저온에서 유사해 보이는 두 가지 재료
FEP와 PTFE는 둘 다 과불소화 폴리머이며 둘 다 화학 처리에 사용되는 일반적인 냉각 유체(냉수, 글리콜 용액, 염수 및 냉매)에 저항합니다. 0도에서 50도 사이의 온도에서는 두 재료의 내화학성과 기계적 특성이 유사하며 비용을 기준으로 선택하는 경우가 많습니다.
FEP는 테트라플루오로에틸렌과 헥사플루오로프로필렌의 공중합체입니다. 헥사플루오로프로필렌 공단량체는 중합체의 결정성을 방해하고 용융 점도를 감소시켜 FEP가 용융 압출에 의해 가공될 수 있게 합니다. FEP의 최대 연속 사용 온도는 200도이며, PTFE의 경우 260도입니다.
PTFE는 테트라플루오로에틸렌의 단독 중합체입니다. 선형 구조는 더 높은 결정성을 생성하여 PTFE에 더 높은 인장 강도, 더 나은 크리프 저항 및 더 높은 연속 서비스 온도를 제공합니다. PTFE는 용융-가공이 불가능하므로 압축 성형 및 소결을 통해 제조됩니다.
열전도도 비교
FEP와 PTFE는 열전도율이 비슷합니다. PTFE는 0.25W/m·K의 전도도를 가지며, FEP는 0.24W/m·K의 전도도를 갖는다. 그 차이는 무시할 수 있으며 주어진 열 부하에 필요한 표면적에 영향을 미치지 않습니다.
두 재료의 전체 열 전달 계수는 벽 저항이 아닌 유막 저항에 의해 지배됩니다. 액체-대-액체 냉각 서비스에서 PTFE 열 교환기의 전체 계수는 일반적으로 200~300W/m²·K이고 FEP 열 교환기의 계수는 본질적으로 동일합니다. 두 재료 사이의 선택은 열 성능을 기준으로 이루어질 수 없습니다.
굴곡 피로 저항의 차이
굴곡 피로 저항은 균열 없이 반복적인 굽힘과 굴곡을 견딜 수 있는 재료의 능력입니다. FEP는 결정성이 낮고 분자 구조가 더 유연하기 때문에 PTFE보다 굴곡 피로 저항이 낮습니다.
저온-화학 냉각 서비스에서는 진동, 열 순환 또는 기계적 움직임에 영향을 받는 열교환기에서 굴곡 피로가 발생할 수 있습니다. 열 교환기가 팽창 및 수축함에 따라 튜브가 휘어지며, 반복적인 굽힘으로 인해 튜브 벽에 균열이 발생할 수 있습니다.
PTFE는 FEP보다 굴곡 피로 저항성이 높기 때문에 튜브가 반복적으로 구부러지는 서비스에 적합합니다. FEP는 튜브가 단단히 지지되고 크게 움직이지 않는 서비스에 적합합니다.
침투 저항의 차이
투과는 폴리머를 통한 가스 또는 액체의 확산입니다. FEP는 결정성이 낮고 분자 구조가 더 열려 있기 때문에 PTFE보다 투과율이 더 높습니다.
저온-온도 화학 냉각 서비스에서 냉각 유체에 용해된 가스가 포함되어 있거나 공정 유체가 오염에 민감한 경우 침투가 문제가 될 수 있습니다. 튜브 벽을 통한 산소 또는 이산화탄소의 침투는 공정 화학에 영향을 미칠 수 있으며, 공정 유체의 튜브 벽을 통한 침투는 냉각 유체를 오염시킬 수 있습니다.
PTFE는 FEP보다 투과율이 낮으므로 투과가 우려되는 서비스에 적합합니다. FEP는 침투가 중요한 요소가 아닌 서비스에 적합합니다.
온도 성능 차이
FEP의 최대 연속 사용 온도는 200도이며, PTFE의 최대 연속 사용 온도는 260도입니다. 저온에서는 두 재료 모두 서비스 범위 내에 있으며 온도 성능 차이는 선택에 영향을 미치지 않습니다.
