Le char oublié
Un technicien de maintenance effectue une réparation de fin de semaine sur une cuve de décapage à l'acide sulfurique. Le réservoir est vidé. La vanne d'alimentation en vapeur, laissée ouverte lors du dépannage, admet 4 barg de vapeur dans l'échangeur thermique en PTFE. Lundi matin, l'opérateur de première équipe-active le système de vapeur sans vérifier le niveau du réservoir. Le serpentin PTFE fonctionne dans l'air à pleine température de vapeur pendant environ 90 minutes avant que l'erreur ne soit découverte.
Une bobine en acier inoxydable dans les mêmes conditions atteindrait une température de surface de 143 degrés et s'oxyderait rapidement. La dilatation thermique exercerait une contrainte sur les joints soudés au-delà des limites de conception. Lors du remplissage du réservoir, l'acide froid frappant le métal surchauffé provoquerait un choc thermique sévère.
Un radiateur à quartz se briserait probablement sous le choc thermique du liquide froid entrant en contact avec la surface à 143 degrés, dispersant des fragments dans le réservoir.
Qu'arrive-t-il à la bobine PTFE ? La réponse dépend de la température atteinte, de la durée d'exposition et de la conception du système de support-et non d'un quelconque mécanisme de dégradation chimique, car le PTFE est thermiquement stable jusqu'à 260 degrés.
Le profil thermique du-feu sec
La vapeur à 4 barg se condense à 152 degrés. Lorsqu'un échangeur de chaleur en PTFE fonctionne dans l'air plutôt que dans un liquide, le mécanisme de transfert de chaleur change radicalement. Le coefficient de transfert de chaleur externe chute d'environ 600 W/m²·K dans un acide agité à environ 10-25 W/m²·K dans de l'air calme. La température de la paroi du tube s'élève de ses 70 à 90 degrés normaux (dans le liquide) pour s'approcher de la température de saturation de la vapeur de 152 degrés.
À 152 degrés, le PTFE se situe bien dans ses limites de service continu de 260 degrés. Aucune dégradation chimique ne se produit. Pas de fonte. Aucune décomposition. Le matériau conserve complètement son intégrité structurelle.
Le souci ne vient pas du PTFE lui-même mais du système de support. Si le cadre de support est en PVDF (limite de service continu 150 degrés), il peut se ramollir ou se déformer. Si les pinces de support sont trop serrées en métal-, elles peuvent indenter les tubes en PTFE ramollis. Un échangeur de chaleur en PTFE bien conçu utilise des supports en PTFE ou en PVDF à haute température-adaptés à la température de vapeur maximale possible, offrant ainsi une protection contre les erreurs de l'opérateur.
Tableau 1 : Comparaison de la survie au feu sec-en fonction du matériau de l'échangeur de chaleur (vapeur 4 barg, 152 degrés, exposition à l'air pendant 90 minutes)
| Paramètre | Acier inoxydable 316L | Titane Grade 2 | Quartz | PTFE |
|---|---|---|---|---|
| Température maximale du matériau lors d'un-feu sec | 152 degrés | 152 degrés | 152 degrés | 152 degrés |
| Limite d'utilisation continue du matériau | 870 degrés | 425 degrés | 1 100 degrés (ramollissement à 1 600 degrés) | 260 degrés |
| Oxydation/corrosion à l'air chaud | Modéré (entartrage d'oxyde) | Sévère (fragilisation par l'oxygène) | Aucun | Aucun |
| Choc thermique au contact d'un liquide froid | Sévère (risque de fissuration par extinction) | Modéré | Extrême (briser) | Aucun (accommodation élastique) |
| Risque du système de support | Faible (métal non affecté) | Faible | N/A (construction intégrale) | Supports en PTFE évalués à 260 degrés ; Les supports en PVDF peuvent ramollir au-dessus de 150 degrés |
| Récupération après événement | Nécessite une inspection pour le tartre ; possible soulagement des contraintes de soudure | Nécessite une inspection pour la fragilisation | Remplacement requis en cas de fracture | Remise en service immédiate après contrôle visuel |
| Disposition après 90-minutes de feu à sec | Inspecter; peut nécessiter une passivation | Inspecter; remplacer si fragilisé | Remplacer | Inspecter les supports ; bobine réutilisable |
Le système de soutien : le facteur limitant
Le tube en PTFE lui-même survit au feu à sec-sans dommage. Les plaques de support, le cadre et les connexions du collecteur déterminent si la bobine peut être remise en service immédiatement ou si elle nécessite une réparation.
