Chemijos gamyklų inžinieriams ir techninės priežiūros specialistams, nurodantiems elektrinius panardinamuosius šildytuvus, skirtus karštiems chlorido tirpalams, -pvz., jūros vandeniu-aušinamiems šilumokaičiams, sūrymo koncentravimo talpykloms ir tam tikrai maisto perdirbimo įrangai-, įtempių korozijos įtrūkimų reiškinys yra atskiras gedimo režimas, atskirtas nuo bendros duobių ar plyšių korozijos. Skirtingai nuo vienodo sienos plonėjimo, įtempių korozijos įtrūkimai sukuria šakotus transgranulinius arba tarpkristalinius įtrūkimus, kurie per savaites ar mėnesius gali prasiskverbti per 316 nerūdijančio plieno apvalkalą, dažnai su mažai matomu įspėjimu. Sąveika tarp taikomo arba liekamojo tempimo įtempio, chlorido koncentracijos, temperatūros ir sienelės storio lemia, ar tam tikras apvalkalas išgyvena metus, ar katastrofiškai sugenda. Šiame straipsnyje kiekybiškai įvertinama, kaip sienelės storis keičia įtempių korozijos įtrūkimų riziką, paveikdamas ir liekamųjų įtempių, atsirandančių dėl gamybos, dydį, ir laiką, reikalingą įtrūkimui plisti per sieną.
Trys būtinos įtempių korozijos įtrūkimų 316 apvalkaluose sąlygos
Austenitinio nerūdijančio plieno, pvz., 316, įtempių korozijos įtrūkimams reikalingos trys sąlygos vienu metu: jautri medžiaga, kritinis tempimo įtempių lygis ir korozinė aplinka, kurioje yra chloridų, kai temperatūra paprastai viršija 60 laipsnių. 316 laipsnis yra mažiau jautrus nei 304, bet nėra imuninis. Tempimo įtempiai gali būti taikomi išoriškai dėl sistemos slėgio arba šiluminio plėtimosi, arba jie gali būti liekamieji dėl gamybos operacijų, tokių kaip apvalkalo lenkimas, braukimas ir suvirinimas. Šildytuvų apvalkaluose sutankinant magnio oksido izoliaciją aplink varžos laidą, išoriniame 316 vamzdžio paviršiuje susidaro dideli periferiniai liekamieji tempimo įtempiai. Šie liekamieji įtempiai gali priartėti prie medžiagos takumo ribos, suteikdami varomąją jėgą plyšių atsiradimui net tada, kai taikomi įtempiai yra maži. Kai duobėje arba paviršiaus defekte prasideda įtempių korozijos įtrūkimai, jis plinta nuo 0,1 iki 10 milimetrų per mėnesį, priklausomai nuo chlorido koncentracijos ir temperatūros. Plyšys tęsiasi tol, kol likęs sienelės storis nebegali išlaikyti vidinio slėgio arba tol, kol įtrūkimas pasiekia vidinę sienelę, sukeldamas proceso skysčio patekimą ir elektros gedimą.
Kaip sienos storis keičia įtrūkimų atsiradimą ir plitimą
Sienelės storis turi įtakos įtempių korozijos įtrūkimų rizikai dėl dviejų priešingų mechanizmų. Pirma, plonesnėse sienose paprastai yra didesni liekamieji įtempiai dėl to paties svyravimų sumažinimo, nes šaltas darbas prasiskverbia į didesnę sienos skerspjūvio dalį. 0,8 mm apvalkalo paviršiaus liekamieji įtempiai po sumušimo gali būti 400–500 MPa, o tokio paties išorinio skersmens 2,0 mm liekamasis įtempis gali būti tik 200–300 MPa, nes šalto darbo efektas apsiriboja seklesniu paviršiaus sluoksniu, palyginti su visu storiu. Didesnis liekamasis įtempis sumažina įtrūkimo atsiradimo laiką. Antra, atsiradus įtrūkimui, laikas iki perforacijos yra tiesiogiai proporcingas likusiam sienelės storiui esant tam tikram įtrūkimo plitimo greičiui. Plyšys, plintantis 0,5 mm per mėnesį, prasiskverbs per 0,8 mm apvalkalą per 1,6 mėnesio, tačiau reikia 4 mėnesių, kad prasiskverbtų į 2,0 mm apvalkalą. Grynasis poveikis sukuria ne{18}}monotonišką rizikos profilį. Labai ploni apvalkalai (mažesni nei 1,0 mm) greitai sukelia įtrūkimus, tačiau turi mažai medžiagos, kuri galėtų prasiskverbti. Labai stori apvalkalai (virš 2,0 mm) įtrūkimus sukelia lėčiau, tačiau perforacija užtrunka ilgiau. Tarpiniai 1,2–1,6 mm storiai kelia didžiausią riziką, nes jie prasideda vidutiniu greičiu, tačiau turi pakankamai sienelės storio, kad ilgą laiką paslėptų augančius įtrūkimus prieš staigų gedimą.
