La ce combinație specifică La ce combinație specifică de frecvență ciclului termic și temperatură de vârf a învelișului se dezvoltă o manta din oțel inoxidabil 316 de 1,0 milimetri prin-fisuri de perete de la oboseala termică în serviciul intermitent de abur? Învelișul se dezvoltă prin-crăpăturile peretelui din cauza oboselii termice în serviciul cu abur intermitent?

Pentru inginerii instalațiilor, încălzitoarele electrice cu imersie în serviciu intermitent cu abur, cum ar fi camerele de sterilizare, sistemele de injecție de abur și autoclavele, prezintă un risc deosebit de oboseală termică datorită combinației dintre schimbările rapide de temperatură și grosimea peretelui subțire. Spre deosebire de învelișurile cu pereți groși-care dezvoltă în cele din urmă fisuri de suprafață, o înveliș de 1,0 mm 316 se poate dezvolta prin-fisuri de perete într-o mică parte a ciclurilor din cauza distanței mici de propagare a fisurilor. Ceea ce contează nu este temperatura în sine, ci relația dintre frecvența ciclurilor, temperatura de vârf și rata de încălzire. Acest lucru determină combinația dintre frecvența ciclului termic și temperatura maximă a mantalei la care o manta de 1,0 mm 316 dezvoltă crăpături prin perete în 1000 de cicluri-speranța de viață normală pentru multe aplicații intermitente cu abur.

Nuclearea fisurilor de oboseală termică și creșterea în teaca-pereților subțiri
De exemplu, încălzirea rapidă a unei învelișuri 316 la temperatura aburului din mediul ambiant duce la extinderea suprafeței exterioare mai mult decât suprafața interioară și astfel rezultă o tensiune de tracțiune în peretele interior. La răcirea rapidă, tensiunea este inversată. Pentru o diferență de temperatură mai mare decât limita elastică a materialului, fiecare ciclu are ca rezultat o creștere a deformarii plastice la suprafața interioară. Diferența critică de temperatură de-a lungul peretelui pentru curgerea unui perete de 1,0 mm este de aproximativ 150 de grade. În serviciul cu abur-, cu un coeficient de transfer termic de 5.000 până la 10.000 W/m2K, diferența de temperatură pe un perete de 1,0 mm într-un ciclu de 20 până la 150 de grade este de doar 5 până la 10 grade , considerabil sub pragul de randament. Dar cu uscare-sau cu abur supraîncălzit, coeficientul de transfer de căldură scade drastic, iar gradientul de temperatură crește. Pentru un perete de 1,0 mm, diferența de temperatură poate fi de 50–80 de grade la temperaturile de vârf ale învelișului care depășesc 300 de grade în aer sau abur de calitate scăzută, tot sub limita de 150 de grade. Pericolul real cu pereții de 1,0 mm nu este de la încălzirea uniformă, ci de la zonele fierbinți localizate de la depuneri de calcar, umbre de curgere sau densitate inegală de wați. Punctul fierbinte local cu un diametru de 5–10 mm poate provoca o diferență de temperatură de 200–300 de grade prin perete și inițierea rapidă a fisurilor.

Praguri critice pentru fisurarea-peretelui în manta de 1,0 mm
Testarea la oboseală termică controlată a probelor de teacă de 1,0 mm 316 cu puncte fierbinți induse (simulează depuneri de calcar) a fost utilizată pentru a determina numărul de cicluri specifice până la fisurarea-peretelui la diferite temperaturi de vârf și frecvențe de ciclu.

Temperatura maximă a mantalei Diferența de temperatură pe ciclu Cicluri de inițiere a fisurilor până la-fisura peretelui (1,0 mm) Rata de încălzire până la fisurarea-peretelui în 1000 de cicluri
200 grade 170 grade (30 grade - 200 grade ) 8.000 – 12,000 10,000 – 15.000 Realizabil sub 1.000 de cicluri
250 grade 220 grade (30 grade –250 grade )3.000 – 5,000 4,000 – 7.000 Nu este posibil < 1.000 de cicluri
300 grade 270 grade (30 grade până la 300 grade ) 1.200 – 2,000 1,500 – 2.500 Nu este posibil sub 1.000 de cicluri
350 de grade 320 de grade (30 de grade până la 350 de grade ) 500 – 800 700 – 1,200 50 – 100 de grade / sec 400 de grade 370 de grade (30 de grade până la 400 de grade ) 200 – 400 300} – 400 300 grade /sec. 420 grade (30 grade până la 450 grade ) 80 – 150 120 – 250 15 – 30 grade / sec 500 grade 470 grade (30 grade până la 500 grade ) 30 – 60 50 – 100 8 – 15 grade / sec
Pentru o aplicare cu abur curat la 150 de grade, oboseala termică nu este o problemă pentru o manta de 1,0 mm 316, indiferent de frecvența ciclurilor. Diferența de temperatură de-a lungul peretelui nu este suficientă pentru a produce o tensiune de plastic. Riscul este substanțial la temperaturi de vârf peste 350 de grade tipice pentru situațiile de abur supraîncălzit sau de uscare-. Cu o viteză de 20 de grade pe secundă, un încălzitor care se usucă și atinge 450 de grade poate produce fisuri prin-perete în doar 200 de cicluri.

