Het probleem met de ademhalingstank
Grote opslagtanks-50.000 tot 500.000 liter-ademen. Wanneer deze gevuld is, duwt de hydrostatische druk van duizenden tonnen vloeistof de tankwanden naar buiten. De bodemschaal zet radiaal uit met 5-15 mm, afhankelijk van de tankdiameter, vloeistofhoogte en wanddikte. Bij het leegmaken krimpen de muren. Deze radiale beweging vindt plaats bij elke vul-leegcyclus. Gedurende de levensduur van een tank bewegen de wanden duizenden keren naar binnen en naar buiten.
Een warmtewisselaar die star is verbonden met zowel de tankbodem als de tankwand ervaart deze beweging als een gedwongen verplaatsing. De verbindingen worden uit elkaar getrokken als de muur uitzet, en samengedrukt als de muur samentrekt. Door de cyclische verplaatsing worden de verbindingen vermoeid, waardoor uiteindelijk lekkage ontstaat bij de verbindingen tussen de buis{2}}naar- de kop of een structureel falen van het steunframe.
PTFE-warmtewisselaars kunnen worden ontworpen met flexibele montagesystemen die de beweging van de tankwand mogelijk maken terwijl de positie en oriëntatie van de wisselaar behouden blijft. De flexibiliteit is geïntegreerd in het draagframe en de nutsaansluitingen, waardoor de buizenbundel wordt geïsoleerd van de structurele bewegingen van de tank.
Het flexibele montagesysteem
Het steunframe van de warmtewisselaar is slechts aan één uiteinde aan de tankbodem verankerd-het vaste uiteinde. Het vaste uiteinde bevindt zich nabij het midden van de tank, waar de radiale beweging tijdens het vullen minimaal is. Het andere uiteinde van het frame-het glijdende uiteinde-wordt ondersteund door PTFE-lagers met lage-wrijving, waardoor het frame ten opzichte van de tankvloer kan glijden terwijl de tankwanden bewegen.
Het frame is op geen enkel punt aan de tankwand bevestigd. Het glijdende uiteinde rust op de tankvloer en de lagerkussens vangen de relatieve beweging op. Het frame wordt geleid door verticale palen die zijdelingse verplaatsing voorkomen en tegelijkertijd de axiale schuifbeweging mogelijk maken. De palen worden buiten de framebreedte aan de tankvloer verankerd, waardoor ze de schuifwerking niet hinderen.
De stoomtoevoer- en condensaatretouraansluitingen bij de tankwanddoorvoer zijn gemaakt met flexibele PTFE-gevoerde slangen of scharnierende draaikoppelingen die de relatieve beweging tussen de vaste tankwanddoorvoer en de verschuifbare warmtewisselaarkop absorberen. De flexibele verbindingen zijn lang genoeg om het volledige bewegingsbereik van de muur op te vangen zonder de slang of de aansluitfittingen te overbelasten.
| Flexibiliteitsparameter | Specificatie |
|---|---|
| Maximale radiale beweging van de tankwand | 5-25 mm (afhankelijk van tankgrootte) |
| Vaste ankerlocatie | Nabij tankcentrum (minimale radiale bewegingszone) |
| Glijlagermateriaal | PTFE-pad op gepolijst roestvrij staal of PTFE-rail |
| Glijlagerwrijvingscoëfficiënt | 0,04-0,08 (PTFE op glad oppervlak) |
| Flexibel nutsaansluitingstype | Met PTFE-gevoerde roestvrijstalen gevlochten slang; minimale buigradius 10× slangdiameter |
| Verbindingslengte | 3-5× maximaal bewegingsbereik |
| Kadergeleiding | Verticale geleidingspalen met schuifspeling |
| Spanning op de buizenbundel door beweging van de muur | Nul (opgenomen door schuifframe en flexibele verbindingen) |
De thermische uitzettingscoördinatie
De PTFE-warmtewisselaar zet zelf uit bij verhitting van omgevings- naar bedrijfstemperatuur. De thermische uitzetting ervan (ongeveer 120 × 10⁻⁶/ graad, of 12 mm per meter voor een temperatuurstijging van 100 graden) moet worden gecoördineerd met de beweging van de tankwand. De twee bewegingen-thermische uitzetting van de wisselaar en hydrostatische uitzetting van de tank-komen gelijktijdig voor tijdens het vullen en verwarmen van de tank.
Het schuifuiteinde van het frame neemt beide bewegingen op. De totale beweging aan het glijdende uiteinde is de vectorsom van de radiale beweging van de tankwand en de differentiële thermische uitzetting tussen het PTFE-frame en de stalen tankvloer. De lengte van het PTFE-lagerkussen is zodanig gedimensioneerd dat het gedurende het gehele bewegingsbereik volledig in contact blijft met de vloer, met een extra marge voor installatietolerantie.
De verificatie en het onderhoud
Het schuifmechanisme wordt tijdens de inbedrijfstelling geverifieerd door de tank met water te vullen en de werkelijke radiale wandbeweging en de schuifverplaatsing van het frame te meten. De gemeten waarden worden vergeleken met de ontwerpvoorspellingen. Als de daadwerkelijke beweging het ontwerpbereik overschrijdt, worden de flexibele verbindingslengte en de afmetingen van het lagerkussen beoordeeld.
De glijlagerkussens worden jaarlijks geïnspecteerd tijdens de interne inspectie van de tank. De remblokken worden vervangen als deze overmatige slijtage vertonen of als de wrijvingscoëfficiënt is toegenomen als gevolg van oppervlaktevervuiling. De flexibele slangen worden geïnspecteerd op tekenen van vermoeidheid of schuren en worden vervangen volgens een preventieve cyclus van 5 jaar.
Samenvatting
PTFE-warmtewisselaars die zijn ontworpen voor grote opslagtanks zijn voorzien van flexibele montagesystemen die de radiale beweging van de tankwand tijdens vul-lege cycli mogelijk maken. Een vast anker nabij het midden van de tank en glijdende PTFE-lagers aan het andere uiteinde zorgen ervoor dat het frame met de tankconstructie meebeweegt zonder verplaatsing naar de buizenbundel over te brengen. Flexibele nutsaansluitingen absorberen de relatieve beweging bij de tankwandpenetratie. Het ontwerp elimineert cyclische spanningen op buisverbindingen die anders vermoeidheidsbreuken zouden veroorzaken.
Technische ondersteuning voor het ontwerp van een PTFE-warmtewisselaar met grote{0}}tanks is beschikbaar na opgave van de tankdiameter en -hoogte, de vloeistofdichtheid, de -vulfrequentie van de lege cyclus, het verwarmingsvermogen en de constructiedetails van de bestaande tankvloer.