Temperatūros ir chlorido koncentracijos slenksčiai 316 apvalkalams
316 nerūdijančio plieno jautrumas įtempių korozijos įtrūkimams chlorido tirpaluose yra nereikšmingas žemiau 60 laipsnių. Nuo 60 laipsnių iki 80 laipsnių įtrūkimai atsiranda tik koncentruotuose chloriduose, kurių koncentracija didesnė nei 1000 ppm, esant dideliam tempimo įtempiui. Nuo 80 laipsnių iki 120 laipsnių, rizika tampa reikšminga net esant vidutiniam chlorido kiekiui 100–500 ppm. Aukštesnėje nei 120 laipsnių temperatūroje 316 laikoma netinkama aplinkai, kurioje yra chlorido, kur yra tempimo įtempiai, neatsižvelgiant į sienelės storį. Šildytuvų apvalkalams, veikiantiems šiuose didelės -rizikos temperatūrų diapazonuose, praktinis inžinerinis atsakas yra sumažinti chlorido koncentraciją žemiau 10 ppm, pašalinti tempimo įtempius visiškai atkaitinant po gamybos arba atnaujinti į atsparesnį lydinį, pvz., Incoloy 825 arba titaną. Toliau pateiktoje lentelėje pateikiamos 316 apvalkalų sienelių storio rekomendacijos chlorido eksploatacijoje, atsižvelgiant į temperatūrą ir chlorido koncentraciją, darant prielaidą, kad liekamieji įtempiai, atsirandantys dėl siurbimo, negali būti pašalinti.
| Darbinė temperatūra | Chlorido koncentracija | Rekomenduojamas minimalus 316 apvalkalo sienelės storis | Numatomas eksploatavimo laikas iki įtrūkimų dėl korozijos įtempimo | Alternatyvi rekomendacija |
|---|---|---|---|---|
| 60-80 laipsnių | < 100 ppm | 1,2 mm | Maža rizika, > 5 metai | 316 priimtina |
| 60-80 laipsnių | 100–1 000 ppm | 1,6 mm | Vidutinė rizika, 2–4 metai | Stebėti kasmet |
| 60-80 laipsnių | >1000 ppm | 2,0 mm | Didelė rizika, 1-2 metai | Apsvarstykite galimybę atnaujinti lydinį |
| 80-100 laipsnių | < 100 ppm | 1,6 mm | Vidutinė rizika, 2–3 metai | Apsvarstykite galimybę atnaujinti lydinį |
| 80-100 laipsnių | 100–500 ppm | 2,0 mm | Didelė rizika, 1-2 metai | Rekomenduojamas lydinio atnaujinimas |
| 80-100 laipsnių | >500 ppm | Nerekomenduojama | Neprognozuojama, < 1 metai | Naudokite Incoloy 825 arba titaną |
| 100-120 laipsnių | Bet koks aptinkamas chloridas | Nerekomenduojama | Tikėtina greita nesėkmė | Lydinio atnaujinimas privalomas |
| >120 laipsnių | Bet koks chloridas | Netinka | Neišvengiama nesėkmė | Pakeiskite medžiagos specifikaciją |
Dizaino pakeitimai, siekiant sumažinti įtempių korozijos įtrūkimų riziką nedidinant sienos storio
Prieš priimdami storesnės sienos šiluminę nuobaudą, inžinieriai turėtų apsvarstyti tris konstrukcijos modifikacijas, kurios sumažintų įtempių korozijos įtrūkimų lygties tempimo įtempių komponentą. Pirmasis ir efektyviausias yra pilnas užbaigto šildytuvo agregato atkaitinimas po visų lenkimo ir lenkimo operacijų. Atkaitinimas 1 050 laipsnių kampu ir greitas aušinimas sumažina liekamuosius įtempius maždaug 80–90%, o atsparumas korozijai yra minimalus. Kompromisas- yra galimas vidinės varžos laido oksidavimas ir papildomos gamybos sąnaudos. Antrasis pakeitimas yra nurodyti mažo-liekamojo-streso pašalinimo procesus. Keletas lengvų perbraukimų su tarpiniu įtempių sumažinimu sukuria mažesnį liekamąjį įtempį nei vienas stiprus sumažinimas. Gamintojai, kurie specializuojasi didelio-patikimumo šildytuvuose, net ir 1,2 mm sienų apvalkaluose gali pasiekti paviršiaus liekamuosius įtempius, mažesnius nei 150 MPa. Trečiasis modifikavimas apima sistemos projektavimą, siekiant sumažinti taikomus tempimo įtempius. Vengiant tvirto montavimo, kuris riboja šiluminį plėtimąsi, naudojant lanksčias elektros jungtis ir projektuojant žemam sistemos slėgiui, sumažėja bendras apvalkalo tempiamasis įtempis. Tais atvejais, kai įgyvendinamos šios modifikacijos, 1,2 mm 316 apvalkalas gali pasiekti priimtiną tarnavimo laiką tokiomis sąlygomis, kurios suardytų 2,0 mm apvalkalą esant dideliam liekamajam įtempimui.
