Le virage du champ qui s'est plié
Un technicien de terrain acheminant un tube d'échangeur de chaleur en PTFE autour d'une poutre de support de réservoir plie le tube à la main jusqu'à un rayon qui semble raisonnable. Le tube semble accepter la courbure sans se fissurer. Trois mois plus tard, le tube au niveau de ce coude s'est aplati en une section ovale-. Le débit de vapeur est restreint. Le tube doit être remplacé.
L'erreur consistait à plier le PTFE en dessous de son rayon de courbure minimum. Contrairement aux tubes métalliques, qui se déforment plastiquement à un angle de courbure bien défini, le PTFE peut être plié à des rayons étonnamment serrés sans dommage visible immédiat. Les chaînes polymères se réorientent. Le tube semble acceptable. Mais la paroi extérieure du coude est en tension au-delà de la limite élastique du matériau. Au fil du temps, à température élevée, le polymère étiré flue, la paroi s'amincit et le tube s'ovale.
Le rayon de courbure minimum des tubes d'échangeur de chaleur en PTFE n'est pas le rayon auquel le tube se plie immédiatement. Il s'agit du rayon auquel le fluage et l'ovalisation à long-terme restent dans des limites acceptables pour la durée de vie.
Le régime de courbure élastique ou plastique
Lorsqu’un tube est plié, la paroi extérieure s’étire sous tension et la paroi intérieure se comprime. La déformation à la surface extérieure est : ε=r / R, où r est le rayon extérieur du tube et R est le rayon de l'axe de courbure.
Le PTFE a une déformation limite élastique d'environ 2-3 % à température ambiante et de 1 à 2 % à 120 degrés. La flexion à des contraintes inférieures à cette limite produit une déformation entièrement élastique : le tube revient droit lorsqu'il est relâché. La flexion à des contraintes supérieures à cette limite produit une déformation permanente. Les chaînes polymères ont été étirées au-delà de leur capacité de récupération élastique.
Le rayon de courbure minimum de sécurité est calculé pour maintenir la contrainte des fibres externes dans la limite élastique à la température de fonctionnement maximale. Cela garantit que la courbure ne s’ovalise pas progressivement avec le temps.
Pour un tube PTFE de 10 mm de diamètre extérieur, le rayon extérieur r du tube est de 5 mm. Pour limiter la déformation à 2 % à 120 degrés, le rayon de courbure minimum R=r / ε=5 / 0.02=250 mm. Pour un tube de 8 mm de diamètre extérieur, r = 4 mm et R = 4 / 0.02=200 mm.
Tableau 1 : Rayons de courbure minimum recommandés pour les tubes d'échangeur de chaleur en PTFE
| Diamètre extérieur du tube (mm) | Épaisseur de paroi (mm) | Rayon de courbure minimum à 20 degrés (mm) | Rayon de courbure minimum à 120 degrés (mm) | Multiplicateur de Tube OD (à 120 degrés) | Remarques |
|---|---|---|---|---|---|
| 6 | 0.8 | 90 | 150 | 25× | Les virages serrés nécessitent un support de mandrin pendant le pliage |
| 8 | 1.0 | 120 | 200 | 25× | Rayon de courbure standard sur le terrain |
| 10 | 1.0 | 150 | 250 | 25× | Utilisez un ressort ou une forme de flexion pour plus de cohérence |
| 10 | 1.2 | 160 | 260 | 26× | Une paroi plus épaisse augmente légèrement le rayon requis |
| 12 | 1.0 | 180 | 300 | 25× | Un diamètre plus grand nécessite naturellement un rayon plus grand |
| 12 | 1.5 | 200 | 320 | 27× | La paroi épaisse augmente le rayon requis |
L'effet de récupération thermique
Le PTFE possède une propriété utile pour le pliage sur site : la récupération thermique. Si un tube est plié à froid selon un rayon légèrement plus serré que le minimum recommandé, le chauffer à 120-150 degrés permet aux chaînes de polymère de se détendre. La contrainte interne due à la flexion se dissipe partiellement. Le tube conserve sa forme courbée mais avec une contrainte résiduelle réduite.
Cette technique permet des courbures sur site à des rayons environ 20-30 % plus serrés que le minimum de courbure à froid-, à condition que le tube soit ensuite thermofixé-en y faisant circuler de la vapeur à basse pression avant de le mettre en service complet. La procédure de thermofixation doit être documentée dans les instructions d’installation.
Exigences relatives aux outils de pliage
Une flexion manuelle non soutenue produit des rayons incohérents et risque de se plier localement. Un ressort de flexion-un ressort hélicoïdal qui glisse sur le diamètre extérieur du tube-fournit un support externe et empêche l'ovalisation pendant la flexion. Une forme de pliage-un bloc façonné avec le rayon souhaité-fournit une géométrie de pliage cohérente.
Pour les installations sur le terrain où plusieurs coudes identiques sont requis, un simple dispositif de pliage est justifié. Le dispositif garantit que chaque coude répond à l'exigence de rayon minimum et produit une chute de pression constante sur des circuits de tubes identiques.
Résumé
Le rayon de courbure minimum des tubes d'échangeur de chaleur en PTFE est 25 fois le diamètre extérieur du tube pour le cintrage à froid à 20 degrés et 25-27 fois pour le cintrage à 120 degrés. Cela maintient la déformation des fibres externes dans la limite élastique de 2 %, empêchant ainsi une ovalisation par fluage et une restriction d'écoulement à long terme.
La récupération thermique après pliage à froid permet des rayons légèrement plus serrés avec une procédure de thermofixation contrôlée-. Les ressorts ou les formes de pliage garantissent des courbures constantes et sans pliure- lors de l'installation sur le terrain.
Les spécifications techniques pour les procédures de cintrage des tubes en PTFE et les critères d'acceptation sont disponibles sur soumission des dimensions du tube, de la température de fonctionnement, des contraintes d'espace d'installation et des géométries de courbure requises.
