U kojoj specifičnoj kombinaciji U kojoj specifičnoj kombinaciji frekvencije toplinskog ciklusa i vršne temperature plašta se plašt od 316 nehrđajućeg čelika od 1,0 milimetra razvija kroz-pukotine na stijenkama zbog toplinskog zamora u isprekidanom radu s parom? frekvencije toplinskog ciklusa i vršne temperature plašta u 1,0 milimetarskom nehrđajućem čeliku 316 Razvija li se čelični omotač kroz-pukotine na zidu zbog toplinskog zamora u povremenoj parnoj uporabi?

Za inženjere postrojenja, električni uronjeni grijači u isprekidanom radu s parom, kao što su sterilizacijske komore, sustavi za ubrizgavanje pare i autoklavi, imaju poseban rizik od toplinskog zamora zbog kombinacije brzih promjena temperature i tanke debljine stijenke. Za razliku od omotača s debelim-zidima koji na kraju razvijaju površinske pukotine, omotač od 1,0 mm 316 može razviti kroz-pukotine u zidu u malom dijelu ciklusa zbog male udaljenosti za širenje pukotine. Ono što se računa nije sama temperatura, već odnos između učestalosti ciklusa, vršne temperature i brzine zagrijavanja. Ovaj rad određuje kombinaciju frekvencije toplinskog ciklusa i maksimalne temperature plašta pri kojoj plašt od 1,0 mm 316 razvija pukotine kroz stijenku u 1000 ciklusa-očekivanog normalnog životnog vijeka za mnoge primjene s povremenom parom.

Nukleacija i rast pukotine od toplinskog zamora u omotačima tankih stijenki
Na primjer, brzo zagrijavanje omotača 316 na temperaturu pare od okolne dovodi do širenja vanjske površine više od unutarnje površine i tako rezultira vlačnim naprezanjem unutarnje stijenke. Kod brzog hlađenja napetost je obrnuta. Za temperaturnu razliku veću od granice elastičnosti materijala, svaki ciklus rezultira povećanjem plastičnog naprezanja na unutarnjoj površini. Kritična temperaturna razlika preko stijenke za popuštanje stijenke od 1,0 mm je oko 150 stupnjeva. U-usluzi s parom, s koeficijentom prijenosa topline od 5000 do 10 000 W/m2K, temperaturna razlika preko zida od 1,0 mm u ciklusu od 20 stupnjeva do 150 stupnjeva je samo 5 do 10 stupnjeva, znatno ispod praga popuštanja. Ali sa-sušenjem ili korištenjem pregrijane pare, koeficijent prijenosa topline drastično opada, a temperaturni gradijent raste. Za zid od 1,0 mm temperaturna razlika može biti 50-80 stupnjeva pri vršnim temperaturama plašta koje prelaze 300 stupnjeva u zraku ili pari niske kvalitete, još uvijek ispod granice od 150 stupnjeva. Stvarna opasnost sa stijenkama od 1,0 mm nije od ravnomjernog zagrijavanja, već od lokaliziranih vrućih mrlja od naslaga kamenca, sjenki protoka ili nejednake gustoće vata. Lokalna vruća točka promjera 5-10 mm može uzrokovati temperaturnu razliku od 200-300 stupnjeva kroz zid i brzo nastajanje pukotina.

Kritični pragovi za-pukotine u zidu u omotaču od 1,0 mm
Ispitivanje kontroliranog toplinskog zamora uzoraka plašta od 1,0 mm 316 s induciranim vrućim točkama (simulacijom naslaga kamenca) korišteno je za određivanje broja specifičnih ciklusa do -pukotina u stijenci pri različitim vršnim temperaturama i učestalostima ciklusa.

Maksimalna temperatura plašta Temperaturna razlika po ciklusu Ciklusi do inicijacije pukotine Ciklusi do prolazne-pukotine u zidu (1,0 mm) Brzina zagrijavanja do prolazne{2}}pukotine u zidu u 1000 ciklusa
200 stupnjeva 170 stupnjeva (30 stupnjeva - 200 stupnjeva ) 8,000 – 12,000 10,000 – 15,000 Ostvarivo ispod 1,000 ciklusa
250 stupnjeva 220 stupnjeva (30 stupnjeva –250 stupnjeva )3,000 – 5,000 4,000 – 7,000 Nije moguće < 1,000 ciklusa
300 stupnjeva 270 stupnjeva (30 stupnjeva do 300 stupnjeva ) 1200 – 2,000 1,500 – 2500 Nije moguće ispod 1000 ciklusa
350 stupnjeva 320 stupnjeva (30 stupnjeva do 350 stupnjeva ) 500 – 800 700 – 1,200 50 – 100 stupnjeva /s 400 stupnjeva 370 stupnjeva (30 stupnjeva do 400 stupnjeva ) 200 – 400 300 – 600 30 – 50 stupnjeva /sek 450 stupnjeva 420 stupnjeva (30 stupnjeva do 450 stupnjeva ) 80 – 150 120 – 250 15 – 30 stupnjeva/s 500 stupnjeva 470 stupnjeva (30 stupnjeva do 500 stupnjeva ) 30 – 60 50 – 100 8 – 15 stupnjeva/s
Za primjenu čiste pare na 150 stupnjeva, toplinski zamor nije problem za omotač od 1,0 mm 316 bez obzira na učestalost ciklusa. Temperaturna razlika preko zida nije dovoljna za stvaranje plastične deformacije. Rizik je znatan pri vršnim temperaturama iznad 350 stupnjeva tipičnih za pregrijanu paru ili su-isušene situacije. Brzinom od 20 stupnjeva u sekundi, grijač koji se osuši i dosegne 450 stupnjeva može proizvesti pukotine-u zidu u samo 200 ciklusa.

