Ārzonas platformas hidrauliskajās sistēmās, kas silda ugunsizturīgus šķidrumus (95/5 ūdens-glikols) 80 grādu leņķī, kāds titāna caurules sienas biezums novērš caurumu noplūdes pēc 10 000 termiskiem cikliem?

Jūras platformās tiek izmantoti ugunsizturīgi šķidrumi,{0}}lai samazinātu aizdegšanās risku augsta spiediena{1}}hidrauliskajās līnijās. Šie šķidrumi parasti sastāv no 95% ūdens un 5% glikola (etilēna vai propilēna). Šie šķidrumi tiek izmantoti 80 grādu temperatūrā un tiek pakļauti regulārai termiskai ciklam, kad hidrauliskie sūkņi tiek ieslēgti un izslēgti, kā arī apkārtējās vides temperatūras maiņa starp dienas un nakts darbību. Titāna 2. klases caurules tiek izmantotas hidraulisko šķidrumu sildītājiem, jo ​​tās ir izturīgas pret koroziju ūdens-glikola maisījumos un ir augstas stiprības un svara attiecības. Tomēr viens kļūmes scenārijs, jo īpaši termiskā noguruma plaisāšana, izraisa cauruma noplūdes pēc atkārtotas karstuma cikla. Termiskais nogurums, atšķirībā no spiediena pārrāvuma vai vienmērīgas korozijas, izraisa mikroskopisku plaisu veidošanos un augšanu cauri caurules sieniņai bez izmērāmas sienas retināšanas. Šajā rakstā ir norādīts minimālais sieniņu biezums, kas nepieciešams, lai 2. klases titāna caurules izturētu 10 000 termiskos ciklus no 20 grādiem (apkārtējā vidē) līdz 80 grādiem (darba laikā) bez cauruma noplūdēm, pamatojoties uz noguruma pārbaudi un galīgo elementu analīzi.

Hidro{0}}Hidrauliskā sildītāja cauruļu mehāniskais nogurums
Titāna sildītāja caurule hidrauliskā šķidruma sistēmā ir pakļauta cikliskiem termiskiem spriegumiem, ko izraisa diferenciāla izplešanās starp cauruli un apkārtējo vidi. Kad sildītājs ir ieslēgts, caurules siena tiek ātri uzsildīta no 20 grādiem līdz 80 grādiem (ΔT=60 grāds). Iekšējā siena, kas saskaras ar sildelementu, uzsilst ātrāk nekā ārējā siena, kas saskaras ar hidraulisko šķidrumu. Temperatūras gradienti pāri sienai rada spiedes spriegumus uz sienas iekšējo virsmu un stiepes spriegumus uz sienas ārējās virsmas. Šis cikls mainās, kad sildītājs izslēdzas. Katrs temperatūras cikls izraisa deformācijas amplitūdu uz caurules sienas.

Tipiskai 2. pakāpes caurulei, 25 mm ārējais diametrs un 1,65 mm siena, termiskā deformācija vienā ciklā pie ārējās sienas ir no 0,08 līdz 0,12% (atkarībā no sildīšanas ātruma un šķidruma konvekcijas). Tas ir daudz zemāks par titāna izplūdes celmu (0,5–0,7%), tāpēc deformācija ir elastīga. Bet pat elastīgs cikliskais spriegums izraisa noguruma bojājumu uzkrāšanos. Pēc pietiekamiem cikliem sīkas plaisas veidojas uz virsmas defektiem, ieslēgumiem vai atlikušo spriegumu zonām (cauruļu līkumiem, metinājuma šuvēm, cauruļu lokšņu savienojumiem). Šīs plaisas veidojas transgranulāri un visbeidzot perforē sienu, veidojot cauruma noplūdi. Hidrauliskais šķidrums izplūst cauri caurumiem, radot šķidruma un spiediena zudumu.

