Pie kādas īpašas termiskā cikla frekvences un maksimālās apvalka temperatūras kombinācijas 2,5 milimetru 316 nerūsējošā tērauda apvalks piedzīvo oksīda atslāņošanos, kas samazina sienas biezumu zem 2,0 milimetriem viena gada laikā cikliskā tvaika pārkarsētāja servisā?

Augstas temperatūras tvaika un cikliskās darbības kombinācija rada unikālu oksidācijas vidi starp spēkstacijas inženiera elektrisko tvaika pārsildītāju un rūpniecisko katlu speciālista 316 nerūsējošā tērauda apvalkiem. Atšķirībā no gaisa sildīšanas, kur oksīda zvīņas veidojas salīdzinoši lēni, tvaiks paātrina oksidēšanos, jo ūdens tvaiki izkliedējas cauri oksīda slānim un reaģē ar zem tā esošo metālu. Oksīda zvīņu atslāņošanās termiskās cikla laikā ir īpaši problemātiska biezu -sienu apvalkiem. Oksīda uzkrāšanās- kļūst pietiekami bieza, lai varētu izšļakstīties, un katrā pīlingā tiek ņemts līdzi parastais metāls. Pārsildītāja apkalpošanai sienas biezums dažreiz tiek norādīts kā 2,5 mm, lai nodrošinātu šļūdes izturību un korozijas pielaidi. Tomēr dažām maksimālās temperatūras un cikla biežuma kombinācijām oksīda atslāņošanās var sabojāt sienas biezumu par 0,5 mm gadā un tādējādi apdraudēt mehānisko integritāti. Šajā dokumentā ir noteiktas īpašas robežas nepieņemamam pīlinga ātrumam 2,5 mm 316 apvalkam cikliskā tvaika lietošanā.

Tvaika oksidēšanās un atslāņošanās mehānismi 316 nerūsējošajā tēraudā
Pārkarsētā tvaikā temperatūrā, kas pārsniedz 550°C, 316 nerūsējošais tērauds veido dupleksa oksīda skalu ar ārējo magnetīta (Fe3O4) slāni un iekšējo ar hromu- bagātu spinela slāni. Oksidācijas ātrums atbilst paraboliskajam likumam; tomēr tvaika pievienošana palielina ātrumu par attiecību 2-5, salīdzinot ar gaisu tajā pašā temperatūrā. 316 apvalks izaug ~ 10 mikronus oksīda tvaikā pēc 1000 stundām 600 ° C temperatūrā. Pie 650 grādiem biezums ir 25 mikroni. 700°C, 60 mikroni. Oksīds ir lielāks par 120 mikroniem 750°C temperatūrā pēc 1000 stundām. Oksīda izplešanās dzesēšanas laikā ir saistīta ar oksīda slāņa augšanu, pārsniedzot kritisko biezumu, un oksīda un metāla termiskās izplešanās neatbilstību. Būtiskais biezums tvaikos izveidoto oksīdu atslāņošanai ir aptuveni 30-50 mikroni. Katru reizi, kad tiek noņemts oksīda slānis, tiek noņemts arī niecīgs parastā metāla pārklājums (vairumā gadījumu 2–5 mikroni). Pēc 1000 stundu kumulatīvās 0,25 mm apvalka iedarbības 700°C temperatūrā ar 100 termiskiem cikliem katru gadu oksīds izaugtu līdz 60 mikroniem un notiktu lobīšanās. Ja pīlings notiek ik pēc 1000 stundām un katru reizi noņem 4 mikronus metāla, sienas zudums gadā būs aptuveni 0,035 mm – niecīgs. Tomēr pīlings var notikt biežāk augstākā temperatūrā un/vai biežākos ciklos, kas paātrina sienu degradāciju.

Kritiskie sliekšņi paātrinātai apvalka atslāņošanai 2,5 mm
Cikliski kontrolēti tvaika oksidācijas testi 2,5 mm 316 apvalka paraugiem ir parādījuši precīzas robežas, pēc kurām sienas zudums būtu lielāks par 0,5 mm gadā – punkts, kurā 2,5 mm apvalks tiktu samazināts līdz 2,0 mm 12 mēnešos.

Maksimālā apvalka temperatūra stundas līdz pirmajai lobīšanai, kumulatīvais oksīda biezums atslāņošanās laikā Metāla zudums uz pīlinga notikumu Ciklu skaits gadā, lai ikgadējais zudums pārsniegtu 0,5 mm Dominējošais atteices mehānisms 550°C 8000 – 10000 stundas Nav iespējams zemāk par 3 mikroniem 25 – 30 2000 cikli/gadā Atslāņošanās nav nozīmīga 600 grādi 2000 – 3000 stundas 35 – 45 mikroni 3 – 5 mikroni Virs 500 cikliem/gadā Robežrisks 650 grādi 500 – 800 stundas 50 – 70 mikroni cikls 4 – 6 mikroni Above 700 grādi 150 - 250 stundas 80 - 120 mikroni 5 - 8 mikroni Virs 50 cikliem gadā Augsts risks 750 grādi 50 - 100 stundas 150 - 200 mikroni 8 - 12 mikroni Virs 20 cikliem gadā Spēcīga atslāņošanās pakāpe 3 800 mikroni 12 – 20 mikroni Virs 10 cikliem gadā Ātrs sieniņu zudums
Pārkarsētājam pie 700°C maksimālās apvalka temperatūras un 100 cikliem gadā (apmēram 2 cikli nedēļā) sieniņu ikgadējais zudums būs 100 cikli, dalīti ar 200 cikliem starp atslāņošanās notikumiem (150–250 stundu viduspunkts pie 24 stundām vienā ciklā ir aptuveni 6–10 cikli vienā notikumā). Ikgadējais sienu zudums ir 0,05–0,12 mm, daudz mazāks par 0,5 mm, ar 10–15 atslāņošanās gadījumiem gadā un 5–8 mikronu zudumu vienā notikumā. Pie 700 grādiem ar 300 cikliem gadā (apmēram 6 cikli nedēļā) gada zudumi ir 0,15–0,36 mm, tuvojoties robežai. Pie 750 grādiem ar 100 cikliem gadā ikgadējais zudums ir 0,5–1,2 mm, kas ir virs sliekšņa. Tāpēc svarīga kombinācija nepieņemamiem sienas zudumiem ir maksimālā temperatūra, kas lielāka par 730 °C, ar vairāk nekā 100 cikliem gadā, vai maksimālā temperatūra, kas lielāka par 700 °C, ar vairāk nekā 300 cikliem gadā.

