Pada Gabungan Spesifik Kekerapan Kitaran Terma dan Suhu Sarung Puncak Apakah Sarung Keluli Tahan Karat 2.5 milimeter 316 mengalami Pengelupasan Oksida Yang Mengurangkan Ketebalan Dinding Di Bawah 2.0 Milimeter Dalam Masa Satu Tahun dalam Perkhidmatan Pemanas Super Stim Kitaran?

Gabungan stim suhu tinggi dan operasi kitaran menghasilkan persekitaran pengoksidaan yang unik antara pemanas stim elektrik jurutera janakuasa dan sarung keluli tahan karat 316 pakar dandang industri. Tidak seperti pemanasan udara di mana skala oksida membina pada kadar yang agak perlahan, stim mempercepatkan pengoksidaan kerana wap air meresap melalui lapisan oksida dan bertindak balas dengan logam di bawahnya. Penurunan skala oksida pada kitaran haba amat bermasalah untuk-sarung berdinding tebal. Pembinaan-oksida menjadi cukup tebal untuk dibuang, mengambil bersama logam asas dengan setiap peristiwa pengelupasan. Untuk perkhidmatan pemanas lampau, ketebalan dinding kadangkala ditentukan sebagai 2.5 mm untuk membolehkan kekuatan rayapan dan elaun kakisan. Walau bagaimanapun, untuk beberapa kombinasi suhu puncak dan kekerapan kitaran, pengelupasan oksida boleh menghakis 0.5 mm ketebalan dinding dalam setahun dan dengan itu menjejaskan integriti mekanikal. Kertas kerja ini menetapkan had khusus untuk kadar pengelupasan yang tidak boleh diterima untuk sarung 2.5 mm 316 dalam penggunaan wap kitaran.

Mekanisme pengoksidaan wap dan penyahtelan dalam keluli tahan karat 316
Dalam wap panas lampau pada suhu melebihi 550°C, keluli tahan karat 316 menghasilkan skala oksida dupleks dengan lapisan magnetit luar (Fe3O4) dan lapisan spinel kaya kromium-dalam. Kadar pengoksidaan mengikut hukum parabola; walau bagaimanapun, penambahan stim meningkatkan kadar dengan nisbah 2-5 berbanding dengan udara pada suhu yang sama. Sarung 316 menumbuhkan ~10 mikron oksida dalam stim selepas 1000 jam pada 600°C. Pada 650 darjah ketebalannya ialah 25 mikron. 700°C, 60 mikron. Oksida lebih besar daripada 120 mikron pada 750°C selepas 1000 jam. Spalasi oksida semasa penyejukan adalah disebabkan oleh lapisan oksida yang tumbuh melebihi ketebalan kritikal dan ketidakpadanan pengembangan haba oksida dan logam. Ketebalan penting untuk pengelupasan oksida yang terbentuk dalam stim adalah sekitar 30-50 mikron. Setiap kali lapisan oksida dikeluarkan, salutan kecil logam asas (2-5 mikron dalam kebanyakan kes) juga dikeluarkan. Selepas 1000 jam pendedahan terkumpul sarung 0.25 mm pada 700°C dengan 100 kitaran haba setiap tahun, oksida akan berkembang kepada 60 mikron dan pengelupasan akan berlaku. Jika pengelupasan berlaku setiap 1,000 jam dan setiap kali mengeluarkan 4 mikron logam, kehilangan dinding tahunan akan menjadi kira-kira 0.035 mm-diabaikan. Walau bagaimanapun, pengelupasan boleh berlaku lebih kerap pada suhu yang lebih tinggi dan/atau kitaran yang lebih kerap, yang mempercepatkan degradasi dinding.

Ambang Kritikal untuk Pengelupasan Sarung Dipercepatkan dalam 2.5 mm
Ujian pengoksidaan wap terkawal kitaran bagi sampel sarung 2.5 mm 316 telah menunjukkan had tepat yang melebihi kehilangan dinding melebihi 0.5 mm setahun - titik di mana sarung 2.5 mm akan dikurangkan kepada 2.0 mm dalam 12 bulan.

Suhu Sarung Maksimum Jam ke Pengelupasan Pertama, Ketebalan Terkumpul Oksida pada Kehilangan Logam Pengelupasan setiap Peristiwa Pengelupasan Bilangan Kitaran Setahun untuk Kehilangan Tahunan Melebihi 0.5 mm Mekanisme Kegagalan Dominan 550°C 8,000 – 10,000 jam 30 mikron Tidak boleh 20 – 30 ke bawah 25 – 30 mikron kitaran/tahun Pengelupasan tidak ketara 600 darjah 2,000 – 3,000 jam 35 – 45 mikron 3 – 5 mikron Di atas 500 kitaran/tahun Risiko marginal 650 darjah 500 – 800 jam 50 – 70 mikron 4 – 650 mikron Tahap risiko 4 – 6 tahun Di atas kitaran 250 jam 80 – 120 mikron 5 – 8 mikron Di atas 50 kitaran/tahun Berisiko tinggi 750 darjah 50 – 100 jam 150 – 200 mikron 8 – 12 mikron Di atas 20 kitaran/tahun Pengelupasan yang teruk 800 darjah 20 – 40 jam 20 – 40 – 20 mikron mikron Melebihi 10 kitaran/tahun Kehilangan dinding yang cepat
Untuk pemanas lampau pada suhu sarung puncak 700°C dan 100 kitaran setahun (kira-kira 2 kitaran seminggu), kehilangan dinding tahunan ialah 100 kitaran dibahagikan dengan 200 kitaran antara peristiwa pengelupasan (titik tengah 150–250 jam pada 24 jam setiap kitaran ialah kira-kira 6–10 kitaran). Kehilangan dinding tahunan ialah 0.05–0.12 mm, jauh di bawah 0.5 mm, dengan 10–15 peristiwa pengelupasan/tahun dan kehilangan/kejadian 5–8 mikron. Pada 700 darjah dengan 300 kitaran setahun (sekitar 6 kitaran seminggu), kerugian tahunan ialah 0.15–0.36 mm, menghampiri had. Pada 750 darjah dengan 100 kitaran/tahun kerugian tahunan ialah 0.5–1.2 mm, iaitu melebihi ambang. Oleh itu, kombinasi penting untuk kehilangan dinding yang tidak boleh diterima ialah suhu puncak lebih daripada 730°C, dengan lebih daripada 100 kitaran/tahun, atau suhu puncak lebih besar daripada 700°C, dengan lebih daripada 300 kitaran/tahun.

