orizzontale. Quindi galleggia verso l'alto.

La gamba orizzontale è soggetta alle vibrazioni generate dal flusso provenienti dall'agitatore, dalla pompa di circolazione o dalla convezione del calore.

Il riscaldatore potrebbe colpire involontariamente la parete del serbatoio, i deflettori interni o altre apparecchiature durante il movimento.

La gravità agisce sul nucleo di metallo pesante all'interno del PTFE e cerca di trascinare la gamba orizzontale verso il basso nel tempo.

Tutte queste azioni portano la guaina in PTFE a strisciare contro la parete del serbatoio o altre superfici dure. L'abrasione può tagliare il PTFE ed esporre il nucleo metallico a sostanze chimiche aggressive. Quindi qualsiasi altra dispersione elettrica o guasto a terra potrebbe causare uno spegnimento imprevisto.

Inoltre, una gamba orizzontale non supportata è soggetta a vibrazioni alla sua frequenza intrinseca, soprattutto nei liquidi che scorrono. Questa vibrazione viene trasmessa alla gamba verticale e al bordo del serbatoio provocando l'affaticamento del PTFE in curva e nella posizione di montaggio.

La soluzione: supporti e morsetti-su misura
Un adeguato supporto meccanico evita tali difficoltà, senza l'introduzione di nuovi ceppi. Il sistema di supporto del riscaldatore in PTFE a L-deve essere adeguatamente sviluppato e svolgere tre funzioni principali:

Prevenzione del movimento laterale (ovvero, tenere la gamba orizzontale lontana dalla parete del serbatoio).

Espansione termica libera - Non vincola saldamente il riscaldatore, consentendogli di espandersi e contrarsi con le fluttuazioni di temperatura.

Sicurezza della gamba verticale - Impedisce la rotazione o lo scorrimento del riscaldatore che potrebbe modificare la posizione del riscaldatore nel serbatoio.

Solitamente è sufficiente una semplice staffa di sostegno in PTFE o PVDF in prossimità dell'estremità libera della gamba orizzontale. La staffa deve essere fissata alla parete del serbatoio o ad una struttura robusta all'interno del serbatoio. Il riscaldatore passa attraverso un foro o una fessura nella staffa. Fondamentalmente, l’apertura deve essere abbastanza grande da consentire al riscaldatore di scivolare longitudinalmente mentre si riscalda e si espande.

Materiali per staffe e morsetti
Il materiale a contatto con la guaina in PTFE o con il bagno chimico deve essere compatibile con il fluido di processo. Alcune scelte popolari includono:

PTFE - Inerte e anti-aderente, perfetto per tutte le applicazioni corrosive.

PVDF (fluoruro di polivinilidene) - Buona resistenza chimica e resistenza meccanica superiore rispetto al PTFE; adatto per vari acidi e solventi.

Acciaio inossidabile (316 o superiore) - Ottimo per acidi non-ossidanti e alcuni bagni alcalini. Potrebbe richiedere un rivestimento o un isolamento se la conduttività elettrica costituisce un problema.

ridurre i morsetti metallici a diretto contatto con il riscaldatore in PTFE a meno che non venga utilizzato un manicotto o una guarnizione in PTFE per ridurre l'abrasione.

Fornire l'espansione termica Il dettaglio importante
Il coefficiente di dilatazione termica del PTFE è considerevole, circa l'1% della sua lunghezza tra la temperatura ambiente (20 gradi) e la temperatura massima di esercizio continuo (110 gradi). Per un riscaldatore con una gamba orizzontale lunga 1 m, la gamba si espanderà di circa 10 mm quando è calda. Se la staffa di supporto è fissata saldamente al riscaldatore (come una fascetta stringitubo che si adatta perfettamente), il PTFE non può espandersi liberamente. Il risultato è:

Deformazione della guaina in PTFE quando il materiale compresso cerca di allentarsi dalla tensione.

Microfessurazioni dove si concentrano le sollecitazioni, soprattutto in corrispondenza della piega o del bracket stesso.

Separazione della guaina dall'anima metallica interna.

Un sistema di supporto costruito con cura evita il problema di una guida scanalata o di un anello di montaggio allentato. Sulla staffa è presente un canale o un foro circolare di 2–4 mm in più rispetto al diametro esterno del riscaldatore. Il riscaldatore si trova nella guida ma può scorrere avanti e indietro mentre si espande e si restringe. In alcuni progetti il ​​riscaldatore è supportato da un canale a U-rivestito in PTFE che consente al riscaldatore di spostarsi lungo la sua lunghezza.

In pratica il supporto non dovrebbe mai limitare del tutto il movimento longitudinale del riscaldatore. Qualsiasi morsetto stretto che impedisca lo scorrimento alla fine causerà danni.

Fissaggio della gamba verticale sul bordo del serbatoio.
La gamba verticale di un riscaldatore in PTFE a forma di L passa spesso attraverso un foro sul bordo del serbatoio o attraverso una flangia. Se il morsetto non viene eseguito correttamente in questo punto di ingresso, il riscaldatore potrebbe:

Gira attorno al suo asse verticale, cambiando la direzione della gamba orizzontale.

Se la staffa sulla gamba orizzontale non funziona, scivolare nel serbatoio.

Vibrare contro il foro del cerchio, indossando la guaina in PTFE.

