في إنتاج التفاعل الكيميائي دفعة واحدة، وعمليات الطلاء الكهربائي المتقطعة ومعدات معالجة تسخين مياه الصرف الصحي المتقطعة، يخضع 316 أنبوب تسخين من الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل متكرر لارتفاع سريع في درجة الحرارة ودورات تبريد مفاجئة أثناء التشغيل اليومي. سوف يعمل الإجهاد الحراري المتناوب بشكل مستمر على جدار الأنبوب، ومفاصل اللحام، والمقاطع المنحنية الباردة -وتثبيت المواضع الثابتة، مما يؤدي إلى البدء التدريجي وتوسيع شقوق التعب الصغيرة على سطح المادة. وفي الوقت نفسه، تتخلل الوسائط المسببة للتآكل مثل أيونات الكلوريد إلى شقوق صغيرة، مما يؤدي إلى اقتران إجهاد الشد الدوري الحراري مع التآكل الكهروكيميائي للحث على تكسير التآكل الحراري. يتميز وضع الفشل هذا بإخفاء قوي، وعادة ما تتوسع الشقوق على طول حدود الحبوب، والتي لا يمكن العثور عليها بسهولة من خلال الفحص البصري التقليدي. بمجرد أن يخترق الشق جدار الأنبوب، سوف يحدث تسرب متوسط وحوادث إيقاف الإنتاج. تسعى العديد من المؤسسات إلى تحقيق كفاءة الإنتاج من خلال استخدام أوضاع التسخين السريع للغاية والتبريد القسري في حالات الطوارئ، مع تجاهل أضرار الإجهاد الحراري الناتج عن التقلبات الشديدة في درجات الحرارة، الأمر الذي يجعل التآكل الناتج عن الإجهاد الحراري أحد المحفزات الرئيسية للفشل المبكر لأنابيب التدفئة التي يتم تشغيلها بشكل متقطع. لذلك، يعد التحسين الموحد لمعدل التدفئة والتبريد وسعة درجة الحرارة وفاصل التشغيل أمرًا ضروريًا للحد من تآكل التعب الحراري لأنابيب التسخين.
يتم تحفيز تآكل التعب الحراري بشكل مشترك عن طريق الإجهاد الحراري المتناوب والتآكل المتوسط. أثناء الزيادة السريعة في درجة الحرارة، ينتج جدار الأنبوب إجهادًا حراريًا ضاغطًا بسبب تقييد التمدد الحراري؛ في مرحلة التبريد القسري، يؤدي الانخفاض الحاد في درجة الحرارة إلى انكماش المواد ويولد إجهاد شد كبير. يؤدي التناوب المتكرر لإجهاد الضغط والشد أولاً إلى تشوه البلاستيك الصغير في مواضع تركيز الإجهاد مثل اللحامات والأجزاء المنحنية، ثم يشكل شقوقًا صغيرة بسبب التعب السطحي. تغزو أيونات الكلوريد الموجودة في الإلكتروليت طرف الشق بشكل مستمر، مما يؤدي إلى تدمير الطبقة السلبية داخل الشق وتشكيل بيئة مجهرية مسدودة ومسببة للتآكل. يؤدي إجهاد الشد عند طرف الكراك إلى تسريع انتشار الشقوق، ويؤدي تأثير اقتران الإجهاد الميكانيكي والتآكل الكهروكيميائي في النهاية إلى اختراق الشقوق الهشة. كلما زاد نطاق تغير درجة الحرارة وزادت سرعة التسخين-والتبريد، زادت سعة الضغط الحراري، وقصرت فترة حضانة شقوق التعب. بالإضافة إلى ذلك، فإن اللحام المتبقي وتشكيل إجهاد الشد سوف يؤدي إلى تراكب الإجهاد الحراري الدوري، مما يقلل من مقاومة التعب الحراري لركائز الفولاذ المقاوم للصدأ.
تطرح هذه الدراسة أربع استراتيجيات تحسين رئيسية لمعلمات الدورة الحرارية لتجنب تآكل التعب الحراري لـ 316 من أنابيب التسخين المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ.
أولاً، صياغة مواصفات معدل التدفئة والتبريد الآمنة للحد من سعة الإجهاد الحراري. يجب التحكم في معدل تسخين أنابيب التسخين أقل من 2 درجة / دقيقة، ويمنع منعا باتا التبريد السريع للتبريد السريع بالماء؛ يجب ألا يتجاوز الحد الأقصى لمعدل التبريد 1.5 درجة / دقيقة. بالنسبة للمعدات التي يجب أن تحقق ضبطًا سريعًا لدرجة حرارة العملية، استخدم التسخين المتدرج المرحلي وأوضاع التبريد البطيئة المجزأة لتجنب التقلبات الحادة في درجة الحرارة لمرة واحدة. يمكن للتغير التدريجي في درجة الحرارة أن يقلل بشكل فعال فرق الإجهاد الحراري اللحظي بين الجدران الداخلية والخارجية لأنبوب التسخين، ويمنع تشوه البلاستيك المحلي ويمنع بدء الشقوق الصغيرة الناتجة عن إجهاد السطح. قم بمعايرة أجهزة استشعار التحكم في درجة الحرارة بانتظام لتجنب ارتفاع درجة الحرارة غير الطبيعي أو الانحراف الشديد في درجة الحرارة -بسبب فشل الجهاز.
