थर्मल चक्र आवृत्ति और पीक शीथ तापमान के किस विशिष्ट संयोजन पर 1.0 मिलीमीटर 316 स्टेनलेस स्टील शीथ आंतरायिक भाप सेवा में थर्मल थकान से दीवार की दरारों के माध्यम से विकसित होता है?

प्लांट इंजीनियरों के लिए, आंतरायिक भाप सेवा में विद्युत विसर्जन हीटर, जैसे कि नसबंदी कक्ष, भाप इंजेक्शन सिस्टम और आटोक्लेव में तेज तापमान परिवर्तन और पतली दीवार की मोटाई के संयोजन के कारण एक विशेष थर्मल थकान जोखिम होता है। मोटे दीवारों वाले आवरणों के विपरीत, जो अंततः सतह पर दरारें विकसित करते हैं, 1.0 मिमी 316 आवरण दरार प्रसार के लिए छोटी दूरी के कारण चक्रों के एक छोटे से हिस्से में दीवार दरारों के माध्यम से विकसित हो सकता है। जो मायने रखता है वह स्वयं तापमान नहीं है, बल्कि चक्रों की आवृत्ति, चरम तापमान और ताप दर के बीच का संबंध है। यह कार्य थर्मल चक्र आवृत्ति और अधिकतम शीथ तापमान के संयोजन को निर्धारित करता है जिस पर 1.0 मिमी 316 शीथ 1000 चक्रों में थ्रूवॉल दरारें विकसित करता है। कई आंतरायिक भाप अनुप्रयोगों के लिए सामान्य सेवा जीवन की अपेक्षा।

थर्मल थकान दरार न्यूक्लियेशन और पतली दीवार वाले आवरण में वृद्धि
उदाहरण के लिए, 316 शीथ को परिवेश से भाप के तापमान तक त्वरित रूप से गर्म करने से बाहरी सतह आंतरिक सतह से अधिक फैलती है और इसके परिणामस्वरूप आंतरिक दीवार में तन्य तनाव होता है। त्वरित शीतलन के तहत तनाव उलट जाता है। सामग्री की लोचदार सीमा से अधिक तापमान अंतर के लिए, प्रत्येक चक्र के परिणामस्वरूप आंतरिक सतह पर प्लास्टिक तनाव में वृद्धि होती है। 1.0 मिमी की दीवार की उपज के लिए दीवार में महत्वपूर्ण तापमान अंतर लगभग 150 डिग्री है। भाप सेवा में, 5,000 से 10,000 W/m2K के ताप अंतरण गुणांक के साथ, 20 डिग्री से 150 डिग्री चक्र में 1.0 मिमी की दीवार पर तापमान का अंतर केवल 5 से 10 डिग्री है, जो उपज सीमा से काफी कम है। लेकिन सूखी -बाहर या अत्यधिक गर्म भाप सेवा के साथ, गर्मी हस्तांतरण गुणांक काफी कम हो जाता है और तापमान प्रवणता बढ़ जाती है। 1.0 मिमी की दीवार के लिए, हवा में 300 डिग्री से अधिक या कम गुणवत्ता वाली भाप में चरम शीथ तापमान पर तापमान अंतर 50-80 डिग्री हो सकता है, जो अभी भी 150 डिग्री की सीमा से नीचे है। 1.0 मिमी की दीवारों के साथ वास्तविक खतरा एक समान हीटिंग से नहीं है, बल्कि स्केल जमा, प्रवाह छाया या असमान वाट घनत्व से स्थानीय गर्म पैच से है। 5-10 मिमी व्यास वाला स्थानीय हॉट स्पॉट दीवार के माध्यम से 200-300 डिग्री के तापमान अंतर और तेजी से दरार की शुरुआत का कारण बन सकता है।

1.0 मिमी शीथ में दीवार में दरार के लिए महत्वपूर्ण सीमाएँ
प्रेरित हॉट स्पॉट (स्केल जमा का अनुकरण) के साथ 1.0 मिमी 316 शीथ नमूनों के नियंत्रित थर्मल थकान परीक्षण का उपयोग विभिन्न चरम तापमान और चक्र आवृत्तियों पर दीवार दरार के माध्यम से विशिष्ट चक्र गणना निर्धारित करने के लिए किया गया था।

