Kaip 316 nerūdijančio plieno apvalkalo sienelės storio pasirinkimas įtakoja korozijos įtrūkimų riziką karštoje chlorido aplinkoje, aukštesnėje nei 60 laipsnių Celsijaus?
Palik žinutę
Jei chemijos gamyklų inžinieriai ir techninės priežiūros personalas nurodo elektrinius panardinamuosius šildytuvus, skirtus karštiems chlorido tirpalams, pvz., jūros vandeniu{0}}aušinami šilumokaičiai, sūrymo koncentravimo rezervuarai ir tam tikra maisto perdirbimo įranga, įtempių korozijos įtrūkimai yra atskiras gedimo būdas nuo bendros duobių ar plyšių korozijos. Skirtingai nuo vienodo sienų ploninimo, įtempių korozijos įtrūkimai sukelia šakotus transgranulinius arba tarpkristalinius įtrūkimus, kurie per savaites ar mėnesius gali pramušti 316 nerūdijančio plieno apvalkalą, paprastai su mažai matomu įspėjimu. Taikomo arba liekamojo tempimo įtempio, chlorido koncentracijos, temperatūros ir sienelės storio sąveika lemia, ar konkretus apvalkalas išliks metų metus, ar katastrofiškai suges. Šiame straipsnyje kiekybiškai įvertinamas sienelės storio poveikis įtempių korozijos įtrūkimų rizikai, atsižvelgiant į jo poveikį liekamųjų įtempių dydžiui nuo gamybos ir laiko, reikalingo įtrūkimui plisti per sieną.
Trys pagrindinės įtempių korozijos įtrūkimų 316 apvalkaluose sąlygos
Austenitinio nerūdijančio plieno, pvz., 316, įtempių korozijos įtrūkimui reikia trijų sąlygų vienu metu: jautrios medžiagos, kritinio tempimo įtempio lygio ir ėsdinančios aplinkos, kurioje yra chloridų, esant paprastai aukštesnei nei 60 laipsnių temperatūrai . 316 yra mažiau jautrus atakoms nei 304, bet nėra atsparus. Tempimo įtempiai gali būti taikomi išorėje per sistemos slėgį arba šiluminį plėtimąsi arba gali būti liekamieji įtempiai, atsirandantys dėl gamybos procedūrų, tokių kaip lenkimas, lenkimas ir apvalkalo suvirinimas. Atliekant keitimo operacija, naudojama magnio oksido izoliacijai kondensuoti aplink varžos laidą šildytuvo apvalkaluose, išoriniame 316 vamzdžio paviršiuje susidaro dideli liekamieji periferiniai tempimo įtempiai. Šie liekamieji įtempiai gali būti tokie pat dideli, kaip medžiagos takumo riba, ir yra lemiamas įtrūkimų atsiradimo veiksnys esant mažiems taikomiems įtempiams. Įtempių korozijos plyšio plitimo greitis duobėje arba paviršiaus defekte po inicijavimo yra 0,1-10 milimetrų per mėnesį, priklausomai nuo chlorido kiekio ir temperatūros. Plyšys plinta tol, kol likęs sienelės storis yra nepakankamas, kad išlaikytų slėgį viduje arba įtrūkimas prasiskverbia į vidinę sienelę, todėl proceso skystis patenka ir įvyksta elektros gedimas.
Sienelės storio įtaka įtrūkimų atsiradimui ir plitimui
Sienelės storis turi du priešingus poveikius įtempių korozijos įtrūkimų rizikai. Pirma, plonesnės sienos paprastai turi didesnį liekamąjį įtempį, kad būtų sumažintas svyravimas, nes šaltas darbas tęsiasi toliau į sienos skerspjūvį. 0,8 mm apvalkalo paviršiaus liekamieji įtempiai gali būti 400–500 MPa po sumušimo, bet 2,0 mm identiško išorinio skersmens apvalkalo liekamasis įtempis gali būti tik 200–300 MPa, nes šalto darbo poveikis apsiriboja seklesniu paviršiaus sluoksniu, palyginti su bendru storiu. Didesnis liekamasis įtempis sumažina įtrūkimų atsiradimo laiką. Antra, laikas iki perforacijos esant tam tikram plyšio plitimo greičiui yra tiesiogiai proporcingas likusiam sienelės storiui, kai įtrūkimas pradeda prasiskverbti į 2,0 mm apvalkalą per . 4 mėnesius, tačiau 0,5 mm per mėnesį lūžis prasiskverbia per 0,8 mm apvalkalą per 1,6 mėnesio. Grynasis poveikis yra rizikos profilis, kuris nėra{16}}monotoniškas. Labai ploni apvalkalai (<1.0 mm) develop cracks quickly yet have little material to penetrate. Very thick sheaths (above 2.0 mm) break more slowly, but take longer to perforate. Intermediate thicknesses 1.2–1.6 mm are the highest risk category, because they start at moderate rates, but have enough wall thickness to conceal developing cracks for a long time before abrupt failure.
