Przy jakiej konkretnej kombinacji Przy jakiej konkretnej kombinacji częstotliwości cykli termicznych i szczytowej temperatury płaszcza powłoka ze stali nierdzewnej 316 o grubości 1,0 milimetra rozwija się w wyniku-pęknięć ścian w wyniku zmęczenia cieplnego w przerywanym działaniu pary? Częstotliwości cykli termicznych i szczytowej temperatury płaszcza Czy płaszcz ze stali nierdzewnej 316 o grubości 1,0 milimetra rozwija się w wyniku-pęknięć ścian w wyniku zmęczenia cieplnego w trybie przerywanym Usługa Steam?

Dla inżynierów instalacji elektryczne grzałki zanurzeniowe stosowane w przerywanym trybie pary, takie jak komory sterylizacyjne, systemy wtrysku pary i autoklawy, są obarczone szczególnym ryzykiem zmęczenia cieplnego ze względu na połączenie szybkich zmian temperatury i cienkiej grubości ścianek. W przeciwieństwie do grubowarstwowych-osłon, w których ostatecznie powstają pęknięcia powierzchniowe, w płaszczu 316 o grubości 1,0 mm może pojawić się-pęknięcia ścian w niewielkiej części cykli ze względu na małą odległość propagacji pęknięć. Liczy się nie sama temperatura, ale związek pomiędzy częstotliwością cykli, temperaturą szczytową i szybkością nagrzewania. Praca ta określa kombinację częstotliwości cykli termicznych i maksymalnej temperatury płaszcza, przy której w płaszczu 316 o grubości 1,0 mm powstają pęknięcia w ścianie w ciągu 1000 cykli-co jest normalnym oczekiwanym okresem użytkowania w wielu zastosowaniach z parą przerywaną.

Zarodkowanie i wzrost pęknięć zmęczeniowych termicznie w-osłonach cienkościennych
Na przykład szybkie nagrzewanie osłony 316 do temperatury pary od temperatury otoczenia prowadzi do tego, że powierzchnia zewnętrzna rozszerza się bardziej niż powierzchnia wewnętrzna, co powoduje naprężenia rozciągające w ściance wewnętrznej. Podczas szybkiego chłodzenia napięcie ulega odwróceniu. W przypadku różnicy temperatur większej niż granica sprężystości materiału, każdy cykl powoduje przyrost odkształcenia plastycznego na powierzchni wewnętrznej. Krytyczna różnica temperatur na ścianie, aby uzyskać ściankę o grubości 1,0 mm, wynosi około 150 stopni. W przypadku pary-przy współczynniku przenikania ciepła od 5 000 do 10 000 W/m2K różnica temperatur na ścianie o grubości 1,0 mm w cyklu od 20 do 150 stopni wynosi zaledwie 5 do 10 stopni, czyli znacznie poniżej progu plastyczności. Jednak w przypadku suszenia-lub pracy z parą przegrzaną współczynnik przenikania ciepła drastycznie spada, a gradient temperatury wzrasta. W przypadku ściany o grubości 1,0 mm różnica temperatur może wynosić 50–80 stopni przy szczytowych temperaturach płaszcza przekraczających 300 stopni w powietrzu lub parze niskiej jakości, wciąż poniżej granicy 150 stopni. Rzeczywiste zagrożenie w przypadku ścianek o grubości 1,0 mm nie wynika z równomiernego nagrzewania, ale z lokalnych gorących miejsc spowodowanych osadami kamienia, cieniami przepływu lub nierówną gęstością watów. Lokalny gorący punkt o średnicy 5–10 mm może powodować różnicę temperatur przez ścianę o 200–300 stopni i szybką inicjację pęknięć.

Krytyczne progi pękania-ścianek w osłonie o grubości 1,0 mm
Kontrolowane badania zmęczenia cieplnego próbek osłony 316 o grubości 1,0 mm z indukowanymi gorącymi punktami (symulujące osadzanie się kamienia) posłużyły do ​​określenia liczby cykli do-pęknięcia ścianki przy różnych temperaturach szczytowych i częstotliwościach cykli.

Maksymalna temperatura powłoki Różnica temperatur na cykl Liczba cykli inicjacji pęknięcia do przejścia-Pęknięcie ściany (1,0 mm) Szybkość nagrzewania do przejścia-Pęknięcie ściany w 1000 cyklach
200 stopni 170 stopni (30 stopni - 200 stopni ) 8 000 – 12,000 10 000 – 15 000 Osiągalne poniżej 1000 cykli
250 stopni 220 stopni (30 stopni –250 stopni) 3000 – 5,000 4000 – 7000 Niemożliwe < 1000 cykli
300 stopni 270 stopni (30 stopni do 300 stopni) 1200 – 2,000 1,500 – 2500 Niemożliwe poniżej 1000 cykli
350 stopni 320 stopni (30 stopni do 350 stopni) 500 – 800 700 – 1,200 50 – 100 stopni/s 400 stopni 370 stopni (30 stopni do 400 stopni) 200 – 400 300 – 600 30 – 50 stopni/s 450 stopni 420 stopni (30 stopni do 450 stopień) 80 – 150 120 – 250 15 – 30 stopni/s 500 stopni 470 stopni (30 stopni do 500 stopni) 30 – 60 50 – 100 8 – 15 stopni/s
W przypadku zastosowania czystej pary w temperaturze 150 stopni zmęczenie cieplne nie stanowi problemu dla osłony 316 o grubości 1,0 mm, niezależnie od częstotliwości cykli. Różnica temperatur na ścianie nie jest wystarczająca, aby wytworzyć odkształcenie plastyczne. Ryzyko jest znaczne w przypadku temperatur szczytowych powyżej 350 stopni, typowych dla przegrzanej pary lub sytuacji-suchych. Przy szybkości 20 stopni na sekundę grzejnik, który wysycha i osiąga temperaturę 450 stopni, może spowodować{{10}pęknięcia ścian w ciągu zaledwie 200 cykli.