Esamų įrenginių tikrinimo ir stebėjimo strategijos
Šildytuvams, kurie jau naudojami karštoje chlorido aplinkoje, sienelės storio pasirinkimas negali būti keičiamas atgaline data. Vietoj to būtina reguliariai tikrinti, ar nėra įtrūkimų dėl įtempių korozijos. Dažų įsiskverbimo į apvalkalo paviršių bandymas gali atskleisti atsirandančius įtrūkimus prieš jiems prasiskverbiant į sieną. Apvalkalams, kurių sienelių storis 1,2–1,6 mm, esant 80 laipsnių, 500 ppm chlorido eksploatacijai, rekomenduojama tikrinti kas ketvirtį. Storesniems, 2,0 mm ar didesniems apvalkalams, gali pakakti{9}}pusmetinių patikrinimų, nes ilgesnis sklidimo laikas suteikia daugiau įspėjimų. Akustinės emisijos stebėjimas eksploatacijos metu gali aptikti įtrūkimų aktyvumą realiuoju laiku, nors šis metodas paprastai skirtas kritiniams ar didelės vertės įrenginiams. Svarbiausias įspėjamasis ženklas yra smulkių išsišakojusių įtrūkimų atsiradimas apvalkalo paviršiuje, dažnai matomas tik padidinus arba naudojant dažų skvarbą. Pastebėjus įtrūkimus, šildytuvą reikia nedelsiant pakeisti, neatsižvelgiant į likusį sienelės storį, nes sklidimo greitis gali neprognozuojamai paspartėti.
Išvada: įtempių korozijos įtrūkimų valdymas pagal informuotą sienos storio specifikaciją
Inžinieriams, renkantiems 316 nerūdijančio plieno apvalkalus elektriniams panardinamiems šildytuvams karštoje chlorido aplinkoje, sienelės storis yra rizikos valdymo priemonė, o ne paprastas patvarumo parametras. Storesnės sienos užtikrina ilgesnį plyšio plitimo laiką, tačiau neapsaugo nuo įtrūkimų atsiradimo, jei liekamieji įtempiai yra dideli. Plonesnėse sienose gali atsirasti įtrūkimų greičiau, bet greičiau perforuoti, todėl mažiau paslėpta degradacija. Saugiausias būdas yra vengti sąlygų, kai įtempių korozijos įtrūkimai galimi -laikant žemesnę nei 60 laipsnių temperatūrą, chloridų kiekį žemesnę nei 100 ppm arba liekamuosius įtempius, mažesnius nei 100 MPa. Kai naudojant šias sąlygas neišvengiama, 1,6–2,0 mm sienelės storis kartu su visišku atkaitinimu užtikrina geriausią atsparumo plyšių atsiradimui ir plitimo ribos pusiausvyrą. Jei chlorido koncentracija viršija 1000 ppm arba temperatūra viršija 100 laipsnių, vienintelė atsakinga inžinerinė rekomendacija yra pasirinkti kitą apvalkalo lydinį. Atnaujinimo iki Incoloy 825 arba titano kaina yra nedidelė, palyginti su netikėto šildytuvo gedimo išlaidomis, dėl kurių užteršta produkto partija, išjungiama proceso linija arba kyla pavojus saugai dėl įtampingųjų elektrinių dalių, veikiančių laidžių chlorido tirpalų.