316 Apvalkalų temperatūros ir chlorido koncentracijos slenksčiai
316 stainless steel is not susceptible to stress corrosion cracking in chloride solutions below 60°C. Cracking will only occur in concentrated chlorides >1000 ppm ir stiprios tempimo deformacijos nuo 60 laipsnių iki 80 laipsnių. Esant vidutiniam chlorido kiekiui 100–500 ppm, rizika tampa rimta nuo 80 laipsnių iki 120 laipsnių . 316 netinka jokiai chlorido aplinkai su tempimo įtempimu, nepaisant sienelės storio, esant aukštesnei nei 120 laipsnių temperatūrai. Šiuose didelės rizikos temperatūrų diapazonuose, kur naudojami šildytuvo apvalkalai, praktinis inžinerinis atsakas yra arba sumažinti chlorido koncentraciją iki mažesnės nei 10 ppm, arba pašalinti tempimo įtempius visiškai atkaitinant po pagaminimo, arba patobulinti iki atsparesnio lydinio, pvz., Incoloy 825 arba titano. Rekomendacijos dėl 316 apvalkalų sienelių storio naudojant chloridą yra tokios, atsižvelgiant į temperatūrą ir chlorido koncentraciją, darant prielaidą, kad negalima pašalinti likutinių įtempimų, atsirandančių dėl plovimo:
Darbinė temperatūra Rekomenduojama chlorido koncentracija Mažiausias 316 apvalkalo sienelės storis Numatomas tarnavimo laikas prieš įtempių korozijos įtrūkimų riziką Alternatyvi rekomendacija
60–80 laipsnių < 100 ppm 1,2 mm Maža rizika, > 5 metai 316 priimtina 60–80 laipsniai 100–1 000 ppm 1,6 mm Vidutinė rizika, 2–4 metai Stebėti kasmet 60–80 laipsnių > 1 000 ppm 2,0 mm Didelė rizika, 1–1 mm.
80 - 100 laipsnis < 100 ppm 1,6 mm Vidutinė rizika, 2 - 3 metų lydinio atnaujinimas 80-100 laipsnių 100-500 ppm 2,0 mm Didelė rizika, 1-2 metaiRekomenduojamas lydinio atnaujinimas .
80–100 oC > 500 ppm Nerekomenduojama Nenuspėjama,<1 yearUse titanium or Incoloy 825;
100–120 laipsnių bet koks išmatuojamas ClNerekomenduojama Greitas gedimas tikėtinas Privalomas lydinio atnaujinimas 120 laipsnių Bet koks chloridas Netinkamas Neišvengiamas gedimas Pakeisti medžiagos specifikacijas
Konstrukcijos pakeitimai, siekiant sumažinti įtempių korozijos įtrūkimų riziką, nedidinant sienelės storio
Prieš priimdami storesnės sienos šilumos kainą, inžinieriai turėtų apsvarstyti tris konstrukcijos koregavimus, kurie sumažintų įtempių korozijos įtrūkimų lygties tempimo įtempių komponentą. Pirmas ir svarbiausias yra pilnas gatavo šildytuvo agregato atkaitinimas po visų šveitimo ir lenkimo procedūrų. Atkaitinimas 1050 laipsnių kampu ir greitas aušinimas sumažina likutinę įtampą maždaug 80{5}}90 %, o atsparumui korozijai mažai įtakos turi. Kompromisas- apima vidinės varžos laido oksidacijos galimybę ir papildomas gamybos sąnaudas. Antrasis pakeitimas yra mažo-liekamojo-streso keitimo procesų apibrėžimas. Keli lengvi skalbimo praėjimai su tarpiniu įtempių sumažinimu lemia mažiau liekamųjų deformacijų nei vienas didelis sumažinimas. Didelio patikimumo šildytuvų gamintojai paprastai net 1,2 mm sieniniuose apvalkaluose gali pasiekti paviršiaus liekamuosius įtempius, mažesnius nei 150 MPa. Trečias pakeitimas yra sistemos projektavimas, kad būtų sumažintas tempiamasis įtempis. Projektavimas žemam sistemos slėgiui, lanksčios elektros jungtys ir nelanksčios instaliacijos vengimas, neleidžiančios šiluminiam plėtimuisi, padeda sumažinti bendrą apvalkalo tempimo įtempį. Tais atvejais, kai naudojamos šios modifikacijos, 1,2 mm 316 apvalkalas gali užtikrinti tinkamą tarnavimo laiką tokiomis sąlygomis, kurios sugadintų 2,0 mm apvalkalą esant dideliam liekamajam įtempimui.