अधिकतम शीथ तापमान तापमान अंतर प्रति चक्र चक्र क्रैक करने के लिए आरंभ चक्र थ्रू तक -दीवार क्रैक (1.0 मिमी) हीटिंग रेट टू थ्रू -1000 चक्रों में दीवार क्रैक
200 डिग्री 170 डिग्री (30 डिग्री - 200 डिग्री ) 8,000 – 12,000 10,000 – 15,000 1,000 चक्र से नीचे प्राप्त करने योग्य
250 डिग्री 220 डिग्री (30 डिग्री -250 डिग्री )3,000 - 5,000 4,000 - 7,000 संभव नहीं <1,000 चक्र
300 डिग्री 270 डिग्री (30 डिग्री से 300 डिग्री) 1,200 - 2, 000 1, 500 - 2,500 1,000 चक्र से नीचे संभव नहीं
350 डिग्री 320 डिग्री (30 डिग्री से 350 डिग्री ) 500 - 800 700 - 1, 200 50 - 100 डिग्री/सेकंड 400 डिग्री 370 डिग्री (30 डिग्री से 400 डिग्री ) 200 - {{14 }} - {{15 }} - 50 डिग्री/सेकंड 450 डिग्री 420 डिग्री (30 डिग्री से 450 डिग्री ) 80 – 150 120 – 250 15 – 30 डिग्री/सेकंड 500 डिग्री 470 डिग्री (30 डिग्री से 500 डिग्री) 30 – 60 50 – 100 8 – 15 डिग्री/सेकंड
150 डिग्री पर स्वच्छ भाप अनुप्रयोग के लिए, चक्रों की आवृत्ति की परवाह किए बिना, 1.0 मिमी 316 शीथ के लिए थर्मल थकान कोई समस्या नहीं है। दीवार पर तापमान का अंतर प्लास्टिक तनाव उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त नहीं है। 350 डिग्री से ऊपर के चरम तापमान पर जोखिम काफी अधिक होता है, जो अत्यधिक गर्म भाप या शुष्क परिस्थितियों में होता है। 20 डिग्री प्रति सेकंड की दर से, एक हीटर जो सूख जाता है और 450 डिग्री तक पहुंच जाता है, वह दीवार की दरारों को 200 चक्रों तक कम कर सकता है।

आंतरायिक भाप सेवा में 1.0 मिमी म्यान सुरक्षित संचालन लिफाफा।
दीवार में दरार के बिना 5,000 चक्रों के मानदंड का उपयोग किया जाता है, जो दैनिक साइकिल संचालन के लिए 5 से 10 वर्षों की सामान्य सेवा जीवन के बराबर है। आंतरायिक भाप सेवा में 1.0-मिमी 316 शीथ के लिए सुरक्षित संचालन लिफाफा निम्नलिखित तालिका में परिभाषित किया गया है।

पीक शीथ तापमान अधिकतम सुरक्षित हीटिंग दर (डिग्री/सेकंड) अधिकतम सुरक्षित चक्र प्रति दिन अपेक्षित चक्र सुरक्षित परिस्थितियों में दीवार में दरार, अनुशंसित कार्रवाई सीमा से ऊपर 200 डिग्री तक, 10 से ऊपर कोई भी, 000 316 स्वीकार्य 200 - 250 डिग्री 50 डिग्री/सेकंड 10 8,000 - 12,000 स्वीकार्य 250 - 300 डिग्री 30 डिग्री /सेकंड 5 6,000 – 10,000 स्केलिंग के लिए मॉनिटर 300 – 350 डिग्री 15 डिग्री/सेकंड 2 5,000 – 8,000 तापन दर कम करें या 350 – 400 डिग्री 8 डिग्री/सेकंड 1 4,000 – 6,000 316 सीमांत पर अपग्रेड करें; इंकोलॉय 400 - 450 डिग्री 4 डिग्री/सेकंड 0.5 3,000 - 5,000 पर विचार करें इंकोलॉय 800H में अपग्रेड करें 450 डिग्री से ऊपर अनुशंसित नहीं अनुशंसित नहीं 3,000 से कम निकेल बेस मिश्र धातु का उपयोग करें
एक स्टरलाइज़ेशन आटोक्लेव के लिए जो प्रति घंटे दो बार (प्रति दिन 16 चक्र) परिवेश से 140 डिग्री भाप तक संचालित होता है, अधिकतम म्यान तापमान 200 डिग्री से काफी नीचे है और हीटिंग दर की परवाह किए बिना थर्मल थकान कोई समस्या नहीं है। 1.0 मिमी म्यान एक सुपरहीटर के लिए न्यूनतम है जो भाप को 4 चक्र/दिन और 10 डिग्री/सेकंड की हीटिंग दर के साथ 400 डिग्री तक गर्म करता है। हीटिंग दर को 5 डिग्री/सेकंड तक कम करने, या 1.6 मिमी दीवार की मोटाई तक जाने से उचित थकान वाला जीवन वापस आ जाएगा।

