Aký je maximálny bezpečný vnútorný tlak pre vykurovací plášť z nehrdzavejúcej ocele 316, keď je hrúbka steny znížená pod 1,2 milimetra v systémoch s vysokou teplotou-kvapalín?

Pri dodatočnej montáži elektrických ponorných ohrievačov do existujúcich tlakových nádob musia procesní inžinieri zvyčajne použiť plášť s menším priemerom, než sa pôvodne zamýšľalo, z dôvodu obmedzeného priemeru dýzy alebo dĺžky vloženia. Alebo môže byť zvolená tenšia stena kvôli rýchlejšej tepelnej odozve. Ak sa však hrúbka steny plášťa z nehrdzavejúcej ocele 316 zníži pod 1,2 mm, správanie sa pri tlakovej izolácii sa zmení z tvárnej na náchylnú k pretrhnutiu, a to najmä pri vysokých teplotách, keď sa medza klzu materiálu znižuje. Tento dokument predstavuje kvantitatívne limity maximálneho povoleného pracovného tlaku pre tenkostenné 316 puzdrá s použitím Barlowovho vzorca s vysokoteplotným znížením. To umožní inžinierom špecifikovať bezpečnú hrúbku stien pre tlakové kvapalinové systémy bez nadmerného{10}}konzervativizmu a zbytočného rizika.

Základy zadržiavania tlaku pre tenké-stenové 316 rukávy
V prípade valcových tlakových nádob, kde je hrúbka steny menšia ako jedna-desatina vnútorného polomeru--, čo je prípad takmer všetkých plášťov elektrických ohrievačov – obvodové napätie alebo napätie obruče sa vypočíta pomocou Barlowovho vzorca: σ=P × D / (2 × t), kde P je vnútorný priemer, σ je vonkajší priemer, σ hrúbka steny. OBRUČOVÉ NAPÄTIE je nepriamo úmerné hrúbke steny pre daný vonkajší priemer a vnútorný tlak. Zníženie hrúbky steny na polovicu zdvojnásobí namáhanie materiálu plášťa. Preto sa maximálny povolený pracovný tlak mení priamo s hrúbkou steny pre pevné hodnoty iných parametrov. Medza klzu nehrdzavejúcej ocele 316 pri izbovej teplote je okolo 290 MPa pre žíhaný materiál a 520 MPa pre rúrky ťahané za studena, ktoré sa zvyčajne používajú na plášte ohrievačov. Maximálne povolené napätie obruče pre 316 ťahanú za studena je približne 170 MPa, s použitím bezpečnostného faktora 3 pre tlakovú kontajnment – ​​štandardnú prax pre nekódované nevykurované tlakové nádoby. Bezpečný limit sa získa vyriešením Barlowovho vzorca pre tlak, daný vonkajším priemerom a hrúbkou steny.

Kvantitatívne limity tlaku vs. hrúbka steny a teplota
Pri zvýšenej prevádzkovej teplote sa prípustný tlak výrazne zníži. Pri 200 stupňoch sa medza klzu za studena-ťahaného 316 zníži na približne 380 MPa a prijateľné napätie v obruči sa zníži na 125 MPa. Medza klzu pri 300 stupňoch je 320 MPa s povoleným napätím 105 MPa. Pri 400 stupňoch, čo je najvyššia hranica pre nepretržitú prevádzku plášťa 316, medza klzu klesne na 280 MPa, čo umožňuje len napätie 90 MPa. Nasledujú maximálne nepretržité vnútorné tlaky pre štandardné puzdro 316 s vonkajším priemerom 10 mm. Maximálny tlak je asi 40 barov pri 200 stupňoch a hrúbke steny 1,6 mm. Pri rovnakej teplote sa prípustný tlak pre hrúbku steny 1,2 mm zníži na 30 barov. Bezpečný tlak sa potom zníži na 25 barov pri hrúbke steny 1,0 mm. Pri vyrobených plášťoch je minimálna hrúbka steny 0,8 mm a bezpečný tlak iba 20 barov. Pre systémy pri 300 stupňoch je rovnaký 1,0 mm plášť obmedzený na približne 21 barov a pri 400 stupňoch iba 18 barov. Tieto hodnoty sú založené na hadičkách, ktoré sú presne okrúhle, majú homogénnu hrúbku steny a sú bez akéhokoľvek iného namáhania v ohybe alebo kovaní. V praxi by plášť s výrobnou toleranciou 0,1 mm mal mať dodatočnú bezpečnostnú rezervu 20 %.

Výberová matica tlaku pre tenko{0}}stenné 316 puzdrá
Odporúčané maximálne trvalé vnútorné tlaky pre vykurovacie plášte z nehrdzavejúcej ocele 316 pri rôznych hrúbkach stien a prevádzkových teplotách sú uvedené v tabuľke nižšie. Hodnoty zahŕňajú bezpečnostný faktor 3:1 na základe parametrov materiálu ťahaného za studena a predpokladajú typický vonkajší priemer 10 mm. Pri väčších veľkostiach znížte tlak úmerne k pomeru veľkostí.

Hrúbka steny plášťa Maximálny tlak @ 100 stupňov Maximálny tlak @ 200 stupňov Maximálny tlak @ 300 stupňov Maximálny tlak @ 400 stupňov Odporúčané príklady použitia
0,8 mm 28 bar 24 bar 20 bar 16 bar Nízkotlakové slučky horúcej vody, atmosférické nádrže s obehovými čerpadlami
1,0 mm 35 bar 30 bar 25 bar 20 bar Nízkotlakové-chemické reaktory, tlakové systémy horúcej vody
1,2 mm 42 bar 36 bar 30 bar 24 bar Strednotlakové procesné ohrievače, predhrievače pary do 200 st.
1,4 mm 49 barov 42 barov 35 barov 28 barov Vysokotlakové chemické vstrekovacie ohrievače
1,6 mm 56 bar 48 bar 40 bar 32 bar Vysokotlakové autoklávy, systémy prehriatej vody
V aplikáciách, kde prevádzkový tlak presahuje 70 % uvedených hodnôt, sa odporúča, aby inžinieri vykonali hydrostatické testovanie každého ohrievača alebo zvolili bezšvíkové potrubie s preukázanou homogénnosťou hrúbky steny. Keď sa tlak blíži k predpokladanej hranici, pravdepodobnosť prasknutia v lokalizovanej tenkej časti je podstatne vyššia. Hrúbka steny presahujúca 50 barov sa nespolieha sama na seba, ale prechádza na plášť s menším priemerom alebo na zliatinu s lepšou pevnosťou, ako je Incoloy 800H.