Un morsetto o un premistoppa adeguato per il bordo deve tenere saldamente la gamba verticale ma consentire al riscaldatore di estendersi verso l'alto (il riscaldatore si espande sia verticalmente che orizzontalmente). Una soluzione popolare è un morsetto-ad anello diviso in PTFE o PVDF che si stringe attorno al riscaldatore appena sopra il bordo, con una spalla che poggia sul bordo. Il morsetto mantiene la posizione verticale ma non impedisce l'estensione longitudinale verso l'alto, perché il riscaldatore può scivolare leggermente attraverso il morsetto, se necessario. Un'altra possibilità consiste nell'utilizzare una boccola di guida-allentata e un fermo meccanico separato (un collare) per evitare che il riscaldatore cada nel serbatoio.

Anche il morsetto del cerchione smette di girare. Ciò è significativo in quanto la rotazione potrebbe modificare la distanza tra la gamba orizzontale e la parete del serbatoio e generare un contatto che potrebbe non essere presente al momento dell'installazione.

La seconda funzione chiave che ferma l'abrasione
È necessario fornire un supporto adeguato, ma la guaina in PTFE non deve mai strisciare contro la parete del serbatoio o qualsiasi altra superficie rigida. La staffa di supporto deve posizionare la gamba orizzontale in modo che la distanza minima tra il PTFE e la superficie interna più vicina del serbatoio sia di 5–10 mm. Questo traferro serve ad evitare abrasioni dovute a vibrazioni o piccoli movimenti di fluido.

Il rischio di abrasione è maggiore quando la parete del serbatoio è composta da un materiale ruvido (ad esempio acciaio non rivestito o fibra di vetro). In questi casi, è consigliabile utilizzare un manicotto protettivo, costituito da uno strato aggiuntivo di tubo in PTFE, nei punti in cui il riscaldatore può entrare in contatto, o una staffa distanziatrice, che mantenga il riscaldatore a diversi centimetri dalla parete.

Un piccolo sforzo nell'installazione di una staffa può far risparmiare costose riparazioni del riscaldatore e inutili tempi di inattività. La staffa è una parte relativamente economica che può essere facilmente fabbricata da fogli di PTFE o PVDF.

Considerazioni speciali sull'agitazione nei serbatoi
Nei serbatoi con agitatori meccanici o gas spruzzato, la velocità del fluido può essere importante. La gamba orizzontale è soggetta non solo a vibrazioni ma anche a forze di trascinamento che tendono a deviarla nella direzione del flusso. Se la gamba è lunga, una staffa di supporto all'estremità libera potrebbe non essere sufficiente. In questi casi è opportuno esaminare due misure aggiuntive:

Punti di supporto multipli - Due o più staffe lungo la gamba orizzontale, distanziate in modo tale che la campata non supportata non superi gli standard normali (cioè campata < 20-30 volte il diametro esterno del riscaldatore).

Schermatura del flusso-- È possibile aggiungere un deflettore perforato o un deflettore del flusso a monte del riscaldatore per mitigare l'impatto diretto del flusso.

Le staffe di supporto devono ancora tenere conto della dilatazione termica, quindi si applica la stessa idea di guida di adattamento libero.

Elenco di controllo delle migliori pratiche per l'installazione
Durante l'installazione è necessario seguire quanto segue per massimizzare la durata del riscaldatore in PTFE a forma di L del morsetto di supporto:

Significato dell'azione
Ispezionare l'interno del serbatoio per individuare eventuali bordi taglienti o bave. Prevenire danni iniziali al PTFE
Estremità libera della gamba orizzontale, installare la staffa di supporto. Evitare cedimenti e contatto con il muro
Assicurarsi che il foro della staffa sia 2–4 ​​mm più grande dell'ODAccount del riscaldatore per l'espansione termica
Fissa la gamba verticale al cerchio utilizzando un morsetto non-rotante. Nessuna rotazione e caduta verticale
Controllare la distanza minima di 5-10 mm dalle pareti della vasca. Eliminare il pericolo di usura
Controllo-esecuzione a caldo Post-installazioneNessun contatto o vincolo per l'espansione confermato.
Riepilogo
Il supporto meccanico è una tecnica semplice e poco costosa per mantenere l'investimento in un riscaldatore in PTFE-con forma personalizzata. Un riscaldatore a forma di L-ben supportato e bloccato non soffrirà di nessuno dei tre principali meccanismi di guasto meccanico, vale a dire; abrasione dovuta al contatto con la parete del serbatoio, fatica dovuta a vibrazioni e sollecitazioni dovute a limitate dilatazioni termiche. Un sistema di supporto ben costruito include una guida allentata o una staffa scanalata vicino all'estremità della gamba orizzontale che consente al PTFE di scivolare liberamente mentre si espande. È necessario utilizzare un morsetto per fissare la gamba verticale al bordo del serbatoio, impedendone la rotazione e la caduta ma consentendo l'espansione verso l'alto. È necessario mantenere la compatibilità dei materiali con il fluido di processo. - PTFE, PVDF o acciaio inossidabile sono alternative tipiche. La qualità del riscaldatore non è più cruciale delle migliori pratiche di installazione, un riscaldatore premium si guasterà prematuramente se gli viene permesso di oscillare, vibrare o raschiare contro la parete del serbatoio.