공정 조건이 변경되면 온도 성능 차이가 중요해집니다. 나중에 냉방 서비스를 난방 서비스로 전환하거나 작동 온도가 높아지면 FEP 장치가 적합하지 않을 수 있으며 PTFE 장치가 필요할 수 있습니다.
저온-온도 화학 냉각의 두 재료 비교
다음 표에는 30% 글리콜 용액을 사용하는 10도의 저온 화학 냉각 서비스에서 PTFE 및 FEP 열교환기의 성능 및 비용 특성이 요약되어 있습니다.
| 특성 | PTFE 열교환기 | FEP 열교환기 | 이점 |
|---|---|---|---|
| 열전도율 | 0.25 W/m·K | 0.24 W/m·K | 동일한 |
| 전체 열전달 계수 | 250 W/m²·K | 245 W/m²·K | 동일한 |
| 최대 연속 서비스 온도 | 260도 | 200도 | PTFE |
| 굴곡 피로 저항 | 높은 | 보통의 | PTFE |
| 침투 저항 | 높은 | 보통의 | PTFE |
| 글리콜 용액에 대한 내화학성 | 훌륭한 | 훌륭한 | 동일한 |
| 기계적 강도 | 높은 | 보통의 | PTFE |
| 열충격 저항 | 높은 | 보통의 | PTFE |
| 수리 가능성 | 좋은 | 좋은 | 동일한 |
| 냉각 서비스의 수명 | 15~20년 | 10~15년 | PTFE |
| 20kW 의무에 대한 자본 비용 | $18,000 | $14,000 | FEP |
| 설치비용 | $2,500 | $2,500 | 동일한 |
| 연간 유지관리 비용 | $1,200 | $1,800 | PTFE |
| 5-년 총 비용 | $33,500 | $33,500 | 동일한 |
5년-년 총 비용 값은 시간당 생산 가치를 $400로 가정하고 5년간의 자본 비용, 설치 비용 및 유지 관리 비용을 포함합니다. FEP의 낮은 자본 비용이 높은 유지 관리 비용으로 상쇄되기 때문에 5-년 총 비용은 본질적으로 동일합니다.
FEP가 더 나은 선택일 때
FEP는 여러 특정 응용 분야에서 더 나은 선택입니다.
구부러지지 않는 저온-서비스.50도 미만의 온도에서 견고하게 지지되는 튜브를 사용하는 FEP는 더 낮은 자본 비용으로 PTFE와 동일한 성능을 발휘합니다.
중요하지 않은-침투 서비스.튜브 벽을 통한 가스나 액체의 침투가 문제가 되지 않는 경우에는 FEP가 적합합니다.
짧은 서비스 수명 요구 사항.열 교환기의 사용 수명이 10년 이하로 예상되는 경우 FEP가 적절하고 비용도 저렴합니다.
비용-에 민감한 애플리케이션.자본 예산이 제한된 경우 FEP는 더 낮은 비용으로 적절한 성능을 제공합니다.
표준 냉각 서비스.특이한 화학적 또는 기계적 요구 사항이 없는 표준 냉각 서비스의 경우 FEP가 적합합니다.
PTFE가 더 나은 선택일 때
PTFE는 여러 특정 응용 분야에서 더 나은 선택입니다.
플렉싱 서비스.튜브가 진동, 열 순환 또는 기계적 움직임을 겪을 때 PTFE는 FEP보다 굴곡 피로 저항이 더 높습니다.
침투-민감한 서비스.튜브 벽을 통한 가스 또는 액체의 침투가 중요한 경우 PTFE는 FEP보다 침투율이 낮습니다.
고온-서비스.작동 온도가 200도를 초과할 경우 FEP가 부드러워지고 강도가 떨어지므로 PTFE가 필요합니다.
긴 서비스 수명 요구 사항.열교환기의 사용 수명이 15년 이상으로 예상되는 경우 기계적 강도가 더 높고 크리프 저항이 더 우수하므로 PTFE를 선택하는 것이 좋습니다.