ثانيًا، قم بتعيين الحد الأعلى لدرجة حرارة التشغيل وهامش الأمان لفرق درجة الحرارة بشكل معقول. يجب التحكم في درجة حرارة الخدمة الثابتة على المدى الطويل - لأنابيب التسخين المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ 316 تحت 300 درجة، مع الاحتفاظ بهامش أمان لدرجة الحرارة لا يقل عن 50 درجة لتجنب التشغيل المتكرر بالقرب من حد تحمل درجة الحرارة العالية للمادة -. الحد الأقصى لفرق درجة الحرارة بين بدء التشغيل وإيقاف التشغيل في حدود 150 درجة؛ سيؤدي نطاق درجة الحرارة الكبير جدًا إلى حدوث إجهاد حراري متناوب شديد وتسريع نمو صدع التعب بشكل كبير. تجنب التشغيل المتكرر فوق-درجة الحرارة، لأن درجة الحرارة المرتفعة على المدى القصير-لن تؤدي إلى تلف الطبقة السلبية السطحية فحسب، بل ستؤدي أيضًا إلى تفاقم ميل التحسس للمناطق المتضررة بالحرارة الملحومة-، مما يزيد من خطر تآكل الإجهاد الحراري بين الحبيبات.
ثالثًا، تحسين دورة التشغيل المتقطعة وضبط فترة كافية للحفاظ على الحرارة وفاصل التبريد الثابت. بالنسبة لخطوط الإنتاج المتقطعة، قم بترتيب مرحلة الحفاظ على الحرارة بعد كل ارتفاع في درجة الحرارة لموازنة مجال درجة الحرارة داخل أنبوب التسخين وتحرير الإجهاد الحراري العابر؛ بعد اكتمال الإنتاج، احتفظ بالتبريد الساكن الطبيعي لأكثر من 60 دقيقة قبل تفريغ وسط درجة الحرارة المرتفعة-. قلل من عمليات بدء التشغيل وإيقاف التشغيل ذات الفترة القصيرة-المتكررة، نظرًا لأن الدورات الحرارية عالية التردد-ستؤدي إلى تراكم تلف الكلال بسرعة. بالنسبة لأنابيب التسخين المستخدمة في ظروف العمل المتكررة، قم بإجراء التلدين لتخفيف الضغط عند درجة حرارة منخفضة قبل وضعها في الخدمة للتخلص من إجهاد الشد المتبقي الناتج عن الثني واللحام، مما يقلل من تأثير التراكب للإجهاد المتبقي المتأصل والإجهاد الحراري الدوري.
رابعًا، تعزيز الفحص المنتظم-غير المدمر للمواضع الحساسة للإجهاد الحراري. ركز على فحص التيار الدوامي والموجات فوق الصوتية لطبقات اللحام ومقاطع الانتقال المنحنية ومواضع التثبيت الثابتة كل نصف عام لاكتشاف شقوق التعب الجزئي المبكرة. بمجرد العثور على شقوق سطحية صغيرة، قم على الفور بترتيب إصلاح التلميع والتخميل المحلي، وقم بتمديد ارتفاع درجة حرارة المعدات ووقت التبريد بشكل مناسب لتقليل حمل الضغط الحراري اللاحق. بالنسبة لأنابيب التسخين ذات خدمة التشغيل المتقطع-طويلة الأمد، قم بتقصير دورة الفحص إلى ربع سنوي، وادمج تقييم عمر الخدمة المتبقي للحكم على ما إذا كان سيتم تنفيذ الاستبدال الوقائي.
تُظهر بيانات التتبع الميداني طويلة المدى- أن أنابيب التسخين التي تستخدم التحكم في درجة الحرارة المتدرجة ودورات التشغيل المتقطعة المعقولة لا تعاني من فشل في تكسير الإجهاد الحراري بعد الإنتاج المتقطع على المدى الطويل-. في المقابل، تعاني أنابيب التسخين تحت التسخين السريع المتكرر والتبريد القسري من تشققات تآكل الكلال المخترقة خلال 5-9 سنوات. في الختام، فإن الحد من سرعة التسخين والتبريد، والتحكم في نطاق تقلبات درجة الحرارة، وتحسين فترات التشغيل المتقطعة وتعزيز فحص الموضع الحساس للتعب-، يمكن أن يمنع بشكل فعال بدء وتوسيع شقوق التعب الحراري. تتجنب إدارة الدورة الحرارية القياسية تلف الاقتران الناتج عن الإجهاد الحراري المتناوب والوسائط المسببة للتآكل، مما يحسن بشكل كبير السلامة التشغيلية على المدى الطويل -لـ 316 أنبوب تسخين من الفولاذ المقاوم للصدأ في سيناريوهات الإنتاج الصناعي المتقطع.