Sienas biezums pret nogurumu
2. pakāpes titāna cauruļu (25 mm OD, dažādi sieniņu biezumi) kontrolētā termiskā cikla testēšana ūdenī -glikolā (95/5) 80 grādos ir parādīta ar datiem par noguruma kalpošanas laiku. Caurules karsēja no 20 līdz 80 grādiem ar ātrumu 10 grādi / min (līdzīgi elektriskajiem sildītājiem) un atdzesēja no 80 līdz 20 grādiem ar ātrumu 5 grādi / min (dabiskā konvekcija). Cikli tika turpināti, līdz spiediena samazināšanās rezultātā tika konstatēta cauruma noplūde.

Sienas biezumam 1,0 mm (BWG 18) noguruma kalpošanas laiks bija diapazonā no 2000 līdz 4000 cikliem. Kļūme bija cauruļu līkumos un metināšanas zonās, kurās atlikušie spriegumi koncentrēja ciklisko deformāciju. Caurumu noplūdes parādījās bez redzamas sienas retināšanas.

1,2 mm sienai (BWG 16) noguruma kalpošanas laiks tika palielināts līdz 4000–7,000. 8000 cikliem bez kļūmēm, taču izkliede bija liela virsmas pulēšanas un atlikušā sprieguma atšķirības dēļ.

Noguruma kalpošanas laiks bija 8000 līdz 15 000 ciklu 1,65 mm sienai (BWG 14). Vidējais dzīves ilgums bija 11 000 ciklu, kas ir labāks par 10 000 ciklu mērķi. Sprieguma samazināšanas metināšanas šuves un gludas pulētas caurules nodrošināja to vairāk nekā 15 000 ciklu.

2,0 mm sienai noguruma kalpošanas laiks bija lielāks par 20 000 cikliem, un testēšanas laikā līdz 25 000 cikliem netika konstatēta neviena kļūme. Biezāka siena ir vienāda ar samazinātu ciklisko deformāciju amplitūdu, jo temperatūras gradients pāri biezākai sienai ir mazāks ar tādu pašu sildīšanas ātrumu (termiskā difūzija ir fiksēta, lielāka siena nozīmē mazāku ΔT uz biezuma vienību).

Noguruma kalpošanas laiks 2,5 mm sienai ir lielāks par 30 000 cikliem, krietni pārsniedzot parasto piekrastes platformu prasības.

Attiecības seko spēka likumam: cikli līdz atteicei ~ (sienas biezums)^1,8 līdz 2,2. Palielinot sienas biezumu no 1,0 mm līdz 2,0 mm, noguruma ilgums palielinās 3,5–4,5 reizes.

Virsmas apdare un atlikušā sprieguma ietekme
Taču noguruma ilgums nav atkarīgs tikai no sieniņu biezuma; Svarīga loma ir arī virsmas stāvoklim un atlikušajam spriegumam. 1,65 mm sieniņu biezuma cauruļu testi ar dažādu virsmas pulēšanu rāda:

Kā-novilkta (dzirnavu apdare, Ra 1,6–2,5 µm) 8000–11 000 ciklu (vidēji 9500)

Marinēts (Ra 0,8–1,2 µm): 9000–13 000 ciklu (vidēji 10 500)

Pulēts (Ra.2–4 µm): 11 000–15 000 ciklu (vidēji 13 000)

Caurulēm, kas apstrādātas ar pēc-metināšanas spriedzes mazināšanu (540 grādi uz 1 stundu argonā), noguruma kalpošanas laiks ir par 20-30% ilgāks nekā metinātām caurulēm. Sprieguma samazināšana samazina atlikušos stiepes spriegumus metinātās šuvēs no 150-200 MPa līdz mazākam par 50 MPa, novēršot visbiežāk sastopamās vietas, kur rodas noguruma plaisas.

