В комплектных системах отопления, нагревательных баках и трубопроводном нагревательном оборудовании нагревательные трубы из нержавеющей стали 316 фиксируются металлическими хомутами, кронштейнами и обручами. Под совместным действием вибрации жидкости, вибрации при работе насоса и попеременного теплового расширения и сжатия между внешней стенкой трубки и зажимающими контактными поверхностями происходит незначительное возвратно-поступательное относительное смещение. Непрерывное микро-трение царапает и повреждает неповрежденную пассивную пленку,-богатую хромом, на поверхности нержавеющей стали. Между тем, агрессивные среды, такие как хлоридные-содержащие сточные воды и технологические растворы, проникают в узкий контактный зазор, образуя окклюдированную электрохимическую микросреду. Сочетание механического фрикционного износа и электрохимической коррозии в конечном итоге приводит к фреттинг-коррозии, которая обычно проявляется в виде локальных канавок, -утончений, точечных выкрашиваний и даже проникающих утечек в местах зажима. Многие проектировщики стремятся только к надежной фиксации и удобной установке, игнорируя виброзащиту, изоляцию контактов и конструкцию, препятствующую-расшатыванию. Большое количество нагревательных трубок преждевременно выходит из строя в фиксированных точках зажима из-за фреттинг-коррозии, хотя другие части корпуса трубки остаются неповрежденными. Таким образом, разумная оптимизация конструкции зажима и крепления является эффективным техническим способом сдерживания фреттинг-коррозии нагревательных трубок.
Фреттинг-коррозия возникает при трех необходимых условиях: контактном давлении между двумя поверхностями, незначительном циклическом относительном смещении и агрессивной среде электролита. При длительной-вибрационной нагрузке пассивная пленка в зоне контакта постоянно изнашивается и неоднократно обнажается свежая металлическая матрица. В узком зазоре зажимного положения растворенный кислород быстро расходуется, образуя окклюзированную зону с-дефицитом кислорода. Изношенная поверхность нержавеющей стали действует как анод и подвергается непрерывному растворению, в то время как окружающая неповрежденная пассивная область служит катодом для ускорения местной концентрированной коррозии. Остатки износа, образующиеся в результате трения, накапливаются в зазоре, еще больше увеличивая контактное напряжение и блокируя циркуляцию среды, что усугубляет эффект окклюзии и ускоряет расширение ямки. Несоответствие теплового расширения между нагревательной трубкой и зажимом будет постоянно вызывать циклическое микро-скольжение; чем больше усилие предварительной затяжки и амплитуда вибрации, тем быстрее развивается фреттинг-коррозия. Кроме того, если в зажиме используется углеродистая сталь и другие разнородные металлические материалы, фрикционный износ также одновременно вызывает гальваническую коррозию, что приводит к увеличению частоты отказов в фиксированных положениях.
В этом исследовании предложены четыре ключевые стратегии оптимизации конструкции для предотвращения фреттинг-коррозии нагревательных трубок из нержавеющей стали 316. Сначала выберите подходящие зажимные материалы и установите изолирующие буферные прокладки в местах контакта. Для всех зажимов, обручей и опор отдавайте предпочтение нержавеющей стали 316 или 316L, чтобы исключить гальваническую коррозию, вызванную разницей потенциалов-. Положите устойчивые к высоким-температурам прокладки из ПТФЭ, силиконовой резины или керамики между внешней стенкой нагревательной трубки и внутренней поверхностью металлического зажима. Гибкий буферный слой способен поглощать энергию вибрации, устранять микровозвратное скольжение между твердыми металлическими поверхностями и перекрывать канал удержания электролита в контактном зазоре. Материал подкладки должен обладать хорошей устойчивостью к сжатию, старению и гидролизу, чтобы избежать разрушения подушки при длительном-переменном температурном воздействии и эрозии жидкости.
Во-вторых, оптимизируйте форму зажимного контакта и разумно контролируйте усилие предварительной-затяжки. Избегайте линейного или точечного контакта между зажимом и нагревательной трубкой; принять конструкцию поверхностного контакта в форме дуги-, чтобы рассеять локальное контактное давление и уменьшить концентрированное напряжение трения. Установите разумный стандарт крутящего момента перед-затяжкой обручальных креплений; чрезмерная сила затяжки приведет к чрезмерной деформации поверхности при экструзии и усугубит микро-проскальзывание, а недостаточная предварительная нагрузка приведет к смещению вибрации с большой-амплитудой. Установите противо-пружинные шайбы и нанесите на все соединительные болты клей, препятствующий-разъединению, чтобы предотвратить ослабление зажима, вызванное длительной-вибрацией, которая расширит диапазон относительного смещения и усугубит повреждение от истирания.
В-третьих, выполните планировку снижения вибрации и структурную антивибрационную-оптимизацию пучков нагревательных труб. Установите фиксированные опоры и скользящие опоры поочередно в соответствии с правилами теплового расширения; фиксированные зажимы ограничивают общее смещение, а скользящие зажимы оставляют определенный допуск на тепловое расширение, чтобы избежать накопления термического напряжения и дополнительного трения. Установите виброгасящие основания для отопительного оборудования и циркуляционных насосов, чтобы снизить общую амплитуду вибрации системы, передаваемую на пучок нагревательных труб. Правильно увеличьте количество точек опоры для длинных нагревательных трубок, чтобы уменьшить расстояние между соседними зажимами, ограничить изгибную вибрацию корпуса трубки под воздействием жидкости и минимизировать амплитуду микроскольжения в каждом положении зажима.
В-четвертых, выполняйте локальное усиление поверхности и регулярно проверяйте места зажима. Для часто вибрирующих неподвижных участков используйте лазерную наплавку, дробеструйную обработку или местную закалку, чтобы повысить износостойкость поверхности и стабильность пассивной пленки, уменьшив вероятность повреждения пассивной пленки, вызванного микро-трением. Регулярно разбирайте и осматривайте каждое зажимное соединение каждые 12 месяцев, проверяйте старение, растрескивание и отслаивание буферных прокладок, своевременно заменяйте вышедшие из строя футеровочные материалы и подтягивайте ослабленные крепления. Выполните ультразвуковое измерение толщины, уделяя особое внимание всем участкам контакта зажима, чтобы отслеживать скорость утончения стенки, вызванную истиранием-; как только местное утонение превысит порог раннего предупреждения, немедленно организуйте анти-антикоррозионный ремонт и усиление конструкции.
Данные долгосрочного отслеживания на местах-показывают, что нагревательные трубы, оснащенные буферной облицовкой и оптимизированными для-антивибрации зажимными конструкциями, могут безопасно работать более 28 месяцев без разрушения из-за фрикционной коррозии в фиксированных положениях. Напротив, нагревательные трубы с жестким прямым зажимом часто подвергаются серьезной местной канавочной коррозии и проникновению в течение 6–10 месяцев. В заключение, эквивалентный подбор анти-коррозионных материалов, гибкая буферная изоляция, разумная конструкция с предварительной-затяжкой и защитой от-ослабления и схема снижения вибрации системы могут существенно исключить условия возникновения фреттинг-коррозии. Оптимизированная конструкция зажима и крепления эффективно защищает пассивную пленку контактной поверхности нагревательных трубок из нержавеющей стали 316, позволяет избежать преждевременного локализованного отказа в фиксированных положениях и значительно повышает общую надежность эксплуатации комплектного нагревательного оборудования в -промышленных средах с высокой вибрацией.
