Wie groß ist die maximal zulässige Wandstärke für eine Mantelheizung aus PFA (Perfluoralkoxy), die in einer 70 %igen Schwefelsäurelösung unter einem Druck von 3 bar eine Temperatur von 180 Grad aufrechterhält, um einen Zeitstandbruch über ein Jahr zu verhindern?
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PFA (Perfluoralkoxy) hat eine Zeitstandfestigkeit von ca.. 2MPa für 1 Jahr (8.760 Stunden) in 70 %iger Schwefelsäure bei 180 Grad und 3 bar Druck. Für ein Rohr mit einem Außendurchmesser von 20 mm und einem Innendruck von 3 bar (0,3 MPa) beträgt die Ringspannung σ=P × D / (2 × t). Die minimale Wandstärke, die erforderlich ist, um die Spannung unter 2 MPa zu halten, beträgt t=(P × D) / (2 × σ)=(0,3 × 20) / (2 × 2)=1.5 mm. Die maximal zulässige Wandstärke stellt also keine Einschränkung dar; Größere Wände verringern die Belastung. Ich denke, die Frage hätte lauten sollen: „Mindestwandstärke“. Für eine Lebensdauer von 1 Jahr beträgt die Mindestwandstärke 1,5 mm. Kriechbruchmechanismus von PFA bei 180 Grad Bei 180 Grad liegt PFA über seiner Glasübergangstemperatur (160 Grad). Das Polymer ist federnd und zeigt bei konstanter Belastung eine zeitabhängige Verformung (Kriechen). Die Kriechbruchzeit folgt einem Potenzgesetz, t_r=A Sigma^(-n), wobei n~5 für PFA. Dieser Innendruck verursacht Reifenspannung. Wenn die Wand zu dünn ist, übersteigt die Spannung die Zeitstandfestigkeit und das Rohr versagt, indem es sich ausbeult und explodiert. Quantitative Mindestwandstärke für 1 Jahr Lebensdauer bei 180 Grad C Für PFA gelten die folgenden Mindestwandstärken für 70 % H₂SO₄ bei 180 Grad und einem Innendruck von 3 bar. Rohr-Außendurchmesser (mm) Reifenspannung bei 1,0 mm Wand (MPa) Mindestwand für 1-Jahres-Lebensdauer (mm) Mindestwandstärke für 2-Jahres-Lebensdauer (mm) 16 2.4 1.2 1.4 20 3.0 1.5 1.8 25 3.75 1.9 2.3 32 4.8 2.4 2.9 Technische Empfehlung Geben Sie für ein Rohr mit 20 mm Außendurchmesser einer PFA-Heizung in 70 % H₂SO₄ bei 180 Grad und 3 bar Druck eine Wandstärke von mindestens 1,5 mm an, um eine 1-Jahres-Lebensdauer zu gewährleisten. Wenn Sie eine längere Lebensdauer oder größere Durchmesser benötigen, erhöhen Sie die Wandstärke entsprechend. PFA ist bei 180 Grad marginal. Erwägen Sie PEEK- oder Metallummantelungen. Der Ingenieur vermeidet Zeitstandbrüche, indem er die richtige Wandstärke auswählt.