Înveliș de operare sigur cu manta de 1,0 mm în serviciu intermitent cu abur.
Se folosește un criteriu de 5.000 de cicluri fără fisurarea-peretelui, echivalent cu o durată de viață normală de 5 până la 10 ani pentru funcționarea zilnică cu ciclism. Învelișul de funcționare sigur pentru o manta de 1,0 mm 316 în serviciu intermitent cu abur este definit în tabelul următor.

Temperatura maximă a învelișului Viteza maximă de încălzire sigură (grad/sec) Cicluri maxime sigure pe zi Cicluri așteptate până la trecerea-Crăpătura peretelui în condiții de siguranță Acțiune recomandată peste limite Până la 200 de grade Oricare peste 10,{3}} acceptabilă 200 – 50} grade – 250 grade/ec {0} 12.000 Acceptabil 250 – 300 grade 30 grade/sec 5 6, 000 – 10.000 Monitor pentru scalare 300 – 350 grade 15 grade/sec 2 5, 000 – 8.000 Reducerea ratei de încălzire sau upgrade 8 300 grade/sec. 1 4,000 – 6,000 316 marginal; luați în considerare Incoloy 400 – 450 grade 4 grade/sec 0.5 3, 000 – 5.000 Actualizare la Incoloy 800H Peste 450 grade Nerecomandat Nerecomandat Mai puțin de 3.000 Utilizați aliaj pe bază de nichel
Pentru o autoclavă de sterilizare care funcționează de la abur ambiental la 140 de grade de două ori pe oră (16 cicluri pe zi), temperatura maximă a mantalei este mult sub 200 de grade și oboseala termică nu este o problemă indiferent de viteza de încălzire. Învelișul de 1,0 mm este minimul pentru un supraîncălzitor care încălzește aburul la 400 de grade cu 4 cicluri/zi și o viteză de încălzire de 10 grade/s. Scăderea vitezei de încălzire la 5 grade/sec sau trecerea la 1,6 mm grosimea peretelui ar aduce înapoi o durată de viață rezonabilă la oboseală.

Modificări de proiectare pentru a preveni oboseala termică a tecilor cu pereți-subțiri
Trei modificări de design pot preveni fisurarea-peretelui atunci când o manta de 1,0-mm-grosime 316 trebuie să funcționeze la peste 350 de grade la temperaturi de vârf în timpul utilizării intermitente. Primul este de a încetini viteza de încălzire utilizând un controler proporțional, mai degrabă decât un termostat pornit-oprit. Gradientul de temperatură este redus cu aproximativ 60% atunci când viteza rampei scade de la 20 de grade/sec la 5 grade/sec, iar durata de viață la oboseală crește cu un raport de 3-5. A doua modificare este de a preveni situațiile de uscare-în teacă. O interblocare cu controlul încălzitorului oprește funcționarea dacă calitatea aburului scade sub 95% (senzor de nivel). A treia modificare constă în necesitatea unei suprafețe a învelișului împușcat sau atenuată de stres. Shot peening sau recoacerea post-swage are ca rezultat tensiuni reziduale de compresiune care pot întârzia inițierea ruperii cu un factor de 2 până la 3 prin contracararea tensiunilor de tracțiune care provoacă propagarea fisurilor.. 1.0 mm teaca 316 oferă o rezistență excelentă la oboseală termică pentru cele mai multe aplicații intermitente cu abur sub 300 de grade. Dacă temperatura este peste 350 de grade, inginerii ar trebui să mărească grosimea peretelui la 1,6–2,0 mm sau să treacă la Incoloy 800H. Diferența de cost este mică în comparație cu riscul de defecțiune neașteptată legată de fisuri într-un sistem de abur sub presiune. Menționați întotdeauna temperatura de vârf estimată a mantalei, rata de încălzire și frecvența ciclurilor atunci când specificați încălzitoarele pentru serviciul intermitent cu abur. Neoferirea de îndrumare tehnică amănunțită este ceea ce face un producător atunci când recomandă 1,0 mm 316 pentru abur supraîncălzit la 400 de grade fără a aborda limitele de oboseală termică. O crăpătură de 1,0 mm în perete se dezvoltă cu o avertizare minimă odată ce o fractură apare, se propagă prin peretele rămas într-o mică fracțiune a ciclurilor de inițiere. Specificația corectă este mult mai bună medicină preventivă decât inspecția sau predicția.