순도 높은-서비스.공정 유체가 오염에 민감한 경우 PTFE는 FEP보다 투과율이 낮고 추출물도 낮습니다.
선택에 영향을 미치는 디자인 특징
여러 가지 설계 특징이 PTFE와 FEP 사이의 선택에 영향을 미칩니다.
튜브 지지 간격.튜브 지지 간격이 더 가까우면 튜브의 굴곡이 줄어들어 굴곡 피로 요구 사항이 줄어들고 FEP를 사용할 수 있습니다.
흐름 속도.유속이 높을수록 튜브의 진동과 굴곡이 증가하므로 PTFE에 유리합니다.
열 순환 주파수.열 주기가 더 빈번해지면 튜브의 휘어짐이 증가하므로 PTFE가 선호됩니다.
공정 유체 감도.보다 민감한 공정 유체에는 더 낮은 투과율이 필요하므로 PTFE가 선호됩니다.
작동 온도 마진.작동 온도와 재료 한계 사이의 여유가 클수록 향후 공정 변경에 더 많은 유연성이 제공되므로 PTFE가 선호됩니다.
저온-온도 화학적 냉각을 위한 사양 매개변수
저온 화학적 냉각을 위한 PTFE 및 FEP 열교환기를 평가하는 장비 엔지니어는 공급업체와 함께 다음 매개변수를 확인해야 합니다.{0}}
냉각 유체 화학.글리콜, 염수 또는 기타 첨가제의 농도를 포함하여 냉각액 구성을 지정합니다.
작동 온도.최대 작동 온도와 예상 온도 프로필을 지정합니다.
공정 유체 감도.침투로 인한 오염에 대한 공정 유체의 민감도를 지정합니다.
굴곡 조건.튜브가 경험하게 될 진동, 열 순환 및 기계적 움직임을 지정합니다.
서비스 수명 요구 사항.예상 사용 수명과 교체 일정을 지정하십시오.
열 부하 및 표면적.각 재료 옵션에 대해 열부하와 필요한 표면적을 지정합니다.
공간 제약.사용 가능한 공간과 최대 허용 설치 공간을 지정합니다.
유지보수 능력.시설의 유지 관리 능력을 지정합니다.
냉각 서비스 조건에 맞는 자재 선택
저온 화학 냉각에서 PTFE와 FEP 열교환기 사이의 선택은 굴곡 조건, 침투 민감도, 서비스 수명 요구 사항 및 비용 민감도에 따라 달라집니다. FEP는 휘어짐이나 침투 문제가 없는 저온- 서비스에 적합하며 가격도 저렴합니다. 굴곡, 침투 문제 또는 긴 서비스 수명 요구 사항이 있는 서비스에는 PTFE가 필요합니다.
선택 결정은 자본 비용, 설치 비용, 유지 관리 비용 및 생산 손실 노출을 통합하는 시설별 분석을 기반으로 해야 합니다.- 이러한 비용 구성 요소가 포함된 간단한 스프레드시트 모델은 결정을 내리는 데 필요한 정보를 제공합니다.
열교환기 옵션을 평가하는 저온{0}}화학 냉각 시설의 경우 자재 선택은 자본 비용뿐만 아니라 예상 서비스 수명에 대한 총 소유 비용을 기준으로 해야 합니다. 자본 비용이 낮은 FEP 장치는 더 자주 교체해야 하는 경우 수명 비용이 더 높을 수 있습니다.
저온 화학 냉각 또는 기타 부식성 서비스를 위한 PTFE 열 교환기 사양을 평가하는 장비 엔지니어 및 조달 전문가는 냉각 유체 화학, 작동 온도, 공정 유체 민감도, 굴곡 조건 및 서비스 수명 요구 사항을 다루는 설계 검토를 요청하여 재료 선택이 시설의 실제 서비스 조건 및 비용 구조와 일치하는지 확인할 수 있습니다.