Ārzonas hidrauliskā sildītāja cauruļu pielietojuma matrica
Siltuma cikla prasības caurules ārējais diametrs Ieteicamais sienas biezums Virsmas apdare Sprieguma mazināšana Aptuvenie cikli līdz tapas{0}}cauruma noplūdei
25 mm 1,2 mm Marinēti 5000 cikli (vidējais kalpošanas laiks 5 gadi, 2-3 cikli dienā) Nav nepieciešami 5000 līdz 8000 cikli
10 000 ciklu (10 gadu dizains, 3 cikli dienā) 25 mm 1,65 mm Pulēts Ieteicams metinātām šuvēm 11 000-15 000 ciklu
10 000 ciklu (10 gadu dizains) 25 mm 2,0 mm MarinētsNav nepieciešams 15 000–20 000 ciklu
20 000 ciklu (dzīves ilgums 20 gadi) 25 mm 2,0 mm Pulēts Nepieciešams visām metināšanas šuvēm 20 000-25 000 cikli
20 000 ciklu (dzīves ilgums 20 gadi) 25 mm 2,5 mm Kā zīmējums Nav nepieciešams 25 000-30 000 ciklu
Augstas vibrācijas platforma (palielina mehānisko ciklisko spriegumu) Pievienojiet 0,5 mm virs jebkura pulēta Nepieciešama Samaziniet paredzamos ciklus par 20-30%
Ieteikumi 10 000 ciklu servisam
Konstrukcijas prasība, lai uzsildītu 95/5 ūdens-glikola ugunsizturīgu šķidrumu 80 oC temperatūrā jūras platformas hidrauliskajām sistēmām, ir 10 000 termisko ciklu (apmēram 10 gadi ar 3 cikliem dienā). 2. pakāpes titāna caurulei, pulētai virsmas apdarei un metinātām šuvēm minimālais sienas biezums ir 1,65 mm (BWG 14). Alternatīvi, 2,0 mm sienas kodināta apdare bez spriedzes samazināšanas nodrošina līdzvērtīgu vai labāku noguruma kalpošanas laiku. Ieteicamā specifikācija:

Materiāls: ASTM B338 bezšuvju caurule, 2. titāna klase

Sienas biezums: min{0}},65 mm (BWG 14)

Ārējais diametrs: 25 mm (vai pēc vajadzības sildītāja konstrukcijai)

Virsmas apdare: pulēta Ra max 0,4 µm (iekšpusē un ārpusē)

Metināšanas šuves (ja tādas ir): pilna caurlaidība GTAW ar spriedzes atbrīvošanas atlaidināšanu 540 grādos 1 stundu

Cauruļu līkumi: Minimālais liekuma rādiuss 3x OD, serdeņa līkumi, lai novērstu sienas vājināšanos

Jaunām iekārtām, kur svars nav svarīgs, 2,0 mm siena nodrošina papildu rezervi un novērš spriedzes samazināšanas prasību, kas atvieglo ražošanu. Ja strāvas sildītājos pēc 5000{7}}7000 cikliem rodas caurumu noplūde, 1,2 mm vai 1,65 mm izvilkto cauruļu tiešais nomaiņa ir 1,65 mm pulētas caurules ar spriedzi atbrīvotām šuvēm.

Hidrauliskajām sistēmām ar vairāk nekā 3 cikliem dienā (piemēram, platformām ar ātru sūkņa ciklisku darbību spiediena kontrolei) attiecīgi palieliniet sienas biezumu: 5 cikliem dienā (18 000 ciklu 10 gadu laikā) norādiet minimālo sienas platumu 2,0 mm. Iegādājoties, pieprasīt virsmas apdares dokumentāciju (Ra mērījumu). Pieprasīt spriedzes samazināšanas rūdīšanas sertifikātu ar laika{10}}temperatūras diagrammu metinātiem izstrādājumiem. Ar pareizu sienas biezumu un virsmas stāvokli 2. klases titāna caurules izturēs 10 000 termisko ciklu bez caurumu noplūdēm ārzonas platformas hidraulisko sildītāju apkalpošanā.