1.0mm 316 스테인리스 스틸 외장은 간헐적인 증기 서비스에서 열 피로로 인한 벽 균열을 통해 발생합니까? 열 주기 주파수 및 최고 외장 온도의 열 주기 주파수와 최고 외장 온도는 어떤 특정 조합에서 1.0mm 316 스테인레스 스틸 외장이 간헐적 증기 서비스에서 열 피로로 인한 벽 균열을 통해-발생합니까?

플랜트 엔지니어의 경우 멸균 챔버, 증기 주입 시스템, 오토클레이브 등 간헐적인 증기 서비스를 제공하는 전기 투입식 히터는 빠른 온도 변화와 얇은 벽 두께로 인해 특별한 열 피로 위험을 안고 있습니다. 결국 표면 균열이 발생하는 두꺼운 벽- 피복과 달리 1.0mm 316 피복은 균열 전파 거리가 짧기 때문에{4}}주기의 작은 부분에서 벽 균열을 통해 발달할 수 있습니다. 중요한 것은 온도 자체가 아니라 주기 빈도, 최고 온도 및 가열 속도 간의 관계입니다. 이 연구에서는 1.0mm 316 외장이 1000주기 동안 벽 관통 균열이 발생하는 열 주기 빈도와 최대 외장 온도의 조합을 결정합니다.{10}}이는 많은 간헐적인 증기 응용 분야에 대한 일반적인 서비스 수명 기대치입니다.

얇은- 외장의 열 피로 균열 핵 생성 및 성장
예를 들어, 316 외장을 대기 온도의 증기 온도로 빠르게 가열하면 외부 표면이 내부 표면보다 더 많이 팽창하여 내부 벽에 인장 응력이 발생합니다. 급속 냉각 시 장력은 역전됩니다. 재료의 탄성 한계보다 온도 차이가 큰 경우 각 사이클마다 내부 표면에 소성 변형률이 증가합니다. 1.0mm 벽이 항복하기 위한 벽 전체의 임계 온도 차이는 약 150도입니다. 증기{7}}서비스에서 열 전달 계수가 5,000~10,000W/m2K인 경우 20도~150도 주기에서 1.0mm 벽 전체의 온도 차이는 5~10도에 불과하며 이는 산출 임계값보다 상당히 낮습니다. 그러나 건조-또는 과열 증기 서비스를 사용하면 열 전달 계수가 급격하게 감소하고 온도 구배가 증가합니다. 1.0mm 벽의 경우 온도 차이는 공기 또는 저품질 증기에서 300도를 초과하는 최고 외피 온도에서 50~80도일 수 있으며 여전히 150도 한계보다 낮습니다. 1.0mm 벽의 실제 위험은 균일한 가열이 아니라 스케일 퇴적물, 흐름 그림자 또는 불평등한 와트 밀도로 인한 국지적인 뜨거운 패치에서 비롯됩니다. 직경 5~10mm의 국지적 핫스팟은 벽을 통해 200~300도의 온도 차이를 일으키고 빠른 균열이 시작될 수 있습니다.

1.0mm 피복의 벽 관통 균열에 대한 임계값-
유도된 핫스팟(스케일 침전물 시뮬레이션)이 있는 1.0mm 316 외장 샘플의 제어된 열 피로 테스트를 사용하여 다양한 최고 온도 및 사이클 주파수에서 벽 균열을 통과하는-특정 사이클 수를 결정했습니다.

사이클당 최대 외피 온도 온도 차이 균열 시작 주기부터 벽 균열까지의 주기(1.0mm) 1000주기에서 벽 균열까지의 가열 속도-
200도 170도 (30도 - 200도 ) 8,000 – 12,000 10,000 – 15,000 1,000사이클 미만에서 달성 가능
250도 220도(30도 –250도 )3,000 – 5,000 4,000 – 7,000 불가능 < 1,000주기
300도 270도 (30도 ~ 300도) 1,200 – 2,000 1,500 – 2,500 1,000주기 미만 불가능
350도 320도(30도~350도) 500 – 800 700 – 1,200 50 – 100도/초 400도 370도(30도~400도) 200 – 400 300 – 600 30 – 50도/초 450도 420도(30도~450도) ) 80 – 150 120 – 250 15 – 30도/초 500도 470도(30도 ~ 500도) 30 – 60 50 – 100 8 – 15도/초
150도의 청정 증기 적용의 경우 사이클 빈도에 관계없이 1.0mm 316 보호관의 열 피로는 문제가 되지 않습니다. 벽 전체의 온도 차이는 소성 변형을 일으키기에 충분하지 않습니다. 과열 증기 또는 건조-상황에서 일반적으로 350도 이상의 최고 온도에서 위험은 상당합니다. 초당 20도의 속도로 건조되어 450도에 도달하는 히터는 200주기 내에{10}벽에 균열이 생길 수 있습니다.