Sampul Keselamatan Operasi Sarung 2.5 Milimeter dalam Perkhidmatan Stim
Jadual berikut menunjukkan bilangan maksimum kitaran yang dicadangkan setahun untuk sarung 2.5 mm 316 dalam tugas pemanas super stim kitaran untuk mengekalkan kehilangan dinding tahunan di bawah 0.2 mm (kurang daripada 10% ketebalan dinding setahun).

Suhu Sarung Puncak Kitaran Maksimum Disyorkan setiap Tahun Jangkaan Kehilangan Dinding Tahunan pada Kitaran Maksimum Anggaran Hayat Servis hingga 2.0 mm Baki Dinding Tindakan Disyorkan Di Atas Had Sehingga 600 darjah 1,000 Di Bawah 0.05 mm Lebih 10 tahun 316 boleh diterima 600 – 9.{100}{101} 10 tahun Boleh diterima untuk kebanyakan perkhidmatan 650 – 680 darjah 250 0.10 – 0.15 mm 5 – 8 tahun Pantau setiap tahun 680 – 700 darjah 150 0.15 – 0.20 mm 4 – 6 tahun Pertimbangkan naik taraf aloi untuk jangka hayat yang lebih lama 700 – 720 darjah 80 0.20 3 tahun 80 0.20 3. – 740 darjah 40 0.30 – 0.45 mm 2 – 3 tahun Naik taraf kepada Incoloy 800H disyorkan 740 – 760 darjah 20 0.45 – 0.70 mm 1.5 – 2 tahun Incoloy 800H diperlukan
Tidak disyorkan Di atas 760 darjah Di atas 0.70 mm Kurang daripada 1.5 tahun Gunakan aloi berasaskan nikel
Incoloy 800H menawarkan rintangan pengoksidaan wap yang jauh lebih besar daripada Incoloy 800 untuk aplikasi pemanas lampau apabila suhu sarung puncak melebihi 720°C dan lebih daripada 50 kitaran setahun. Aloi menghasilkan oksida yang lebih nipis, lebih melekat yang mengelupas melebihi ketebalan 100 mikron, menghasilkan faktor 5-10 pengurangan kehilangan dinding tahunan berbanding dengan 316.

Perubahan reka bentuk untuk mengurangkan pengelupasan dalam-sarung berdinding tebal
Apabila sarung 2.5 mm 316 mesti berjalan berhampiran atau melebihi had yang dibenarkan, tiga perubahan reka bentuk boleh mengurangkan pengelupasan tanpa menukar bahan sarung. Yang pertama ialah, kadar tanjakan penyejukan terkawal. Penyejukan dari suhu puncak ke ambien pada kadar di bawah 50°C sejam meminimumkan kejutan haba dan menghasilkan serpihan rempuhan yang lebih kecil dan kurang merosakkan. Pengubahan kedua ialah pra-mengoksidakan permukaan sarung sebelum servis kitaran. Menjalankan pemanas pada suhu penuh secara berterusan selama 500–1,000 jam menghasilkan oksida yang lebih tebal dan stabil yang kurang berkemungkinan mengelupas dengan kerap. Perubahan ketiga ialah mengekalkan suhu minimum siap sedia pada 300°C, bukannya turun ke ambien. Ini mengurangkan ketegangan haba setiap kitaran sebanyak 40-60%, oleh itu meningkatkan bilangan kitaran antara episod pengelupasan. Untuk kebanyakan aplikasi pemanas lampau wap, sarung 2.5 mm 316 boleh diterima untuk suhu puncak sehingga 680°C dengan frekuensi kitaran yang boleh diterima. Melebihi 700 darjah , jurutera mesti sama ada menerima hayat perkhidmatan selama 2–4 ​​tahun atau naik taraf kepada Incoloy 800H. Perbezaan kos antara 316 dan Incoloy 800H untuk pemanas lampau biasanya 30-50%, tetapi peningkatan jangka hayat dan peluang yang lebih rendah untuk tersumbat oksida dalam peralatan hiliran menjadikan peningkatan itu berbaloi. Apabila menentukan pemanas untuk operasi wap kitaran, sentiasa sebutkan suhu sarung puncak yang diramalkan, kekerapan kitaran dan hayat perkhidmatan yang diingini. Pengilang mengesyorkan 316 untuk tugas 750°C tanpa menyebut pengelupasan oksida dan kehilangan dinding tidak memberikan nasihat kejuruteraan yang lengkap. Pengelupasan pengoksidaan wap menghasilkan kehilangan dinding yang konsisten dan boleh diramal, tetapi ini perlu diambil kira dalam pengiraan hayat perkhidmatan. Ini akan menjadi penting terutamanya untuk sarung berdinding tebal di mana pengelupasan akan mengeluarkan lebih banyak logam setiap kejadian disebabkan oleh skala oksida tebal yang terbentuk pada suhu yang lebih tinggi.