Bezpieczna powłoka robocza o grubości 1,0 mm w przypadku przerywanego przepływu pary.
Stosowane jest kryterium 5000 cykli bez-pęknięć ścian, co odpowiada normalnemu okresowi użytkowania wynoszącemu od 5 do 10 lat przy codziennej pracy cyklicznej. Bezpieczną obwiednię roboczą dla osłony 316 o średnicy 1,0 mm w przypadku przerywanego przepływu pary określono w poniższej tabeli.

Szczytowa temperatura powłoki Maksymalna bezpieczna szybkość nagrzewania (stopnie/s) Maksymalne bezpieczne cykle na dzień Oczekiwane cykle do przejścia-Pęknięcie ściany w bezpiecznych warunkach Zalecane działanie Powyżej wartości dopuszczalnych Do 200 stopni Dowolne Dowolne Powyżej 10,000 316 akceptowalne 200–250 stopni 50 stopni/s 10 8 000–12 000 Dopuszczalne 250–300 stopni 30 stopni /s 5 6, 000 – 10 000 Monitor skalowania 300 – 350 stopni 15 stopni / s 2 5, 000 – 8 000 Zmniejsz szybkość nagrzewania lub uaktualnij 350 – 400 stopni 8 stopni / s 1 4, 000 – 6,000 316 marginalnie; rozważ Incoloy 400 – 450 stopni 4 stopnie/s 0.5 3,000 – 5000 Przejdź na Incoloy 800H Powyżej 450 stopni Niezalecane Niezalecane Mniej niż 3000 Użyj stopu na bazie niklu
W przypadku autoklawu sterylizującego, który działa od pary o temperaturze otoczenia do 140 stopni dwa razy na godzinę (16 cykli dziennie), maksymalna temperatura osłony jest znacznie poniżej 200 stopni, a zmęczenie cieplne nie stanowi problemu niezależnie od szybkości nagrzewania. Płaszcz o grubości 1,0 mm to minimum dla przegrzewacza, który podgrzewa parę do 400 stopni przy 4 cyklach dziennie i szybkości ogrzewania 10 stopni/s. Obniżenie szybkości nagrzewania do 5 stopni/s lub przejście do grubości ścianki 1,6 mm przywróci rozsądną trwałość zmęczeniową.

Zmiany projektowe mające na celu zapobieganie zmęczeniu cieplnemu-cienkich osłon
Trzy zmiany konstrukcyjne mogą zapobiec pękaniu-ścianek, gdy osłona 316 o grubości 1,0-mm-musi pracować w temperaturze ponad 350 stopni w szczytowych temperaturach przy sporadycznym użytkowaniu. Pierwszym z nich jest spowolnienie tempa ogrzewania poprzez zastosowanie sterownika proporcjonalnego zamiast termostatu włączającego-wyłączającego. Gradient temperatury zmniejsza się o około 60%, gdy prędkość narastania zmniejsza się z 20 stopni/s do 5 stopni/s, a trwałość zmęczeniowa zwiększa się o 3-5. Druga zmiana polega na zapobieganiu-sytuacjom wysychania osłony. Blokada ze sterowaniem nagrzewnicy zatrzymuje pracę w przypadku spadku jakości pary poniżej 95% (czujnik poziomu). Trzecia zmiana polega na zastosowaniu powierzchni osłony śrutowanej lub odprężonej. Śrutowanie lub wyżarzanie po tłoczeniu powoduje powstawanie naprężeń szczątkowych ściskających, które mogą opóźnić inicjację pękania 2–3 razy, przeciwdziałając naprężeniom rozciągającym powodującym propagację pęknięć. Płaszcz. 1.0 mm 316 zapewnia doskonałą odporność na zmęczenie cieplne w większości nieciągłych zastosowań pary wodnej poniżej szczytowej temperatury 300 stopni. Jeśli temperatura przekracza 350 stopni, inżynierowie powinni zwiększyć grubość ścianki do 1,6–2,0 mm lub uaktualnić do Incoloy 800H. Różnica w kosztach jest niewielka w porównaniu z ryzykiem nieoczekiwanej awarii spowodowanej pęknięciem w systemie pary pod ciśnieniem. Przy określaniu nagrzewnic do pracy w trybie przerywanym należy zawsze podać szacunkową szczytową temperaturę płaszcza, szybkość nagrzewania i częstotliwość cykli. Producent nie oferuje dokładnych wskazówek technicznych, zalecając 1,0 mm 316 dla pary przegrzanej o temperaturze 400 stopni, nie uwzględniając limitów zmęczenia cieplnego. Pęknięcie przez ścianę osłony o grubości 1,0 mm pojawia się przy minimalnym ostrzeżeniu. Po powstaniu pęknięcia rozprzestrzenia się ono przez pozostałą ścianę w niewielkiej części cykli inicjacji. Właściwa specyfikacja jest o wiele lepszą medycyną zapobiegawczą niż inspekcja czy przewidywanie.