Apakah Fluks Haba Maksimum Yang Dibenarkan pada Suhu Sarung 400 darjah dalam Udara Menghalang Rempuhan Oksida Berlebihan dan Kehilangan Logam daripada 316 Tiub Pemanas Keluli Tahan Karat Selepas 10,000 Jam

Fluks Haba-Rejim Pengoksidaan Terhad untuk Pendedahan Udara Jangka Panjang-

Untuk 316 tiub pemanasan elektrik bersalut keluli tahan karat yang dikendalikan pada suhu sarung 400 darjah di udara, situasi biasa untuk pemanas udara industri, ketuhar dan pemanas saluran, fluks haba yang digunakan (W/cm2) mengawal kedua-dua kadar pertumbuhan oksida dan kecenderungan untuk spalling skala. Walaupun suhu sarung puncak selalunya merupakan sekatan reka bentuk utama, fluks haba secara bebas menentukan kecerunan terma merentasi lapisan oksida dan tegasan terma yang terhasil yang membawa kepada spalling. Oksida pada 316 pada 400 darjah kebanyakannya Cr₂O₃ dengan beberapa Fe₂O₃ dan secara amnya pelindung. Walau bagaimanapun, untuk fluks haba melebihi 6 W/cm2, kecerunan suhu merentas lapisan oksida (biasanya 10-tebal 50 µm) menghasilkan terikan yang lebih besar daripada kekuatan lekatan logam oksida dan mengakibatkan regangan berkala dengan kehilangan logam yang meningkat. Spalling oksida boleh diabaikan di bawah 3 W/cm² dan kehilangan logam adalah<10 µm after 10,000 hours. This article quantifies the link between heat flux, oxide spalling rate and cumulative metal loss at 400 °C.

Bagaimana Fluks Haba Menyebabkan Oksida Tumpah

Apabila sarung 316 terdedah kepada udara pada suhu permukaan 400 darjah , skala oksida meningkat pada kadar yang bergantung kepada suhu permukaan dan masa. Walau bagaimanapun, fluks haba (kadar penghantaran haba melalui dinding sarung) menyebabkan pembezaan suhu merentas sentuhan logam-oksida. Permukaan luar lapisan oksida berada pada suhu sarung nominal (400 darjah ) dan sentuhan logam oksida-sedikit lebih sejuk disebabkan oleh rintangan haba oksida. Saiz kecerunan adalah berkadar dengan lapisan oksida dan kekonduksian habanya (~3–5 W/m·K untuk Cr2O3). Pada fluks haba rendah (<3 W/cm^2), the temperature drop over a 20 μm oxide layer is less than 1°C and thermal strains are insignificant. At strong heat fluxes (>6-8 W/cm2), penurunan suhu boleh menjadi 5-15 darjah, supaya oksida berada di bawah tegasan mampatan semasa ia tumbuh. Apabila disejukkan (pemanas dimatikan) oksida mengecut lebih daripada logam (pekali pengembangan terma yang berbeza) menyebabkan ketegangan tegangan yang menyebabkan spalling.

Kuantifikasi fluks haba dan spalling oksida pada 400 oC

Ujian pengoksidaan kitaran (jumlah 10,000 jam, kitaran 1 jam pada suhu, 30 minit udara paksa sejuk hingga 100 darjah ) daripada 316 tiub keluli tahan karat pada suhu sarung 400 darjah dengan fluks haba yang berbeza-beza (dikawal oleh ketebalan dinding yang berbeza-beza dan suhu wayar dalaman) telah menetapkan kadar spalling dan kehilangan logam berikut.

Fluks haba (W/cm 2 ) Ketebalan oksida selepas 10,000 jam (μm) Permulaan spalling (kitaran ke spall pertama)Peristiwa Spalling / 1000 KitaranJumlah Kehilangan Logam (µm) Selepas 10,000 Jam Baki Ketebalan Dinding (dari 1.5 mm permulaan, 0menµm) Servis Semula<2 8-12 >10,000 (tiada spalling) 0 2-5 1,495-1,498 Ya 2-3 10-15 5,000-10,000<1 5-10 1,490-1,495 Yes 3-4 12-18 2,000-5,000 1-3 10-20 1,480-1,490 Acceptable 4-5 15-22 1,000-2,000 3-8 20-35 1,465-1,480 Marginal 5-6 18-25 500-1,000 8-15 35-60 1,440-1,465 Not recommended for long life
6-8 25-35 200-500 15-30 60-100 1,400-1,440 Tidak boleh diterima
8-10 35-50 100-200 30-60 100-150 1350-1400 Unacceptable >10 >50 <100 >60 >150 <1,350 Not acceptable
Pengaruh Ketebalan Sarung pada Fluks Haba Yang Dibenarkan

