종이 위에서는 서로 바꿔 쓸 수 있을 것 같은 두 가지 재료
화학 처리 시설에서는 150도에서 황산 서비스용 열교환기를 지정합니다. 조달 문서에는 튜브 재질이 "PTFE 또는 동급"으로 나열되어 있으며 튜브 치수는 0.8mm 벽에 6mm OD로 표시되어 있습니다. 두 개의 견적이 접수되었습니다. 하나는 PTFE 튜브이고 다른 하나는 PFA 튜브입니다. PFA 견적은 15% 더 높고 배송 시간은 4주 더 길어졌습니다.
더 낮은 가격을 기준으로 선택이 이루어지며 PTFE 유닛이 주문됩니다. 장치는 튜브-대-튜브 시트 연결부에서 누출이 발생하기 전까지 약 14개월 동안 설치 및 작동됩니다. 검사 결과 조인트의 PTFE가 휘어지고 용접부에 균열이 발생한 것으로 나타났습니다. PFA 장치를 선택했다면 작동 온도에서 크리프 저항이 더 높은 용접 조인트를 갖게 되었을 것입니다.
단순한 가격비교처럼 보였던 선택 결정은 실제로는 두 소재의 최대 작동 온도와 결합 무결성에 대한 결정이었습니다.
화학 구조의 차이
PTFE와 PFA는 모두 과불소화 폴리머입니다. 즉, 탄소 백본이 불소 원자로 완전히 보호됩니다. 차이점은 사이드 체인에 있습니다. PTFE는 측쇄가 없는 선형 구조를 가지고 있습니다. PFA는 백본에 부착된 퍼플루오로알콕시 측쇄가 있는 선형 구조를 가지고 있습니다.
PFA의 측쇄는 폴리머의 결정성을 방해하고 용융 점도를 감소시킵니다. 용융 점도가 낮기 때문에 PFA를 용융 압출 및 사출 성형으로 가공할 수 있으며, 이를 통해 PTFE보다 표면이 더 매끄럽고 용접 조인트가 더 안정적인 튜브와 부품을 생산할 수 있습니다.
PTFE의 선형 구조는 더 높은 결정성을 생성하여 PTFE에 PFA보다 더 높은 인장 강도, 더 나은 크리프 저항 및 더 높은 연속 서비스 온도를 제공합니다.
최대 작동 온도 차이
PTFE의 최대 연속 사용 온도는 260도, PFA의 경우 260도입니다. 두 재료의 공칭 온도 한계는 동일합니다. 실질적인 차이는 기계적 특성이 갈라지기 시작하는 범위의 높은 끝 부분에서 나타납니다.
150도에서 두 재료 모두 열교환기 서비스에 적합한 기계적 강도를 유지합니다. 200도에서 PTFE는 실온{4}}인장 강도의 약 70%를 유지하는 반면, PFA는 약 50%를 유지합니다. 250도에서 PTFE는 약 50%를 유지하고 PFA는 약 30%를 유지합니다.
실질적인 의미는 200도 이상의 온도에서는 PTFE가 압력을 포함하는 구성 요소에 더 나은 선택인 반면, PFA는 응력이 더 낮은 적용 분야로 제한된다는 것입니다.-
크리프 저항의 차이
크리프(Creep)는 지속적인 하중 하에서 재료가 천천히 변형되는 현상입니다. PTFE는 결정성이 높고 선형 구조로 인해 PFA보다 내크리프성이 우수합니다. 그 차이는 특히 높은 온도에서 두드러집니다.
열 교환기에서 튜브와 튜브 시트는 내부 압력과 열팽창으로 인해 지속적인 하중을 받습니다. 튜브-대-튜브 시트 조인트는 조인트 압축으로 인해 지속적인 하중을 받습니다. 시간이 지남에 따라 재료가 오그라들고 접합부가 느슨해질 수 있습니다.
