Pri akej špecifickej kombinácii Pri akej špecifickej kombinácii frekvencie tepelného cyklu a maximálnej teploty plášťa sa vytvorí 1,0-milimetrový plášť z nehrdzavejúcej ocele 316 cez-trhliny v stene v dôsledku tepelnej únavy v prerušovanej parnej prevádzke? Frekvencia tepelného cyklu a maximálna teplota plášťa 16 10 milimeter ocele 10 Vyvíja sa plášť cez-praskliny na stene v dôsledku tepelnej únavy pri prerušovanej parnej prevádzke?

Pre inžinierov zariadení majú elektrické ponorné ohrievače v prerušovanej parnej prevádzke, ako sú sterilizačné komory, systémy vstrekovania pary a autoklávy, osobitné riziko tepelnej únavy v dôsledku kombinácie rýchlych teplotných zmien a tenkej hrúbky steny. Na rozdiel od hrubostenných-plášťov, pri ktorých sa nakoniec vytvoria povrchové trhliny, 1,0 mm 316 plášť sa môže vytvoriť cez-trhliny v stene v malom zlomku cyklov z dôvodu malej vzdialenosti na šírenie trhlín. Dôležitá nie je samotná teplota, ale vzťah medzi frekvenciou cyklov, špičkovou teplotou a rýchlosťou ohrevu. Táto práca určuje kombináciu frekvencie tepelných cyklov a maximálnej teploty plášťa, pri ktorej 1,0 mm plášť 316 vytvára trhliny v stene v 1 000 cykloch{10}}, čo je normálna očakávaná životnosť pre mnohé aplikácie s prerušovanou parou.

Nukleácia a rast trhlín tepelnou únavou v tenkostenných{0}}plášťoch
Napríklad rýchle zahriatie puzdra 316 na teplotu pary z okolitého prostredia vedie k tomu, že sa vonkajší povrch rozťahuje viac ako vnútorný povrch, čo má za následok ťahové napätie vo vnútornej stene. Pri rýchlom ochladení sa napätie obráti. Pre teplotný rozdiel väčší ako je medza pružnosti materiálu má každý cyklus za následok zvýšenie plastickej deformácie na vnútornom povrchu. Kritický teplotný rozdiel naprieč stenou pre poddajnosť 1,0 mm steny je asi 150 stupňov. V parnej prevádzke-s koeficientom prestupu tepla 5 000 až 10 000 W/m2K je rozdiel teplôt na stene s hrúbkou 1,0 mm v cykle 20 až 150 stupňov len 5 až 10 stupňov, čo je výrazne pod prahom výťažnosti. Ale pri sušení-alebo v prevádzke s prehriatou parou koeficient prestupu tepla drasticky klesá a teplotný gradient sa zvyšuje. Pre stenu s hrúbkou 1,0 mm môže byť teplotný rozdiel 50–80 stupňov pri najvyšších teplotách plášťa presahujúcich 300 stupňov vo vzduchu alebo pare nízkej kvality, stále pod hranicou 150 stupňov. Skutočné nebezpečenstvo pri stenách s hrúbkou 1,0 mm nespočíva v rovnomernom ohreve, ale v lokálnych horúcich miestach z usadenín vodného kameňa, tieňov prúdenia alebo nerovnakej hustoty wattov. Lokálne horúce miesto s priemerom 5–10 mm môže spôsobiť teplotný rozdiel 200–300 stupňov cez stenu a rýchlu iniciáciu trhlín.

Kritické prahy pre prasknutie-steny v 1,0 mm plášti
Kontrolované testovanie tepelnej únavy 1,0 mm 316 vzoriek plášťa s indukovanými horúcimi miestami (simulujúce usadeniny vodného kameňa) sa použilo na stanovenie špecifických počtov cyklov až do-praskania steny pri rôznych špičkových teplotách a frekvenciách cyklov.

Maximálny teplotný rozdiel plášťa na cyklus cykly do spustenia trhliny Cykly k prechodu-Rýchlosť ohrevu trhliny v stene (1,0 mm)-trhliny v stene za 1 000 cyklov
200 stupňov 170 stupňov (30 stupňov - 200 stupňov ) 8 000 – 12,000 10 000 – 15 000 Dosiahnuteľné pod 1 000 cyklov
250 stupňov 220 stupňov (30 stupňov –250 stupňov )3 000 – 5,000 4 000 – 7 000 Nie je možné < 1 000 cyklov
300 stupňov 270 stupňov (30 stupňov až 300 stupňov ) 1 200 – 2,000 1, 500 – 2 500 Nie je možné pod 1 000 cyklov
350 stupňov 320 stupňov (30 stupňov až 350 stupňov) 500 – 800 700 – 1,200 50 – 100 stupňov /s 400 stupňov 370 stupňov (30 stupňov až 400 stupňov) 200 – 400 300 – 600 30 – 4 stupňov 204 stupňov /5 stupňov stupeň ) 80 – 150 120 – 250 15 – 30 stupňov /s 500 stupňov 470 stupňov (30 stupňov až 500 stupňov) 30 – 60 50 – 100 8 – 15 stupňov /s
Pre aplikáciu čistej pary pri 150 stupňoch nie je tepelná únava problémom pre 1,0 mm 316 plášť bez ohľadu na frekvenciu cyklov. Teplotný rozdiel na stene nestačí na vytvorenie plastickej deformácie. Riziko je značné pri špičkových teplotách nad 350 stupňov, ktoré sú typické pre prehriatu paru alebo-vysychanie. S rýchlosťou 20 stupňov za sekundu môže ohrievač, ktorý vyschne a dosiahne 450 stupňov, produkovať-trhliny v stene už za 200 cyklov.