Untuk keluaran kuasa tertentu, fluks haba lebih rendah jika dinding lebih tebal, kerana kawasan permukaan luaran lebih besar. Untuk dua pemanas dengan kuasa yang sama, sarung yang lebih tebal (OD yang lebih besar) mempunyai fluks haba yang lebih rendah. Jadual di bawah menggambarkan fluks haba maksimum yang dibenarkan untuk ketebalan dinding yang berbeza-beza untuk hayat 10,000 jam dengan<20 μm metal loss.

Sarung Diameter Luar (mm) Ketebalan Dinding (mm) Maks. Watt untuk Hayat 10,000 jam pada 400 darjah (bersamaan W/cm²) Fluks Haba Maks (W/cm2) untuk<20 um lossApplication Recommended
8.0 1.0 50 W/cm panjang 4.0 Pemanas kuasa-padat dan rendah
10.0 1.2 70 W/cm panjang 4.5 Tujuan umum 10.0 1.5 85 W/cm panjang 5.0 Standard industri 12.0 1.5 100 W/cm panjang 5.5 Kuasa sederhana
120 W/cm 2.0 12.0 6.0 Kuasa tinggi, hayat panjang
14.0 2.0 150 W per cm panjang 6.5 Jangka hayat lanjutan
200 W setiap cm panjang 7.0 Jangka hayat maksimum (dengan peningkatan aloi) 16.0 2.5
Garis Panduan Reka Bentuk untuk Pemanas Udara 400 darjah Praktikal

Untuk pemanas udara bersarung daripada keluli 316 yang bekerja pada suhu sarung 400 darjah, sekatan fluks haba berikut akan menghasilkan hayat perkhidmatan selama 10 000 jam dengan kehilangan logam yang boleh diterima.

Hayat Servis yang Diingini (jam) Fluks Haba Maksimum (W/cm2) Kehilangan Logam (µm) Dimensi Sarung Disyorkan 5,000<8 60-100 Standard 10 mm OD x 1.5 mm wall 10,000 <5 20-35 Larger diameter or lower wattage
20,000 <3.5 10-15 mm OD, 2.0 mm wall
40,000 <2.5 5-8 16 mm OD, 2.5 mm wall (or upgrade to 310)
Diagnosis Medan Spalling akibat Fluks Haba

Regangan oksida akibat fluks haba yang tinggi menyebabkan kekasaran permukaan yang tersendiri dan penipisan 316 pemanas yang beroperasi 5,000-10,000 jam di udara pada 400 darjah. Oksida pada sarung bukanlah lapisan berterusan, tetapi skala pecah tebal berselang-seli dengan logam terdedah di mana spalling telah berlaku baru-baru ini. Bahagian spalled mungkin memaparkan cetek, lekukan bulat di permukaan logam. Diameter sarung akan diukur dengan mikrometer untuk menunjukkan pengurangan tempatan 0.1 hingga 0.3 mm daripada dimensi asal. Untuk pemanas sedemikian, pengurangan 30-40% dalam aliran haba (dengan meningkatkan luas permukaan atau mengurangkan watt) akan memanjangkan hayat kepada 10,000 jam yang disasarkan.

Kesimpulan: Menetapkan Had Fluks Haba untuk Pemanas Udara Panjang

Untuk 316 pemanas bersalut keluli tahan karat dalam operasi udara pada 400 darjah, fluks haba maksimum dibenarkan untuk 10,000 jam hayat dengan kehilangan logam sebanyak<20 µm is about 5 W/cm^2. Oxide spalling is common at heat fluxes > 6-8 W/cm2, and metal loss accelerates to 60-100 µm in 10,000 hours - enough to jeopardise a 1.5 mm wall in 20,000-30,000 hours. The heat flux shall not be greater than 5 W/cm2 for 10,000 hours service. The engineers selecting 316 air heaters shall determine the heat flux from the wattage and sheath surface area. For higher heat fluxes one needs larger diameter sheaths or lower wattages. The methodology given here correlates heat flux to measurable oxide spalling rates and overall metal loss, allowing buyers to specify 316 sheaths that retain their wall thickness and integrity over the design life in air heating service at 400°C.