PTFE는 동일한 온도와 응력에서 PFA보다 낮은 속도로 크리프됩니다. 고온-온도 서비스에서는 이 차이가 조인트의 서비스 수명을 결정합니다. PTFE 조인트는 10~15년 동안 지속되는 반면, PFA 조인트는 5~8년 동안 지속됩니다.
용접 무결성의 차이
PFA는 용융 점도가 낮기 때문에 PTFE보다 더 안정적으로 용접할 수 있습니다. PFA의 용접 영역은 더욱 균질하며 용접 강도는 일반적으로 모재 강도의 90~95%입니다. PTFE의 용접 영역은 덜 균질하며 용접 강도는 일반적으로 모재 강도의 70-85%입니다.
용접 무결성 차이는 열 교환기에서 가장 큰 응력을 받는 위치인 튜브{0}}와-튜브 시트 접합부에서 특히 중요합니다. PFA 조인트는 PTFE 조인트보다 신뢰성이 높으며 PFA 조인트의 수명이 더 깁니다.
표면 매끄러움의 차이
PFA는 용융점도가 낮기 때문에 PTFE보다 표면이 더 매끄럽게 압출될 수 있습니다. 표면이 매끄러울수록 침전물과 입자의 부착이 줄어들어 오염률과 청소 빈도가 줄어듭니다.
고온-산 서비스에서는 산이 튜브 표면에 침전물을 형성할 수 있고 침전물이 열 전달 계수를 감소시키기 때문에 PFA 표면이 더 매끄러울수록 유리합니다. 표면이 매끄러울수록 입자 생성도 줄어듭니다. 이는 고순도-응용 분야에서 중요합니다.
고온 산성 서비스의 두 가지 재료 비교-
다음 표에는 50% 황산을 사용하는 150도 황산 서비스에서 PTFE 및 PFA 열교환기의 성능 및 비용 특성이 요약되어 있습니다.
| 특성 | PTFE 열교환기 | PFA 열교환기 | 이점 |
|---|---|---|---|
| 최대 연속 서비스 온도 | 260도 | 260도 | 동일한 |
| 150도에서의 인장 강도 | RT의 70% | RT의 60% | PTFE |
| 200도에서의 인장 강도 | RT의 50% | RT의 35% | PTFE |
| 150도에서의 크리프 저항성 | 높은 | 보통의 | PTFE |
| 200도에서의 크리프 저항성 | 보통의 | 낮은 | PTFE |
| 용접강도 | 부모의 70~85% | 부모의 90~95% | PFA |
| 표면 매끄러움 | 좋은 | 훌륭한 | PFA |
| 내오염성 | 보통의 | 높은 | PFA |
| 황산에 대한 내화학성 | 훌륭한 | 훌륭한 | 동일한 |
| 고온-산에서의 사용 수명 | 10~15년 | 8~12세 | PTFE |
| 30kW 의무에 대한 자본 비용 | $28,000 | $32,000 | PTFE |
| 설치비용 | $3,000 | $3,000 | 동일한 |
| 연간 유지관리 비용 | $2,000 | $2,500 | PTFE |
| 5-년 총 비용 | $50,000 | $55,000 | PTFE |
5년-년 총 비용 값은 시간당 생산 가치를 600달러로 가정하고 5년간의 자본 비용, 설치 비용, 유지 관리 비용을 포함합니다.
PFA가 더 나은 선택일 때
PFA는 여러 특정 응용 분야에서 더 나은 선택입니다.
순도 높은-서비스.PFA는 PTFE보다 표면이 더 매끄럽고 입자 발생이 적어 입자 오염이 우려되는 반도체 및 제약 응용 분야에 적합합니다.
오염 서비스.PFA 표면이 매끄러울수록 침전물의 부착이 감소하여 오염률과 세척 빈도가 감소합니다.
용접 조인트-중요 서비스.PFA 용접은 PTFE 용접보다 신뢰성이 높기 때문에 조인트 무결성이 중요한 서비스에 PFA가 더 나은 선택이 됩니다.