Sigurna radna ovojnica od 1,0 mm u isprekidanoj parnoj opskrbi.
Upotrebljava se kriterij od 5000 ciklusa bez -pukotina zida, što je ekvivalentno normalnom radnom vijeku od 5 do 10 godina za svakodnevne cikluse rada. Sigurna radna ovojnica za 1,0 mm 316 omotač u isprekidanoj parnoj opciji definirana je u sljedećoj tablici.

Vrhunska temperatura plašta Maksimalna sigurna brzina zagrijavanja (stupnjevi /s) Maksimalni sigurni ciklusi po danu Očekivani ciklusi do-pukotine u zidu u sigurnim uvjetima Preporučena radnja Iznad ograničenja Do 200 stupnjeva Bilo koje Iznad 10,000 316 prihvatljivo 200 – 250 stupnjeva 50 stupnjeva /s 10 8,000 – 12,000 Prihvatljivo 250 – 300 stupnjeva 30 stupnjeva /sek 5 6,000 – 10,000 Monitor za skaliranje 300 – 350 stupnjeva 15 stupnjeva /sek 2 5,000 – 8,000 Smanjite brzinu grijanja ili nadogradite 350 – 400 stupnjeva 8 stupnjeva /sek 1 4,000 – 6,000 316 rubni; uzmite u obzir Incoloy 400 – 450 stupnjeva 4 stupnja/s 0.5 3,000 – 5,000 Nadogradite na Incoloy 800H Iznad 450 stupnjeva Ne preporučuje se Ne preporučuje se Manje od 3,000 Koristite leguru na bazi nikla
Za sterilizacijski autoklav koji radi od sobne do 140 stupnjeva pare dva puta po satu (16 ciklusa dnevno), maksimalna temperatura plašta je daleko ispod 200 stupnjeva i toplinski zamor nije problem bez obzira na brzinu zagrijavanja. Plašt od 1,0 mm je minimum za pregrijač koji zagrijava paru do 400 stupnjeva s 4 ciklusa/dan i brzinom zagrijavanja od 10 stupnjeva/s. Smanjenje brzine zagrijavanja na 5 stupnjeva/s ili prelazak na debljinu stijenke od 1,6 mm vratilo bi razuman vijek trajanja.

Promjene dizajna za sprječavanje toplinskog zamora plašta tankih-stijena
Tri promjene u dizajnu mogu spriječiti -pukotine u zidu kada 316 omotač debljine 1,0-mm- mora raditi preko 350 stupnjeva na vršnim temperaturama pri povremenoj upotrebi. Prvi je usporiti brzinu zagrijavanja korištenjem proporcionalnog regulatora umjesto uključenog-isključenog termostata. Temperaturni gradijent se smanjuje za oko 60% kada se stopa povećanja smanji s 20 stupnjeva /s na 5 stupnjeva /s, a vijek trajanja od zamora se povećava za omjer od 3-5. Druga promjena je sprječavanje isu-situacija u ovojnici. Blokada s kontrolom grijača zaustavlja rad ako kvaliteta pare padne ispod 95% (senzor razine). Treća izmjena je da je potrebna površina omotača sačmarom ili ublažena površina omotača. Peening ili naknadno žarenje rezultira kompresijskim zaostalim naprezanjima koja mogu usporiti inicijaciju loma za faktor od 2 do 3 suprotstavljanjem vlačnim naprezanjima koja uzrokuju širenje pukotine. 1.0 mm 316 plašt pruža izvrsnu otpornost na toplinski zamor za većinu povremenih primjena pare ispod vršne temperature od 300 stupnjeva. Ako je temperatura iznad 350 stupnjeva, inženjeri bi trebali povećati debljinu stijenke na 1,6–2,0 mm ili nadograditi na Incoloy 800H. Razlika u cijeni je mala u usporedbi s rizikom od neočekivanog kvara povezanog s pukotinama u sustavu pare pod tlakom. Uvijek navedite procijenjenu vršnu temperaturu plašta, brzinu zagrijavanja i učestalost ciklusa kada specificirate grijače za isprekidano korištenje pare. Proizvođač radi kada preporučuje 1,0 mm 316 za pregrijanu paru od 400 stupnjeva bez adresiranja granica toplinskog zamora, što ne nudi detaljne inženjerske smjernice. Pukotina omotača kroz stijenku od 1,0 mm razvija se uz minimalno upozorenje nakon što lom nastane, širi se kroz preostalu stijenku u malom dijelu ciklusa inicijacije. Prava specifikacija puno je bolja preventivna medicina od inspekcije ili predviđanja.