Термическое усталостное растрескивание представляет собой повторяющееся циклическое расширение и сжатие стенки трубы, вызванное частыми резкими изменениями температуры во время запуска, остановки и колебаний нагрузки. Периодические термические растягивающие и сжимающие напряжения приводят к накоплению микротрещин на поверхностях материалов и в сварных швах. Эти крошечные трещины постоянно расширяются под воздействием переменных температурных нагрузок, пока не проникнут в стенку трубы и не вызовут утечку. Этот вид разрушения не характеризуется очевидной равномерной коррозией или утончением, а трещины в основном возникают в частях конструкции, -концентрированных под напряжением, что является типичным усталостным повреждением, вызванным циклическим изменением температуры.
1. Механизм повреждения ядра от термической усталости
Когда на нагревательную трубку подается напряжение для быстрого нагрева, внешний слой,-контактирующий со средой, имеет более низкую температуру, в то время как внутренняя нагревательная сторона резко нагревается, создавая температурный градиент и непостоянное тепловое расширение внутри стенки трубки. Нескоординированная деформация вызывает внутреннее термическое напряжение. При остановке оборудования и охлаждении материал сжимается неравномерно в обратном направлении и образует противоположные остаточные напряжения. После тысяч холодных-горячих чередований циклическое напряжение приводит к скоплению дислокаций и зарождению микротрещин на границах зерен, дефектам сварных швов и поверхностным царапинам. Каждое колебание температуры приводит к распространению вершины трещины. Как только трещина проходит по толщине стены, внезапно возникает протечка через-стену. Чем быстрее скорость подъема и падения температуры, тем короче цикл зарождения усталостной трещины.
2. Типичные места, уязвимые для термических усталостных трещин.
Сварные соединения и зоны термического влияния-с неровной металлографической структурой и присущими дефектами напряжений;
U-участки изгибов и зоны дугового перехода, где образующееся остаточное напряжение перекрывается с термическим напряжением;
Жидкостный-газовый чередующийся уровень жидкости с периодической выдержкой и воздушным охлаждением;
Локальный перегрев, сухие-зоны горения с экстремальной разницей температур между горячими точками и окружающей матрицей;
Точки крепления зажимов ограничены приспособлениями, которые не могут свободно расширяться и сжиматься.
3. Основные ускоряющие факторы
Частый аварийный запуск-останов и быстрый рост температуры без градиентного предварительного подогрева;
Чрезмерная плотность мощности, приводящая к чрезмерной мгновенной температуре поверхности нагревательной трубки;
Неподвижная жесткая ограничительная опора, ограничивающая свободное термическое удлинение тела трубы;
Основной материал с внутренними включениями, порами и оригинальными микродефектами обработки;
Большая разница температур между теплоносителем и окружающей средой.
4. Иерархические технические меры по предотвращению и ликвидации.
① Принять поэтапный градиентный контроль нагрева.
Перед началом эксплуатации установите фазу предварительного нагрева на низкой-мощности, чтобы замедлить скорость повышения температуры и уменьшить мгновенное температурное градиентное напряжение внутри стенки трубы.
② Оптимизация конструкции конструкции для предотвращения свободной термической деформации.
Используйте подвижные скользящие опоры вместо полностью фиксированных зажимов, чтобы сохранить припуск на расширение и избежать блокировки при термическом напряжении, вызванной жесткими ограничениями.
③ Устранение начальных остаточных напряжений посредством отжига после-сварки.
Проведите комплексную термообработку для снятия напряжений после гибки и сварки, чтобы снять остаточное напряжение при формовке и сварке и уменьшить источники усталостных трещин.
④ Оптимизация конструкции электропитания для ограничения пиковой температуры поверхности.
Разумно подбирайте мощность нагрева с учетом условий потока среды и рассеивания тепла, чтобы избежать локальных перегревов-и чрезмерной разницы температур.
⑤ Улучшение целостности поверхности детали трубы.
Используйте электрополировку для удаления следов инструментов и микроцарапин на поверхности, которые склонны к образованию трещин.
5. Сравнение эффектов предотвращения для разных режимов работы.
表格
| Эксплуатация и структурный режим | Риск термического усталостного растрескивания | Рекомендуемый план оптимизации |
|---|---|---|
| Частый быстрый старт-останов + полностью фиксированная жесткая опора | Чрезвычайно высокая вероятность взлома | Необходимо добавить программу предварительного нагрева и подвижные кронштейны. |
| Градиентный контроль температуры + обработка для снятия стресса | Значительно подавляет усталостное разрушение | Стандартная производственная и эксплуатационная спецификация |
| Сырье с низким-дефектом + гибкая расширяющаяся структура | Долгий срок службы, противо-усталостная эффективность | Предпочтительная схема периодического частого запуска оборудования |
Заключение
Термическое усталостное растрескивание нагревательных трубок 316 представляет собой накопленное повреждение, вызванное повторяющимися переменными термическими нагрузками от холодных и горячих циклов. Основная идея предотвращения заключается в замедлении скорости изменения температуры, устранении структурных ограничений на тепловое расширение, устранении начального остаточного напряжения заготовки и уменьшении источников трещин на поверхностных дефектах. Благодаря стандартизированной логике электрического управления и оптимизации конструкции можно эффективно избежать происшествий со сквозным-прорывом стенок, вызванных термической усталостью.