Drošas darbības aploksne ar 2,5 milimetru apvalku Steam pakalpojumā
Nākamajā tabulā parādīts maksimālais ieteicamais ciklu skaits gadā 2,5 mm 316 apvalkam cikliskā tvaika pārkarsētājā, lai nodrošinātu ikgadējo sienu zudumu zem 0,2 mm (mazāk nekā 10% no sienas biezuma gadā).

Maksimālā apvalka temperatūra Maksimālie ieteicamie cikli gadā Paredzamais ikgadējais sienas zudums pie maksimālajiem cikliem Paredzamais kalpošanas laiks līdz 2,0 mm Atlikusī siena Ieteicamā darbība virs robežām Līdz 600 grādiem 1000 Zem 0,05 mm Vairāk nekā 10 gadi 316 {1}pieņemami 60 grādi 60–0 00. 8–10 gadi Pieņemams lielākajai daļai pakalpojumu 650–680 grādi 250 0.10 – 0,15 mm 5–8 gadi Monitors katru gadu 680–700 grādi 150 0.15 – 0,20 mm 4–6 gadi Apsveriet sakausējuma jaunināšanu, lai nodrošinātu ilgāku kalpošanas laiku 700–720}} mm – 6 –3. margināls 720–740 grādi 40 0.30 – 0,45 mm 2–3 gadi Ieteicams jaunināt uz Incoloy 800H 740–760 grādi 20 0.45–0,70 mm 1,5–2 gadi Nepieciešams Incoloy 800H
Nav ieteicams Virs 760 grādiem Virs 0,70 mm Mazāk nekā 1,5 gadi Izmantojiet niķeļa sakausējumu
Incoloy 800H piedāvā ievērojami lielāku tvaika oksidācijas pretestību nekā Incoloy 800 pārkarsētāja lietojumiem, ja maksimālā apvalka temperatūra pārsniedz 720°C un vairāk nekā 50 ciklus gadā. Sakausējums rada plānāku, lipīgāku oksīdu, kas nolobās virs 100 mikronu biezuma, kā rezultātā 5–10 reizes samazinās ikgadējais sienu zudums salīdzinājumā ar 316.

Izmaiņas dizainā, lai samazinātu lobīšanos biezās{0}}sienu apvalkos
Ja 2,5 mm 316 apvalkam ir jādarbojas tuvu vai virs pieļaujamajām robežām, trīs dizaina izmaiņas var samazināt lobīšanos, nemainot apvalka materiālu. Pirmais ir regulēti dzesēšanas rampas ātrumi. Atdzesēšana no maksimālās temperatūras līdz apkārtējai temperatūrai ar ātrumu zem 50°C stundā samazina termisko šoku un rada mazākus, mazāk destruktīvus izšļakstījumus. Otrā izmaiņa ir iepriekš-apvalka virsmas oksidēšana pirms cikliskās apkopes. Pastāvīgi darbinot sildītāju pilnā temperatūrā 500–1000 stundas, veidojas biezāks, stabilāks oksīds, kas, visticamāk, retāk nolobīsies. Trešā izmaiņa ir saglabāt gaidīšanas režīma minimālo temperatūru 300°C, nevis pazemināt līdz apkārtējai temperatūrai. Tas samazina karstuma spriedzi katrā ciklā par 40-60%, tādējādi ievērojami palielinot ciklu skaitu starp pīlinga epizodēm. Lielākajai daļai tvaika pārsildītāju lietojumu 2,5 mm 316 apvalks ir pieņemams maksimālajai temperatūrai līdz 680°C ar pieļaujamām cikla frekvencēm. Ja slīpums pārsniedz 700 grādus, inženieriem ir jāpieņem 2–4 gadu kalpošanas laiks vai jājaunina uz Incoloy 800H. Izmaksu atšķirība starp 316 un Incoloy 800H pārkarsētājam parasti ir 30–50%, taču palielināts ilgmūžības un mazākas oksīdu bloķēšanas iespējas pakārtotajās iekārtās padara jaunināšanu vērtīgu. Norādot sildītājus cikliskai tvaika darbībai, vienmēr norādiet paredzamo maksimālo apvalka temperatūru, cikla biežumu un vēlamo kalpošanas laiku. Ražotājs, kas iesaka 316 darbam 750°C temperatūrā, neminot oksīda atslāņošanos un sienas zudumu, nesniedz pilnīgus inženiertehniskos padomus. Tvaika oksidācijas pīlings rada konsekventu un paredzamu sienas zudumu, taču tas būs jāņem vērā, aprēķinot kalpošanas laiku. Tas būs īpaši svarīgi biezu sienu apvalkiem, kur pīlings vienā notikumā noņems vairāk metāla, jo augstākā temperatūrā veidojas biezāka oksīda skala.