간헐적인 증기 서비스에서 1.0mm 외장 안전 작동 범위.
벽에 균열이 발생하지 않는 5,000사이클이라는 기준이 사용됩니다. 이는 일일 사이클링 작업의 일반적인 서비스 수명이 5~10년에 해당합니다. 간헐적인 증기 서비스에서 1.0mm 316 보호관의 안전 작동 영역은 다음 표에 정의되어 있습니다.

최고 피복 온도 최대 안전 가열 속도(도/초) 일일 최대 안전 사이클 예상 사이클 통과-안전 조건에서 벽 균열 권장 조치 한계 초과 최대 200도 모두 모두 10 이상,000 316 허용 200 – 250도 50도/초 10 8,000 – 12,000 허용 250 – 300도 30도/초 5 6,000 – 10,000 스케일링용 모니터 300 – 350도 15도 /초 2 5,000 – 8,000 가열 속도 감소 또는 업그레이드 350 – 400도 8도 /초 1 4,000 – 6,000 316 한계; Incoloy 400 – 450도 고려 4도/초 0.5 3,000 – 5,000 Incoloy 800H로 업그레이드 450도 이상 권장하지 않음 권장하지 않음 3,000 미만 니켈 기반 합금 사용
시간당 2회(1일 16사이클) 상온에서 140도 증기까지 작동하는 멸균 오토클레이브의 경우 최대 피복 온도는 200도보다 훨씬 낮으며 가열 속도에 관계없이 열 피로는 문제가 되지 않습니다. 1.0mm 피복은 하루 4사이클, 10도/초의 가열 속도로 증기를 400도까지 가열하는 과열기의 최소값입니다. 가열 속도를 5도/초로 낮추거나 벽 두께를 1.6mm로 낮추면 합리적인 피로 수명을 회복할 수 있습니다.

얇은-외피의 열 피로를 방지하기 위한 설계 변경
1.0-mm-두께의 316 외장이 간헐적으로 사용 시 최고 온도에서 350도 이상 작동해야 하는 경우 세 가지 설계 변경으로-벽 균열을 방지할 수 있습니다. 첫 번째는 온-온도 조절 장치가 아닌 비례 컨트롤러를 활용하여 가열 속도를 늦추는 것입니다. 램프율이 20도/초에서 5도/초로 감소하고 피로수명이 3{17}}5배 증가하면 온도 구배는 약 60% 감소합니다. 두 번째 변화는 외장의 건조-상황을 방지하는 것입니다. 증기 품질이 95% 이하로 떨어지면 히터 제어 장치와 연동하여 작동을 멈춥니다(수위 센서). 세 번째 변경은 숏 피닝(shot peened) 또는 응력 완화 외장 표면이 필요하다는 것입니다. 쇼트 피닝 또는 스웨이지 후 어닐링은 균열 전파를 유발하는 인장 응력에 대응하여 파괴 시작을 2~3배 지연시킬 수 있는 압축 잔류 응력을 발생시킵니다.. 1.0 mm 316 피복은 최고 온도 300도 이하의 간헐적인 증기 응용 분야에 탁월한 열 피로 저항성을 제공합니다. 온도가 350도 이상인 경우 엔지니어는 벽 두께를 1.6~2.0mm로 늘리거나 Incoloy 800H로 업그레이드해야 합니다. 가압 증기 시스템의 예기치 않은 균열 관련 고장 위험에 비해 비용 차이는 작습니다. 간헐적인 증기 서비스를 위한 히터를 지정할 때 예상 최고 보호관 온도, 가열 속도 및 주기 빈도를 항상 언급하십시오. 철저한 엔지니어링 지침을 제공하지 않는 것은 제조업체가 열 피로 한계를 해결하지 않고 400도 과열 증기에 대해 1.0mm 316을 권장하는 방식입니다. 1.0mm 피복 벽 관통 균열은 일단 균열이 발생하면 최소한의 경고로 발생하며, 시작 주기의 작은 부분으로 나머지 벽을 통해 전파됩니다. 올바른 사양은 검사나 예측보다 훨씬 더 나은 예방의학입니다.