Millise konkreetse termilise tsükli sageduse ja ümbrise tipptemperatuuri kombinatsiooni korral kogeb 2,5-millimeetrine 316 roostevabast terasest kest oksiidkoorumist, mis vähendab seina paksust alla 2,0 millimeetri ühe aasta jooksul tsüklilise auruülekuumendi teenuses?

Kõrge temperatuuriga auru ja tsüklilise töö kombinatsioon loob ainulaadse oksüdatsioonikeskkonna elektrijaama inseneri elektrilise auruülekuumendi ja tööstuskatelde spetsialisti 316 roostevabast terasest kesta vahel. Erinevalt õhuküttest, kus oksiidikihid tekivad suhteliselt aeglaselt, kiirendab aur oksüdeerumist, kuna veeaur hajub läbi oksiidikihi ja reageerib selle all oleva metalliga. Oksiidkatlade lõhenemine termilisel tsüklil on eriti problemaatiline paksude -seinaga kestade puhul. Moodustunud oksiid- muutub piisavalt paksuks, et praguneda, võttes iga koorimisega kaasa mitteväärismetalli. Ülekuumendi teenindamiseks määratakse seina paksuseks mõnikord 2,5 mm, et võimaldada roometugevust ja korrosioonivaru. Mõne tipptemperatuuri ja tsükli sageduse kombinatsiooni korral võib oksiidkoorimine aga kahjustada 0,5 mm seina paksust aastas ja seega kahjustada mehaanilist terviklikkust. See artikkel kehtestab 2,5 mm 316 kesta vastuvõetamatu koorimiskiiruse konkreetsed piirangud tsüklilise auru kasutamisel.

Auru oksüdatsiooni ja delaminatsiooni mehhanismid 316 roostevabast terasest
Ülekuumutatud aurus temperatuuril üle 550 °C tekib roostevabast terasest 316 dupleksoksiidkatlakivi, millel on välimine magnetiidi (Fe3O4) kiht ja sisemine kroomi -rikas spinellkiht. Oksüdatsioonikiirus järgib paraboolseadust; aga auru lisamine suurendab kiirust suhtega 2-5 võrreldes sama temperatuuriga õhuga. 316 ümbris kasvatab 1000 tunni pärast temperatuuril 600 °C aurus ~10 mikronit oksiidi. 650 kraadi juures on paksus 25 mikronit. 700°C, 60 mikronit. Oksiid on 750 °C juures 1000 tunni pärast suurem kui 120 mikronit. Jahutamise ajal tekkiv oksiidi kihistumine on tingitud oksiidikihi kasvamisest üle kriitilise paksuse ning oksiidi ja metalli soojuspaisumise mittevastavuse. Aurus tekkivate oksiidide koorimiseks vajalik paksus on umbes 30-50 mikronit. Iga kord, kui oksiidikiht eemaldatakse, eemaldatakse ka väike mitteväärismetallist kate (enamikul juhtudel 2–5 mikronit). Pärast 1000 tundi kumulatiivset kokkupuudet 0,25 mm kestaga temperatuuril 700 °C ja 100 termilist tsüklit igal aastal, kasvaks oksiid 60 mikronini ja toimuks koorimine. Kui koorimine toimub iga 1000 tunni järel ja iga kord võtab maha 4 mikronit metalli, on aastane seinakadu umbes 0,035 mm tühine. Kõrgematel temperatuuridel ja/või sagedasematel tsüklitel võib aga koorimine esineda sagedamini, mis kiirendab seina lagunemist.

Kriitilised künnised mantli kiirendatud koorimiseks 2,5 mm
Tsüklilised kontrollitud auru oksüdatsioonikatsed 2,5 mm 316 kestaproovidega on näidanud täpseid piire, millest alates on seinakadu suurem kui 0,5 mm aastas – punkt, kus 2,5 mm kest väheneb 12 kuu jooksul 2,0 mm-ni.

Maksimaalne ümbrise temperatuur tunnid esimese koorimiseni, oksiidi kumulatiivne paksus koorimisel Metalli kadu koorimissündmuse kohta Tsüklite arv aastas, kui aastane kadu ületab 0,5 mm Domineeriv rikkemehhanism 550°C 8000 – 10 000 tundi alla 3 mikronit 25 – 300 tundi ei ole võimalik 2000 tsüklit/aastas Koorimine ebaoluline 600 kraadi 2000 – 3000 tundi 35 – 45 mikronit 3 – 5 mikronit Üle 500 tsüklit/aastas Piirrisk 650 kraadi 500 – 800 tundi 50 – 70 mikronit tsükkel 5-6 mikronit Above 4 – 6 mikronit/aastas 700 kraadi 150 - 250 tundi 80 - 120 mikronit 5 - 8 mikronit Üle 50 tsüklit aastas Kõrge risk 750 kraadi 50 - 100 tundi 150 - 200 mikronit 8 - 12 mikronit Üle 20 tsüklit aastas Tõsine koorumine 30 800 tundi 50 800 mikronit 12 – 20 mikronit Üle 10 tsükli/aastas Kiire seinakadu
Ülekuumendi puhul, mille ümbrise maksimaalne temperatuur on 700 °C ja 100 tsüklit aastas (ligikaudu 2 tsüklit nädalas), on aastane seinakadu 100 tsüklit jagatud 200 tsükliga koorimissündmuste vahel (keskpunkt 150–250 tundi 24 tundi tsükli kohta on ligikaudu 6–10 tsüklit sündmuse kohta). Aastane seinakadu on 0,05–0,12 mm, palju alla 0,5 mm, 10–15 koorimisjuhtumit aastas ja 5–8 mikronit kadu sündmuse kohta. 700 kraadi juures 300 tsükliga aastas (umbes 6 tsüklit nädalas) on aastane kadu 0,15–0,36 mm, lähenedes piirile. 750 kraadi juures 100 tsükliga aastas on aastane kadu 0,5–1,2 mm, mis on üle läve. Seetõttu on vastuvõetamatu seinakadude oluline kombinatsioon tipptemperatuur üle 730 °C, rohkem kui 100 tsükliga aastas, või tipptemperatuur üle 700 °C, kui tsüklit on rohkem kui 300 tsüklit aastas.

