Hastelloy C-276 vamzdis, galintis sulaikyti didžiulį slėgį kambario temperatūroje, palaipsniui praranda dalį savo stiprumo, kai eksploatavimo temperatūra pakyla. 400 laipsnių temperatūroje, giliai karštoje -chemijos gamyklos reaktyviojoje zonoje, metalas tampa žymiai minkštesnis, todėl saugus darbinis slėgis turi būti atitinkamai sumažintas. Todėl įranga, kurioje yra slėgis, niekada nėra vertinama tik pagal stiprumą, išspausdintą kambario temperatūros duomenų lape. Tikroji darbinė temperatūra reguliuoja leistiną įtempį ir galiausiai apibrėžia saugaus slėgio apvalkalą.
Suprasti ryšį tarpHastelloy C-276 tempiamasis atsparumas 400 laipsnių slėgiuiSkaičiavimai yra būtini proceso vamzdynams, šilumokaičiams ir slėginiams indams, veikiantiems korozinėje aukštos{0} temperatūros aplinkoje.
Kodėl metalo stiprumas krenta aukštesnėje temperatūroje
Visi konstrukciniai metalai praranda stiprumą, kai temperatūra pakyla link jų lydymosi diapazono. Padidėjusi atominė vibracija metalinės gardelės viduje sumažina atsparumą deformacijai ir lūžimui.
Nikelio{0}} lydiniai, pvz., Hastelloy C-276, aukštesnėje temperatūroje išlaiko stiprumą daug geriau nei daugelis nerūdijančio plieno, o tai yra viena iš priežasčių, kodėl jie plačiai naudojami:
Cheminiai reaktoriai
Šilumokaičiai
Rūgščių tvarkymo sistemos
Dūmų dujų valytuvai
Aukštos{0}}temperatūros proceso vamzdynai
Tačiau net ir labai korozijai{0}}atsparių nikelio lydinių tempimo savybės pastebimai sumažėja kylant temperatūrai.
Hastelloy C-276 tempiamasis stipris kambario temperatūroje
Hastelloy C-276 yra žinomas dėl to, kad sujungia:
Puikus atsparumas korozijai
Stiprios mechaninės savybės
Geras suvirinamumas
Atsparumas oksiduojančiai ir redukuojančiai aplinkai
Kambario temperatūroje lydinio didžiausias tempiamasis stipris paprastai yra:
UTS≈790 MPaUTS \\apie 790\\ MPaUTS≈790 MPa
Dėl šio didelio stiprumo santykinai plonasieniai{0}}vamzdžiai gali atlaikyti didelį vidinį slėgį ir atsparūs agresyviam cheminiam poveikiui.
Kaip pasikeičia stiprumas 400 laipsnių kampu
Kai eksploatavimo temperatūra pakyla iki maždaug 400 laipsnių, lydinio ribinis tempiamasis stipris labai sumažėja.
Tipinės vertės esant šiai temperatūrai yra maždaug:
UTS≈600 MPaUTS \\apie 600\\ MPaUTS≈600 MPa
Sumažėjimas vyksta palaipsniui, o ne staiga. Daugelyje nikelio lydinių tempiamasis stipris nuo kambario temperatūros iki 400 laipsnių mažėja maždaug tiesine tendencija.
Įkaitęs metalas vis dar yra stiprus, tačiau saugos ribos turi būti platesnės, nes medžiaga nebeturi tokio pat atsparumo dilimui ir plyšimui, koks yra aplinkos sąlygomis.
Kodėl slėgio reitingai turi būti sumažinti
Vamzdžių ir indų slėgio vertės negali likti pastovios, kol medžiagos stiprumas mažėja.
Tempimo stipris mažėjant temperatūrai:
Sumažėja vidinis slėgis
Lankų įtempimo ribos tampa mažesnės
Sienų įtempių ribos susitraukia
Sumažėja atsparumas gedimams
Dėl šios priežasties proceso įrangos kodeksai reikalauja, kad leistini įtempiai būtų koreguojami pagal darbo temperatūrą.
Rezultatas yra sumažinto slėgio riba esant aukštesnėms eksploatavimo sąlygoms.
ASME dizaino kodų vaidmuo
Santykį tarp medžiagos stiprumo ir leistino slėgio reglamentuoja pripažinti inžineriniai standartai.
Įprasti kodai apima:
ASME B31.3 proceso vamzdynams
ASME VIII skyrius, skirtas slėginiams indams
ASME katilų ir slėginių indų kodų lentelės
Šiuose standartuose skelbiamos leistinos Hastelloy C-276 ir kitų lydinių įtempių vertės esant įvairioms temperatūroms.
Leidžiamos Hastelloy C-276 įtempių vertės pagal ASME kodą yra pateiktos lentelėse ir yra sąmoningai mažesnės nei medžiagos ribinis tempiamasis stipris. Siekiant užtikrinti konservatyvias projektavimo ribas, taikomi integruoti saugos koeficientai.
Veiksniai, lemiantys galutinį slėgio įvertinimą
Galutinis leistinas darbinis slėgis priklauso nuo kelių tarpusavyje sąveikaujančių konstrukcijos kintamųjų.