Esamų įrenginių tikrinimo ir stebėjimo strategijos
Kai šildytuvas pradedamas eksploatuoti karštoje chlorido aplinkoje, sienelės storio pasirinkimas negali būti keičiamas atgaline data. Vietoj to reikia dažnai tikrinti, ar nėra įtrūkimų dėl įtempių korozijos. Dažų įsiskverbimo į apvalkalo paviršių bandymas gali aptikti atsirandančius įtrūkimus, kol jie neprasiskverbia į sieną. Naudojant 80 laipsnių, 500 ppm chlorido, 1,2–1,6 mm sienelių storio apvalkalus, patartina tikrinti kas ketvirtį. Jei storesnis 2,0 mm ir didesnis apvalkalas, gali pakakti pus-metinių patikrinimų, nes ilgesnis sklidimo laikas suteikia daugiau įspėjimo. Akustinės emisijos stebėjimas gali aptikti įtrūkimų aktyvumą realiuoju laiku veikimo metu, nors šis metodas paprastai taikomas kritinėms ar didelės vertės įrenginiams. Pagrindinis įspėjamasis indikatorius yra smulkių šakojančių lūžių atsiradimas apvalkalo paviršiuje, paprastai matomas tik padidinus arba naudojant dažų skvarbą. Jei matote įtrūkimų, šildytuvą reikia pakeisti greitai, nepaisant to, kiek sienelės storio lieka, nes sklidimo greitis gali paspartėti nenuspėjamai.
Išvada: informuota sienelės storio specifikacija, skirta įtempių korozijos įtrūkimų kontrolei
Sienelės storis nėra ilgaamžiškumo metrika, o rizikos valdymo įrankis, skirtas inžinieriams, pasirenkantiems 316 nerūdijančio plieno apvalkalus elektriniams panardinamiems šildytuvams aplinkoje, kurioje yra daug chlorido. Storesnės sienos atitolina lūžių plitimo laiką, bet netrukdo plyšiui atsirasti, jei liekamieji įtempiai yra dideli. Dėl plonų sienų įtrūkimai gali susidaryti greičiau, bet greičiau prasiskverbti, o tai sumažina paslėptą degradaciją. Geriausias būdas išvengti įtempių korozijos įtrūkimų yra vengti sąlygų, kuriomis jis gali atsirasti – tai yra išlaikyti žemesnę nei 60 o C temperatūrą, chloridų kiekį žemesnę nei 100 ppm arba liekamąsias deformacijas žemiau 100 MPa. Taikant šios sąlygos yra neišvengiamos, optimalų lūžių atsiradimo ir plyšio plitimo ribos kompromisą užtikrina 1,6-2,0 mm sienelės storis su visišku atkaitinimu. Jei chlorido lygis viršija 1000 ppm arba temperatūra viršija 100 laipsnių, vienintelis tinkamas inžinerinis patarimas yra pasirinkti kitą apvalkalo lydinį. Atnaujinimo iki Incoloy 825 arba titano išlaidos yra minimalios, palyginti su nenumatyto šildytuvo gedimo išlaidomis, dėl kurių užteršiama gaminio partija, prarandama proceso linija arba kyla pavojus saugai dėl atvirų įtampų elektrinių dalių, besiliečiančių su laidžiais chlorido tirpalais.