पतली दीवारों वाले आवरणों की तापीय थकान को रोकने के लिए डिज़ाइन में परिवर्तन
तीन डिज़ाइन परिवर्तनों से दीवार को टूटने से रोका जा सकता है, जब 1.0{2}}मिमी{6}}मोटी 316 शीथ को रुक-रुक कर उपयोग में चरम तापमान पर 350 डिग्री से अधिक तापमान पर संचालित करना पड़ता है। पहला, ऑन-ऑफ थर्मोस्टेट के बजाय आनुपातिक नियंत्रक का उपयोग करके हीटिंग की दर को धीमा करना है। जब रैंप दर 20 डिग्री/सेकंड से 5 डिग्री/सेकंड तक कम हो जाती है तो तापमान प्रवणता लगभग 60% कम हो जाती है और थकान जीवन 3{17}}5 के अनुपात से बढ़ जाता है। दूसरा परिवर्तन म्यान में शुष्क परिस्थितियों को रोकने के लिए है। यदि भाप की गुणवत्ता 95% (लेवल सेंसर) से कम हो जाती है तो हीटर नियंत्रण वाला इंटरलॉक संचालन बंद कर देता है। तीसरा परिवर्तन एक शॉट पीनड या तनाव कम करने वाली म्यान सतह की आवश्यकता है। शॉट पीनिंग या पोस्ट-स्वेज एनीलिंग के परिणामस्वरूप संपीड़ित अवशिष्ट तनाव होता है जो दरार प्रसार का कारण बनने वाले तन्य तनाव का प्रतिकार करके 2 से 3 के कारक से फ्रैक्चर की शुरुआत को धीमा कर सकता है। . 1.0 मिमी 316 शीथ 300 डिग्री पीक तापमान के नीचे अधिकांश आंतरायिक भाप अनुप्रयोगों के लिए उत्कृष्ट थर्मल थकान प्रतिरोध प्रदान करता है। यदि तापमान 350 डिग्री से ऊपर है, तो इंजीनियरों को दीवार की मोटाई 1.6-2.0 मिमी तक बढ़ानी चाहिए या इंकोलॉय 800एच में अपग्रेड करना चाहिए। दबावयुक्त भाप प्रणाली में अप्रत्याशित दरार संबंधी विफलता के जोखिम की तुलना में लागत अंतर छोटा है। आंतरायिक भाप सेवा के लिए हीटर निर्दिष्ट करते समय हमेशा अनुमानित चरम शीथ तापमान, हीटिंग दर और चक्र की आवृत्ति का उल्लेख करें। जब एक निर्माता थर्मल थकान सीमा को संबोधित किए बिना 400 डिग्री अतितापित भाप के लिए 1.0 मिमी 316 की सिफारिश करता है, तो वह संपूर्ण इंजीनियरिंग मार्गदर्शन प्रदान नहीं करता है। एक बार फ्रैक्चर उत्पन्न होने पर दीवार के माध्यम से 1.0 मिमी की शीथ दरार न्यूनतम चेतावनी के साथ विकसित होती है, यह प्रारंभिक चक्रों के एक छोटे से हिस्से में शेष दीवार के माध्यम से फैलती है। सही विशिष्टता निरीक्षण या भविष्यवाणी की तुलना में कहीं बेहतर निवारक दवा है।