Повреда поради термична умора възниква, когато нагревателните тръби многократно претърпят циклично повишаване и понижаване на температурата. Променливото топлинно разширение и свиване генерира периодично топлинно напрежение на опън и натиск вътре в тялото на тръбата. След многобройни цикли микропукнатините започват на повърхността и постепенно се разширяват навътре, за да образуват проникващи пукнатини, което води до средно изтичане. Това увреждане се концентрира главно върху части с големи температурни градиенти и структурни прекъсвания. Принадлежи към повреда от умора, причинена от циклично топлинно натоварване, което е често срещано при отоплително оборудване с често стартиране и изключване.
1. Механизъм за възникване и разпространение на пукнатини от термична умора
Когато стената на тръбата се нагрее бързо, повърхностният слой първо се разширява и се ограничава от ниско{0}}температурния вътрешен метал, създавайки повърхностно напрежение на опън. По време на охлаждане външният слой се свива по-бързо и понася натиск. Повтарящото се превключване между опън и компресия формира циклично топлинно променливо напрежение. Повърхностни малки дефекти като драскотини и заваръчни дефекти стават източници на пукнатини. При непрекъснато циклично натоварване пукнатините от умора се разширяват по посока, перпендикулярна на основното напрежение. Тъй като пукнатините проникват в дебелината на стената на тръбата, се получава средно изтичане. За разлика от корозионното напукване при статично напрежение, термичната умора се задвижва чисто от механично променливо напрежение от температурни колебания без задължително участие на корозивна среда.
2. Типични позиции, уязвими на повреда от термична умора
Заваръчни фуги и термично-засегнати зони с неравномерна металографска структура и концентрация на напрежение;
Входни секции, където студената среда директно се смесва с тялото на горещата тръба, за да образува рязка температурна разлика;
Корен на фланеца, променлив диаметър и позиции на структурна мутация на коляното;
Променливи зони на нивото на течността, където температурата на газовата и течната фаза се различава значително;
Твърди фиксирани тръбни секции, които не могат свободно да се разширяват и деформират при промяна на температурата.
3. Основни индуциращи фактори, ускоряващи термичната умора
Често аварийно стартиране и изключване, студена среда, директно инжектирана в тръбопровод с висока{0}}температура;
Неразумен метод за фиксиране на тръбопровода с твърдо затягане, ограничаващо топлинното изместване;
Прекален локален температурен градиент, причинен от неравномерно нагряване на нагревателните компоненти;
Неравности, драскотини и заваръчни дефекти при обработка на повърхността, действащи като начални точки на пукнатини;
Нагрубяване на зърната на материала след дългосрочно-трайно-температурно обслужване, което намалява устойчивостта на умора.
4. Пълни-технически мерки за превантивен контрол на връзката
① Прилагане на градиентно повишаване на температурата и спецификации за охлаждане
Бавно загрявайте преди стартиране и охлаждайте стъпка по стъпка при спиране, за да намалите моментната температурна разлика.
② Оптимизиране на опорната структура на тръбопровода
Използвайте плъзгащи се опори и разширителни фуги, за да освободите термичното изместване и заключеното термично напрежение.
③ Подобрете покритието на повърхността и елиминирайте източниците на повърхностни дефекти
Шлайфайте и полирайте заваръчните шевове и повърхността на тръбата, за да премахнете драскотини и остри точки на концентрация на напрежение.
④ Оптимизирайте оформлението на отоплението, за да избегнете локално прегряване
Разпределете източниците на топлина равномерно, за да предотвратите частична стена на тръбата от прекомерен температурен градиент.
⑤ Изберете фино-зърнеста стабилна неръждаема стомана за често променящи се температурни работни условия
Подобряване на вътрешната устойчивост на термична умора на материала чрез оптимизиране на качеството на входящия материал.
5. Таблица за сравнение на ефектите от превенцията
表格
| Режим на работа и инсталиране | Риск от термична умора | Предложение за приложение |
|---|---|---|
| Честа рязка смяна на температурата + твърд фиксиран монтаж | Бързо генериране на пукнатини след кратък цикъл на работа | Добавете компенсация на разширението и стандартизирайте процеса на контрол на температурата |
| Постепенно регулиране на температурата + гъвкава опора + повърхностно покритие | Силно забавят разпространението на пукнатини от умора | Стандартен дизайн и спецификация на работа |
| Конфигурация на компенсатор + хомогенизирано нагряване + редовно откриване на дефекти | Минимален риск от отказ от термична умора | Предпочитана схема за периодично често стартиране-спиране на оборудването |
Заключение
Пукнатини от термична умора на нагревателни тръби от неръждаема стомана 316 произтичат от циклично променливо топлинно напрежение, генерирано от многократно редуване на температурата, което води до зараждане и разширяване на пукнатини от умора. Основните подходи за превенция са облекчаване на амплитудата на температурната мутация, запазване на пространството за компенсация на топлинното разширение, елиминиране на дефекти в концентрацията на повърхностно напрежение и подобряване на характеристиките на умората на материала. Стриктното функциониране на процеса и структурната оптимизация могат ефективно да предотвратят злополуки с проникващи течове, причинени от дългосрочна-термична циклична умора.