1,0 mm bezpečný prevádzkový obal v prerušovanom parnom režime.
Používa sa kritérium 5 000 cyklov bez popraskania-steny, čo zodpovedá bežnej životnosti 5 až 10 rokov pri každodennej cyklickej prevádzke. Bezpečná prevádzková obálka pre 1,0 mm 316 plášť v prerušovanom parnom režime je definovaná v nasledujúcej tabuľke.

Špičková teplota plášťa Maximálna rýchlosť bezpečného ohrevu (stupeň/s) Maximálny počet bezpečných cyklov za deň Očakávané cykly na prerazenie-trhliny v stene za bezpečných podmienok Odporúčané opatrenie Nad limitmi Do 200 stupňov Akékoľvek Akékoľvek Nad 10,000 316 prijateľné 200 – 250 stupňov 50 stupňov/sec, 0,00,00,00,0,0,00,0,0,0,0,0,0,0,0,250,0,0,025} – 300 stupňov 30 stupňov /s 5 6, 000 – 10 000 Monitor na zmenu mierky 300 – 350 stupňov 15 stupňov /s 2 5, 000 – 8 000 Znížte rýchlosť ohrevu alebo inovujte 350 – 400 stupňov 8 stupňov /s, 1} 6al okraj, 0} – {208} zvážiť Incoloy 400 – 450 stupňov 4 stupne /s 0.5 3 000 – 5 000 Inovácia na Incoloy 800H Nad 450 stupňov Neodporúča sa Neodporúča sa Menej ako 3 000 Použite zliatinu na báze niklu
Pre sterilizačný autokláv, ktorý pracuje od teploty okolia do 140 stupňov pary dvakrát za hodinu (16 cyklov za deň), je maximálna teplota plášťa hlboko pod 200 stupňov a tepelná únava nie je problémom bez ohľadu na rýchlosť ohrevu. 1,0 mm plášť je minimum pre prehrievač, ktorý ohrieva paru na 400 stupňov so 4 cyklami/deň a rýchlosťou ohrevu 10 stupňov/s. Zníženie rýchlosti ohrevu na 5 stupňov/s alebo prechod na hrúbku steny 1,6 mm by prinieslo späť primeranú únavovú životnosť.

Zmeny dizajnu na zabránenie tepelnej únave tenkých-stenových plášťov
Tri zmeny v dizajne môžu zabrániť prasknutiu cez-stenu, keď plášť 316 s hrúbkou 1,0-mm- musí fungovať pri teplotách nad 350 stupňov pri špičkových teplotách pri občasnom používaní. Prvým je spomaliť rýchlosť ohrevu pomocou proporcionálneho regulátora namiesto termostatu zapnutého{12}}vypnutia. Teplotný gradient sa zníži približne o 60 %, keď sa rýchlosť nábehu zníži z 20 stupňov/s na 5 stupňov/s a únavová životnosť sa zvýši o pomer 3-5. Druhou zmenou je zabrániť vysychaniu puzdra{36}. Blokovanie s ovládaním ohrievača zastaví prevádzku, ak kvalita pary klesne pod 95 % (snímač hladiny). Tretia zmena spočíva v potrebe brokovaného alebo namáhaného povrchu puzdra. Otryskávanie alebo žíhanie po kovaní má za následok zvyškové napätia v tlaku, ktoré môžu spomaliť iniciáciu lomu faktorom 2 až 3 tým, že pôsobia proti ťahovým napätiam, ktoré spôsobujú šírenie trhlín. 1.0 mm Plášť 316 poskytuje vynikajúcu odolnosť voči tepelnej únave pre väčšinu aplikácií s prerušovanou parou pod špičkovou teplotou 300 stupňov. Ak je teplota vyššia ako 350 stupňov, inžinieri by mali zväčšiť hrúbku steny na 1,6–2,0 mm alebo inovovať na Incoloy 800H. Rozdiel v nákladoch je malý v porovnaní s rizikom neočakávaného zlyhania súvisiaceho s trhlinami v systéme tlakovej pary. Pri špecifikovaní ohrievačov pre prerušovanú parnú prevádzku vždy uveďte odhadovanú špičkovú teplotu plášťa, rýchlosť ohrevu a frekvenciu cyklov. Výrobca neponúka dôkladné technické poradenstvo, keď odporúča 1,0 mm 316 pre 400 stupňovú prehriatu paru bez toho, aby riešil limity tepelnej únavy. Trhlina cez stenu plášťa s priemerom 1,0 mm sa vytvorí s minimálnym varovaním, akonáhle dôjde k prasknutiu, šíri sa cez zostávajúcu stenu v malej časti iniciačných cyklov. Správna špecifikácia je oveľa lepšia preventívna medicína ako kontrola alebo predpoveď.