Vamzdžio sienelės storis
Storesnės sienos veiksmingiau atlaiko vidinį slėgį, nes yra papildomos skerspjūvio medžiagos{0}}, kuri išlaiko lanko įtempį.
Kadangi leistinas įtempis mažėja didėjant temperatūrai, gali prireikti padidinti sienelės storį, kad būtų išlaikytas toks pat slėgio rodiklis.
Vamzdžio skersmuo
Esant vidiniam slėgiui, didesni skersmenys patiria didesnį apskritimo įtempį.
Esant tokiam pačiam sienelės storiui ir medžiagai, didesnis vamzdis paprastai turi mažesnį leistiną slėgį nei mažesnis vamzdis.
Dizaino temperatūra
Iš ASME lentelių pasirinkta leistina įtempių vertė tiesiogiai priklauso nuo maksimalios projektinės temperatūros.
Net nedidelis temperatūros padidėjimas gali sukelti reikšmingą slėgio sumažėjimą.
Korozijos pašalpa
Korozinėje aplinkoje dažnai įtraukiamas papildomas sienelės storis, siekiant atsižvelgti į ilgalaikius{0}}medžiagos nuostolius.
Nors Hastelloy C-276 pasižymi puikiu atsparumu korozijai, projektavimo inžinieriai vis tiek gali įtraukti korozijos pašalpą, priklausomai nuo proceso sąlygų.
Šliaužimas tampa vis svarbesnis arti 400 laipsnių
Esant maždaug 400 laipsnių kampui, į dizaino diskusiją pradeda patekti kitas svarbus mechanizmas: šliaužimas.
Kas yra Creep?
Valkšnumas yra lėta nuolatinė metalo deformacija esant nuolatiniam įtempimui aukštesnėje temperatūroje.
Skirtingai nuo staigaus perkrovos gedimo, valkšnumas vystosi palaipsniui per ilgą veikimo laikotarpį.
Poveikis apima:
Matmenų iškraipymas
Sienų retinimas
Streso perskirstymas
Ilgalaikė{0}}plyšimo rizika
Nors Hastelloy C-276 išlaiko puikų stabilumą aukštoje temperatūroje, šliaužimo aplinkybės vis labiau įtakoja leistino įtempio pasirinkimą, kylant darbo temperatūrai.
Todėl atliekant ilgalaikę{0}}tarnavimo trukmę, slėgio įvertinimą gali riboti ne tik tiesioginis tempiamasis stipris, bet ir ilgalaikis{1}}atsparumas valkšnumui.
Kodėl darbinis slėgis turi būti mažesnis už kodo ribą
Tinkamai suprojektuotas šilumokaitis arba vamzdynų sistema eksploatuojama gerokai žemiau maksimalaus leistino slėgio, nustatyto kodiniais skaičiavimais.
Ši marža apsaugo nuo:
Slėgio šuoliai
Šiluminiai pereinamieji procesai
Proceso sutrikimai
Nuovargio apkrova
Medžiagos kintamumas
Vardinėje plokštelėje esantis slėgio įvertinimas atspindi saugaus įrangos eksploatavimo ribą esant nurodytai projektinei temperatūrai.
Šios temperatūros viršijimas dar labiau sumažina medžiagos stiprumą ir gali anuliuoti pradinį slėgio sertifikatą.
Ryšys tarp temperatūros ir saugos ribos
FrazėHastelloy C-276 tempiamasis atsparumas 400 laipsnių slėgiuigaliausiai apibūdina pusiausvyrą tarp materialinių galimybių ir inžinerinio konservatyvumo.
Esant aukštai temperatūrai:
Tempimo stipris mažėja
Leidžiamas stresas mažėja
Slėgio ribos mažėja
Saugos klausimai tampa vis svarbesni
Lydinys išlieka labai atsparus sudėtingoje aplinkoje, tačiau slėgio rodikliai visada turi atspindėti faktines eksploatacijos metu patiriamas šilumines sąlygas.
Išvada
Hastelloy C-276 išlaiko įspūdingą mechaninį stiprumą aukštesnėje temperatūroje, tačiau, kaip ir visų metalų, jo tempimo savybės mažėja, kai eksploatavimo temperatūra didėja. Didžiausias tempiamasis stipris kambario temperatūroje, artimas 790 MPa, paprastai sumažėja iki maždaug 600 MPa esant 400 laipsnių kampui, todėl reikia atitinkamai sumažinti leistiną darbinį slėgį.
ASME projektavimo kodai atsižvelgia į šią elgseną paskelbdami nuo temperatūros{0}}priklausomas leistinas įtempių vertes, naudojamas vamzdynų ir slėginių indų skaičiavimams. Vamzdžio skersmuo, sienelės storis, atsparumas korozijai ir padidintos -temperatūros šliaužimas lemia galutinį slėgio įvertinimą, kuris pasirenkamas saugiai eksploatuoti.
Todėl slėginis indas sukurtas ne tokiam stiprumui, kokį kažkada turėjo metalas kambario temperatūroje, o tokiam stiprumui, kurį jis išlaiko tokioje temperatūroje, kokią jis iš tikrųjų patirs eksploatuojant. Vardinės lentelės įvertinimas tampa pažadu, kuris turi išlikti nepakitęs net atšiauriausiomis proceso sąlygomis.