저온-서비스.150도 이하의 온도에서는 두 재료 모두 성능이 좋으며 PFA 표면이 매끄러우며 용접이 더 안정적일수록 비용이 높음에도 불구하고 PFA를 선호할 수 있습니다.
맞춤 제작된-구성 요소.PFA는 PTFE로 생산하기 어려운 복잡한 형태로 성형할 수 있으므로 맞춤 제작된-열교환기 부품에 적합합니다.
PTFE가 더 나은 선택일 때
PTFE는 여러 특정 응용 분야에서 더 나은 선택입니다.
200도 이상의 고온 서비스-.PTFE는 200도 이상의 온도에서 기계적 강도를 유지하는 반면, PFA는 부드러워지고 강도를 잃습니다.
고압-서비스.PTFE는 PFA보다 크리프 저항성이 높으므로 지속 하중이 높은 고압 서비스에 적합합니다.-
대형 열교환기 서비스.PTFE는 PFA보다 가격이 저렴하므로 자본 비용이 중요한 대형 열교환기에 적합합니다.
열 사이클링 서비스.PTFE는 PFA보다 열충격 저항성이 높아 온도 변화가 잦은 서비스에 적합합니다.
긴 서비스 수명 요구 사항.PTFE는 고온 서비스에서 PFA보다 더 나은 크리프 저항성과 더 긴 서비스 수명을 제공하므로 서비스 수명이 중요한 요소인 응용 분야에 적합합니다.
고온 산성 서비스에 대한 사양 매개변수
고온 산 서비스용 PTFE 및 PFA 열 교환기를 평가하는 장비 엔지니어는 공급업체와 함께 다음 매개변수를 확인해야 합니다.{0}}
산성 화학.농도와 오염물질을 포함한 산 조성을 지정합니다.
작동 온도.최대 작동 온도와 예상 온도 프로필을 지정합니다.
작동 압력.최대 작동 압력을 지정하십시오.
열 부하 및 표면적.각 재료 옵션에 대해 열부하와 필요한 표면적을 지정합니다.
공동 디자인.튜브{0}}대-튜브 시트 접합 설계와 필요한 용접 강도를 지정합니다.
표면 마무리.오염 및 입자 제어에 필요한 표면 마감을 지정합니다.
열 순환.예상되는 열 주기 수와 크기를 지정합니다.
서비스 수명 요구 사항.예상 사용 수명과 교체 일정을 지정하십시오.
온도 및 접합 요구 사항에 맞는 재료 선택
고온 산 서비스에서 PTFE와 PFA 열교환기 사이의 선택은 온도, 압력, 접합 무결성 요구사항 및 표면 마감 요구사항에 따라 달라집니다. PTFE는 더 나은 크리프 저항성과 더 높은 실제 온도 한계를 갖고 있는 반면, PFA는 더 나은 용접 무결성과 더 매끄러운 표면을 가지고 있습니다.
선택 결정은 자본 비용, 설치 비용, 유지 관리 비용 및 생산 손실 노출을 통합하는 시설{0}}별 분석을 기반으로 해야 합니다. 이러한 비용 구성 요소가 포함된 간단한 스프레드시트 모델은 결정을 내리는 데 필요한 정보를 제공합니다.
열 교환기 옵션을 평가하는 고온 산성 서비스 시설의 경우, 자재 선택은 자본 비용이나 열 성능뿐만 아니라 예상 서비스 수명에 대한 총 소유 비용을 기준으로 해야 합니다. 자본 비용이 더 높은 PFA 장치는 유지 관리가 덜 필요하고 더 적은 입자를 생성하는 경우 수명 비용이 더 낮을 수 있습니다.
고온 산 또는 기타 부식성 서비스에 대한 PTFE 열 교환기 사양을 평가하는 장비 엔지니어 및 조달 전문가는 산성 화학, 작동 온도, 작동 압력, 조인트 설계, 표면 마감 및 서비스 수명 요구 사항을 다루는 설계 검토를 요청하여 재료 선택이 시설의 실제 서비스 조건 및 비용 구조와 일치하는지 확인할 수 있습니다.
