Кавитационная эрозия в основном возникает в системах циркуляции жидкости с высокой скоростью потока, колебаниями давления и двухфазным смешением газа-жидкости-. Когда местное давление жидкости падает ниже давления насыщенного пара, мгновенно образуются многочисленные крошечные пузырьки пара. Эти пузырьки резко схлопываются в момент восстановления давления, создавая высокоскоростные-микроструи и мощные ударные волны, которые непрерывно воздействуют на поверхность трубы. Пассивная пленка удаляется, и матрица подвергается пластическому усталостному повреждению, образуя ямки в виде сот на стенках трубы. При длительной эксплуатации ямы соединяются между собой и проникают в стену, вызывая протечки среды. Кавитационные повреждения характеризуются концентрированной локальной потерей материала и отсутствием очевидных внешних источников коррозии.
1. Микроскопический механизм кавитационного повреждения.
Когда текущая среда проходит через внезапное сжатие, изгибы или области низкого-давления, локальное давление быстро падает, и жидкость испаряется, образуя большое количество кавитационных пузырьков. Как только жидкость попадает в зону высокого-давления, пузырьки взрываются в течение микросекунд. В результате взрыва возникает мощный гидравлический удар и ультра-тонкие струи жидкости, ударяющиеся о металлическую поверхность. Повторяющиеся удары вызывают циклические сжимающие и растягивающие напряжения на подложке, что приводит к зарождению усталостных трещин под поверхностью материала. Пассивная пленка оксида хрома постоянно ломается и отслаивается. Коррозионные ионы жидкости проникают в трещины, сочетая механическую усталость с электрохимической коррозией и ускоряя расширение язв. В конечном итоге плотные полости соединяются, образуя сквозные-дыры в стенах, что приводит к выходу оборудования из строя.
2. Типичные места, уязвимые для кавитационной эрозии
Входные секции напрямую соединены с выходами насоса при резких перепадах давления;
Отводы, переходники и участки труб внезапного расширения, где поле потока резко меняется;
Линия уровня жидкости нагревательных трубок с чередованием погружения в жидкость и паровую фазу;
Области с плохой равномерностью потока и локальными вихревыми мертвыми зонами;
Поверхность трубы вблизи дроссельных клапанов, где давление резко падает.
3. Основные ускоряющие факторы
Чрезмерный подъем насоса и скорость потока, приводящие к резким колебаниям давления;
Чрезмерно высокая температура жидкости снижает давление насыщенного пара и способствует образованию пузырьков;
В циркулирующей жидкости смешано большое количество растворенного воздуха;
Шероховатая поверхность трубы и дефекты сварки, служащие местами зарождения пузырьков;
Неправильная прокладка трубопровода с частыми резкими изменениями диаметра труб и направления потока.
4. Многогранные-всесторонние-технические меры по предотвращению ссылок
① Оптимизация структуры трубопровода для плавного перехода потока.
Используйте плавные изгибы и дуговые переходы вместо резких-прямых угловых изгибов, чтобы избежать внезапного падения давления.
② Отрегулируйте рабочие параметры для предотвращения образования пузырьков.
Разумно контролируйте температуру среды и рабочую частоту насоса, чтобы избежать падения давления ниже давления испарения.
③ Установите вытяжные устройства для удаления растворенного газа.
Установите автоматические выпускные клапаны в верхних точках системы для выпуска скопившегося воздуха и уменьшения источников образования пузырьков.
④ Улучшение качества поверхности нагревательных трубок.
Внедрите электрополировку, чтобы уменьшить количество микро-ямок на поверхности и ограничить образование начальных кавитационных пузырьков.
⑤ Усиление местной износостойкости поверхности.
Выполните лазерную наплавку или азотирование на участках с повышенным-риском кавитации, чтобы повысить устойчивость к-ударной усталости.
5. Сравнительная таблица эффективности профилактики
表格
| Конвейер и режим работы | Риск кавитационной эрозии | Рекомендуемый план оптимизации |
|---|---|---|
| Резкий переход трубопровода + высокая температура, высокий расход | Быстрая сотовая перфорация | Реструктуризация трубопровода и добавление вытяжных устройств. |
| Плавное расположение потока + периодический выпуск + ограничение параметров | Эффективно подавляет кавитационные повреждения | Стандартная схема традиционной циркуляционной системы отопления |
| Упрочнение поверхности + управление деаэрацией | Минимальная склонность к кавитационной эрозии | Предпочтительный вариант: выпускное отверстие насоса и дроссель рядом с оборудованием |
Заключение
Кавитационная эрозия нагревательных трубок 316 возникает в результате ударного повреждения, вызванного периодическим образованием и коллапсом пузырьков. Основные идеи предотвращения заключаются в оптимизации конструкции проточных каналов для стабилизации давления, удаления растворенного газа из среды, ограничения рабочей температуры и скорости потока, а также устранения точек зарождения поверхностных дефектов. Комплексная трансформация конструкции трубопроводов и стандартизация технологических процессов могут существенно устранить риски утечек через-стены, вызванные кавитационной эрозией.
