يحدث فشل التعب الحراري عندما تتعرض أنابيب التسخين بشكل متكرر لارتفاع وانخفاض درجة الحرارة بشكل دوري. يؤدي التمدد والانكماش الحراري المتناوب إلى توليد إجهاد حراري شد وضغط دوري داخل جسم الأنبوب. بعد عدة دورات، تبدأ الشقوق الصغيرة على السطح وتمتد تدريجيًا إلى الداخل لتشكل شقوقًا مخترقة، مما يؤدي إلى تسرب متوسط. يتركز هذا الضرر بشكل أساسي على الأجزاء ذات التدرجات الكبيرة في درجات الحرارة والانقطاعات الهيكلية. إنه ينتمي إلى تلف التعب الناجم عن الحمل الحراري الدوري، وهو أمر شائع في معدات التدفئة مع بدء التشغيل والإغلاق المتكرر.
1. آلية بدء وانتشار صدع التعب الحراري
عندما يتم تسخين جدار الأنبوب بسرعة، تتوسع الطبقة السطحية أولاً ويتم تقييدها بواسطة المعدن الداخلي ذو درجة الحرارة المنخفضة-، مما ينتج عنه إجهاد شد السطح. أثناء التبريد، تنكمش الطبقة الخارجية بشكل أسرع وتتعرض لضغط ضاغط. التبديل المتكرر بين التوتر والضغط يشكل إجهادًا حراريًا متناوبًا دوريًا. تصبح العيوب السطحية الصغيرة مثل الخدوش وعيوب اللحام مصادر للشقوق. تحت الحمل الدوري المستمر، تتوسع شقوق الكلال على طول الاتجاه المتعامد مع الإجهاد الرئيسي. عندما تخترق الشقوق سمك جدار الأنبوب، يحدث تسرب متوسط. يختلف عن التكسير الناتج عن التآكل الناتج عن الإجهاد الساكن، حيث يتم تحفيز التعب الحراري بشكل كامل عن طريق الإجهاد الميكانيكي المتناوب الناتج عن تقلبات درجات الحرارة دون مشاركة إلزامية للوسائط المسببة للتآكل.
2. الأوضاع النموذجية المعرضة لأضرار الإرهاق الحراري
وصلات اللحام والمناطق المتأثرة بالحرارة-ذات بنية ميتالوغرافية غير متساوية وتركيز إجهاد؛
أقسام المدخل حيث يمتزج الوسط البارد مباشرة مع جسم الأنبوب الساخن لتكوين اختلاف حاد في درجات الحرارة؛
جذر الحافة، والقطر المتغير، ومواضع الطفرة الهيكلية للكوع؛
المناطق المتناوبة لمستوى السائل حيث تختلف درجة حرارة الطور الغازي والطور السائل بشكل كبير؛
أقسام الأنابيب الثابتة الصلبة غير قادرة على التمدد والتشوه بحرية مع تغير درجة الحرارة.
3. العوامل المحفزة الرئيسية لتسريع التعب الحراري
التشغيل والإيقاف المتكرر في حالات الطوارئ، ويتم حقن الوسيط البارد مباشرة في خط أنابيب ذو درجة حرارة عالية-؛
طريقة تثبيت خط الأنابيب غير المعقولة مع التثبيت الصارم الذي يحد من الإزاحة الحرارية؛
التدرج المفرط في درجة الحرارة المحلية الناجم عن التسخين غير المتكافئ لمكونات التسخين؛
نتوءات المعالجة السطحية والخدوش وعيوب اللحام التي تعمل كنقاط بدء التشقق؛
تخشن حبيبات المادة بعد خدمة درجة الحرارة المرتفعة-على المدى الطويل-مما يقلل من مقاومة الكلال.
4. -رابط كامل للإجراءات الفنية للتحكم الوقائي
① تنفيذ ارتفاع درجة الحرارة المتدرجة ومواصفات عملية التبريد
قم بالتسخين ببطء قبل بدء التشغيل والتبريد خطوة بخطوة عند التوقف لتقليل الفرق الفوري في درجة الحرارة.
② تحسين هيكل دعم خطوط الأنابيب
اعتماد الدعامات المنزلقة ومفاصل التمدد لتحرير الإزاحة الحرارية والضغط الحراري المقفل.
③ تحسين تشطيب السطح وإزالة مصادر عيوب السطح
طحن وتلميع طبقات اللحام وسطح الأنابيب لإزالة الخدوش ونقاط تركيز الضغط الحادة.
④ تحسين تخطيط التدفئة لتجنب ارتفاع درجة الحرارة المحلية
قم بتوزيع مصادر الحرارة بالتساوي لمنع جدار الأنبوب الجزئي من تحمل التدرج الزائد في درجة الحرارة.
⑤ حدد -فولاذ مقاوم للصدأ ذو حبيبات دقيقة وثابتة لظروف العمل ذات درجات الحرارة المتناوبة المتكررة
تحسين مقاومة التعب الحراري الداخلي للمواد من خلال تحسين درجة المواد الواردة.
5. جدول مقارنة تأثير الوقاية
表格
| وضع التشغيل والتثبيت | خطر التعب الحراري | اقتراح التطبيق |
|---|---|---|
| تغير مفاجئ متكرر في درجة الحرارة + تركيب ثابت جامد | توليد صدع سريع بعد عملية دورة قصيرة | إضافة تعويض التوسع وتوحيد عملية التحكم في درجة الحرارة |
| تنظيم تدريجي لدرجة الحرارة + دعم مرن + تشطيب السطح | يبطئ بشكل كبير انتشار صدع التعب | التصميم القياسي ومواصفات التشغيل |
| تكوين وصلة التمدد + التسخين المتجانس + الكشف المنتظم عن الخلل | الحد الأدنى من خطر فشل التعب الحراري | التشغيل المتكرر والمتقطع-النظام المفضل للإيقاف للمعدات |
خاتمة
تنبع شقوق التعب الحراري لأنابيب التسخين المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ 316 من الإجهاد الحراري المتناوب الدوري الناتج عن التناوب المتكرر في درجات الحرارة، مما يؤدي إلى نواة شقوق التعب وتمددها. تعمل أساليب الوقاية الأساسية على تخفيف سعة طفرة درجة الحرارة، وحجز مساحة تعويض التمدد الحراري، والقضاء على عيوب تركيز الإجهاد السطحي، وتحسين أداء إجهاد المواد. يمكن لعملية التشغيل الصارمة والتحسين الهيكلي أن يمنع بشكل فعال حوادث التسرب المخترق الناجمة عن التعب الدوري الحراري طويل الأمد-.
