Термическое усталостное разрушение при проникновении относится к титановым нагревательным трубам, подвергающимся повторяющимся резким циклам повышения и падения температуры во время частого запуска, остановки и переключения среды. Неравномерное температурное поле внутри и снаружи стенки трубы создает периодические переменные термические растягивающие и сжимающие напряжения. После десятков и тысяч циклических нагрузок в местах сварных швов, гнутых участков и местах изменения толщины стенок возникают микротрещины. Трещины постепенно расширяются в радиальном направлении стенки трубы, пока не проникают сквозь-стену, что приводит к утечке среды. При длительном -переменном термическом воздействии ветви трещин распространяются непрерывно, и под рабочим давлением может внезапно произойти локальное разрушение стенки трубы. Данная неисправность часто встречается в периодических производственных трубопроводах отопления с частыми колебаниями температуры.
1. Циклическое накопление термических напряжений и механизм роста усталостных трещин.
Когда температура среды быстро повышается, внутренняя стенка титановой трубы сначала расширяется и удерживается низкотемпературной внешней стенкой, образуя сжимающее напряжение; во время охлаждения внутренняя стенка резко сжимается и притягивается к внешней стенке, создавая растягивающее напряжение. Многократное чередование растяжения и сжатия приводит к необратимой пластической деформации в слабых местах материала, образуя источники зарождения трещин. В отличие от коррозионного растрескивания при статическом напряжении, сопровождающегося химической эрозией, термическая усталость в основном зависит от механического циклического напряжения, способствующего распространению трещин, и в месте раскрытия трещины в чистой среде среды не наблюдается явного накопления продуктов коррозии.
2. Типичные положения, подверженные термическому усталостному повреждению
Сварные соединения и зоны термического воздействия-с крупнозернистой структурой и плохой усталостной прочностью;
Отводы холодногнутых труб с остаточными формообразующими напряжениями, наложенными на термическую знакопеременную нагрузку;
Секции труб с частичным снятием изоляции, вызывающим асимметричное распределение температуры;
Детали переходов и тройников с резким изменением диаметра трубы и концентрированными термическими нагрузками;
Участки трубопровода, расположенные вблизи отопительного оборудования и входов холодного питания с наибольшей амплитудой колебаний температуры.
3. Основные факторы, ускоряющие усталостное разрушение
В процессе работы используется внезапный скачок температуры без процедур медленного градиентного нагрева и охлаждения;
Локальный теплоизоляционный слой отпадает, что приводит к большой разнице температур между местной стенкой трубы и другими участками;
При сварке и гибке не проводят отжиг для снятия напряжений для устранения начальных остаточных напряжений;
В системе отсутствует буферная емкость и оборудование для смешивания температур, что приводит к прямому воздействию горячей и холодной жидкости на стенки трубы;
Частые переключения производственных линий вызывают сверх-высокочастотные термические циклические нагрузки на трубопроводы,-поддерживающие давление.
4. Полные-технические меры по предотвращению и контролю ссылок
① Установить стандартизированные пошаговые --технические характеристики операций по повышению температуры и охлаждению.
Ограничьте диапазон изменения одной температуры, чтобы избежать чрезмерного мгновенного термического напряжения.
② Провести термообработку для снятия напряжений после-сварки и после-формования гнутых и сварных титановых компонентов.
Удалите начальное остаточное напряжение, которое легко вызывает зарождение трещин.
③ Своевременно ремонтируйте поврежденную теплоизоляционную обшивку, чтобы добиться равномерного сохранения тепла при полной-обертке.
Устраните локальную разницу температур и асимметричное распределение напряжений.
④ Установите промежуточный буферный смесительный бак на переднем конце трубопровода отопления для стабилизации температуры среды.
Уменьшить прямое переменное тепловое воздействие на магистральную трубопроводную сеть.
⑤ Организуйте регулярную ультразвуковую и проникающую дефектоскопию на уязвимых трубопроводных фитингах с большим-циклом цикла.
Заблаговременно устраняйте микроусталостные трещины перед утечкой при проникновении.
5. Сравнительная таблица эффективности профилактики
表格
| Режим защиты работы и обработки | Риск термического усталостного растрескивания | Предложение по применению |
|---|---|---|
| Внезапное переключение температуры + отсутствие снятия напряжения + неполная изоляция | Окружные проникающие трещины возникают после длительной-циклической эксплуатации. | Дополните обработку для устранения напряжений и идеальную систему сохранения тепла трубопровода. |
| Градиентный контроль температуры + отжиг после-обработки + полная теплоизоляционная защита | Эффективно замедляет накопление циклических напряжений и расширение трещин. | Типовые технические условия на проектирование и эксплуатацию титановых трубопроводов отопления прерывистого режима работы |
| Титановый сплав, оптимизированный для малоцикловой усталости + онлайн-мониторинг колебаний температуры + ежеквартальные не-разрушающие испытания | Чрезвычайно низкий уровень риска внезапной утечки в трубе и незапланированного отключения. | Предпочтительная схема для проектов по созданию противо-антикоррозионных сетей отопления с химическими веществами периодического производства. |
Заключение
Термическое усталостное разрушение титановой нагревательной трубки вызвано многократным изменением температуры, вызывающим циклическое термическое напряжение, которое накапливает повреждения и развивается в проникающие трещины. Основные профилактические меры включают оптимизацию логики регулирования температуры, устранение остаточных напряжений обработки посредством термообработки, обеспечение полной теплоизоляции трубопровода, добавление температурных буферов и реализацию периодической дефектоскопии ключевых деталей. Управление полным-замкнутым-циклом изготовления трубопроводов, вспомогательной конфигурацией системы и управлением производственными операциями может предотвратить утечку среды и инциденты, связанные с безопасностью оборудования, вызванные термическим усталостным растрескиванием титановых трубопроводов под давлением при нагреве.