Les plaques de support en PTFE conçues pour un service continu à 260 degrés ne sont pas affectées par l'exposition à 152 degrés. Les plaques de support en PVDF évaluées à 150 degrés peuvent subir une distorsion mineure à 152 degrés, en particulier sous la charge mécanique du poids du tube. Après refroidissement, le PVDF peut présenter une déformation permanente nécessitant le remplacement du support même si les tubes chauffants ne sont pas endommagés.
Les cadres de support métalliques, s'ils sont utilisés, se dilatent à un rythme différent de celui des tubes en PTFE. L'expansion différentielle au cours de l'exposition à chaud de 90 -minutes peut desserrer le tube-pour supporter les jeux. Après refroidissement, les jeux reviennent à la normale car les tubes PTFE se contractent élastiquement.
Les connexions de collecteur-généralement des raccords à compression ou évasés-doivent être inspectées pour détecter la relaxation du couple après le cycle thermique. Le PTFE froid-s'écoule sous compression soutenue à température élevée. Un raccord correctement serré à température ambiante peut perdre sa compression après des heures à 152 degrés. Resserrer-le couple après un incendie-à sec est une précaution prudente.
Protection contre les erreurs de l'opérateur grâce à la conception
La protection contre les incendies secs-la plus efficace est procédurale : remplissez le réservoir avant d'activer la vapeur. Lorsque les contrôles procéduraux échouent, les caractéristiques de conception assurent une défense en profondeur.
Un interrupteur de verrouillage de niveau câblé à la vanne de régulation de vapeur empêche l'écoulement de vapeur lorsque le niveau du réservoir est inférieur au serpentin. Il s’agit de la principale protection technique. Une alternative est une soupape de limitation de pression de vapeur-réglée pour limiter la température de saturation de la vapeur en dessous de la valeur maximale du système de support-offrant une protection thermique même si le verrouillage de niveau est contourné.
Pour les échangeurs de chaleur en PTFE, la tolérance thermique inhérente au matériau offre une troisième couche de protection. La bobine survit à l'événement même si les protections procédurales et primaires échouent. Cette marge de sécurité inhérente est unique au PTFE parmi les matériaux courants pour échangeurs de chaleur.
Résumé
Un échangeur de chaleur en PTFE survit à des conditions d'incendie sec-accidentel suite à l'activation de la vapeur dans un réservoir vide, car la température de service continu du fluoropolymère à 260 degrés dépasse la température de saturation de la vapeur de 152 degrés. Le tube lui-même ne nécessite aucun remplacement. Le système de support-s'il est spécifié avec du PTFE ou des composants PVDF correctement évalués-survit de la même manière.
Les principales actions postérieures à l'événement -sont l'inspection des plaques de support pour déceler toute distorsion, le-resserrage des connexions de l'embase et la vérification qu'aucun corps étranger n'a fondu sur la surface de la bobine pendant l'exposition. Le temps de récupération est mesuré en minutes d’inspection et non en jours de remplacement.
Les recommandations techniques pour la conception d'échangeurs de chaleur en PTFE sec-ignifuge-résistant sont disponibles sur soumission de la pression de vapeur maximale possible, des spécifications des matériaux de support et des détails du système de verrouillage de niveau existant.