2,5-millimeetrise ümbrisega ohutu tööümbris auruteenuses
Järgmises tabelis on näidatud maksimaalne soovitatav tsüklite arv aastas 2,5 mm 316 ümbrise jaoks tsüklilise auruülekuumendi töörežiimis, et hoida aastane seinakadu alla 0,2 mm (vähem kui 10% seina paksusest aastas).

Maksimaalne mantli temperatuur Maksimaalne soovitatav tsüklid aastas Eeldatav aastane seinakadu maksimaalsete tsüklite korral Hinnanguline kasutusiga kuni 2,0 mm Järelejäänud sein Soovitatav tegevus üle piiride Kuni 600 kraadi 1000 Alla 0,05 mm Üle 10 aasta 316 – { vastuvõetav 60 – 60 mm 60 – 0 kraadi. 8–10 aastat Vastuvõetav enamiku teenuste jaoks 650–680 kraadi 250 0.10 – 0,15 mm 5–8 aastat Monitori iga-aastane 680–700 kraadi 150 0.15 – 0,20 mm 4–6 aastat Kaaluge sulami uuendamist pikema eluea tagamiseks 700–720}}} mm – 6 –3. marginaalne 720–740 kraadi 40 0.30 – 0,45 mm 2–3 aastat Soovitatav on uuendada Incoloy 800H 740–760 kraadi 20 0.45 – 0,70 mm 1,5–2 aastat Nõutav on Incoloy 800H
Ei soovitata Üle 760 kraadi Üle 0,70 mm Vähem kui 1,5 aastat Kasutage niklipõhist sulamit
Incoloy 800H pakub ülekuumendi rakendustes oluliselt suuremat auru oksüdatsioonikindlust kui Incoloy 800, kui ümbrise tipptemperatuur ületab 720 °C ja rohkem kui 50 tsüklit aastas. Sulam annab õhema, kleepuvama oksiidi, mis koorib üle 100 mikroni paksuse, mille tulemusena väheneb aastane seinakadu 5–10 korda võrreldes 316-ga.

Disaini muudatused, et vähendada paksude{0}}seinaga kestade ketendust
Kui 2,5 mm 316 ümbris peab jooksma lubatud piiride lähedal või üle selle, võivad kolm disainimuudatust vähendada koorimist ilma ümbrise materjali muutmata. Esimene on reguleeritud jahutusramp. Jahutamine tipptemperatuurilt ümbritseva õhuni kiirusega alla 50 °C tunnis minimeerib termilise šoki ja tulemuseks on väiksemad ja vähem hävitavad pragud. Teine muudatus on ümbrise pinna eel-oksüdeerimine enne tsüklilist hooldust. Kütteseadme pidev täistemperatuuril töötamine 500–1000 tundi tekitab paksema ja stabiilsema oksiidi, mis harvemini koorub. Kolmas muudatus on hoida ooterežiimi miinimumtemperatuuri 300 °C juures, selle asemel et alandada ümbritseva õhu temperatuuri. See vähendab iga tsükli kuumakoormust 40-60%, suurendades seega oluliselt tsüklite arvu koorimisepisoodide vahel. Enamiku auruülekuumendi rakenduste puhul on 2,5 mm 316 kest vastuvõetav tipptemperatuuride jaoks kuni 680 °C ja talutava tsüklisagedusega. Üle 700 kraadi peavad insenerid aktsepteerima 2–4-aastast kasutusiga või üle minema Incoloy 800H-le. Ülekuumendi kulude erinevus 316 ja Incoloy 800H vahel on tavaliselt 30–50%, kuid pikaealisuse ja väiksema oksiidide ummistumise tõenäosus allvoolu seadmetes muudavad uuendamise tasuvaks. Kui määrate küttekehad tsüklilise aurutöö jaoks, mainige alati eeldatavat ümbrise tipptemperatuuri, tsükli sagedust ja soovitud kasutusiga. Tootja, kes soovitab 316 750°C tööks, mainimata oksiidkoorumist ja seinakadu, ei anna täielikku insenerinõu. Auruga oksüdatsiooniga koorimine loob ühtlase ja prognoositava seinakao, kuid seda tuleb kasutusea arvutamisel arvesse võtta. See on eriti oluline paksuseinaliste ümbriste puhul, kus koorimine eemaldab kõrgemal temperatuuril moodustunud paksema oksiidikatla tõttu rohkem metalli ühe sündmuse kohta.