Qhov siab tshaj plaws tso cai Hoop Stress ntawm 500℃Internal Sheath Kub tswj lub 100,000-teev Creep Rupture Lub neej ntawm 316 Stainless Steel Heater Tubing

Tsim Kev Nyuaj Siab Rau Kev Pabcuam Lub Neej Thaum Kub Kub Kub

Rau 316 stainless hlau sheathed hluav taws xob cua sov raj siv nyob rau hauv high kub huab cua los yog roj cua kub daim ntaub ntawv nrog rau sab hauv hlau kub ntawm 500 degree, thiab nyob rau hauv lub puab phab ntsa ntawm sheaths raus nyob rau hauv qis kub kua, qhov siab tshaj plaws tso cai hoop kev nyuaj siab rau ib tug 100,000 teev creep rupture lub neej yog ib qho tseem ceeb tsim parameter. Rau chav tsev kub tsim, lub zog tawm los yog lub hauv paus rau kev tso cai kev ntxhov siab whereas rau qhov kub thiab txias tsim rau creep txwv kev ua haujlwm, cov kev ntxhov siab yog xws li cov khoom yuav tsis tawg los ntawm creep cavitation thiab grain ciam teb tawg nyob rau hauv nws lub neej tsim. Rau 316 stainless hlau ntawm 500 degree, qhov nruab nrab kev ntxhov siab ua rau tawg hauv 100,000 teev (txog 11.4 xyoo ntawm kev ua haujlwm tas mus li) yog li 120-140 MPa, nyob ntawm qhov tshwj xeeb kub chemistry thiab grain loj. Qhov siab tshaj plaws pub hoop kev nyuaj siab yog 80-95 MPa nrog ib txwm muaj kev nyab xeeb ntawm 1.5 rau kev tsim tawm tsam creep rupture (ASME Section VIII Division 2 method). Tsab xov xwm muab cov ntaub ntawv muaj nuj nqis ntawm kev ntxhov siab rau kev ntxhov siab rau 316 lub tshuab rhaub cua sov hauv qhov kub ntawm 450℃txog 650℃thiab cov txheej txheem los xam kev nyab xeeb kev khiav hauj lwm siab thiab phab ntsa thickness rau siab kub kev pab cuam.

Creep Rupture Mechanism thiab Larson -Miller Criterion

Rau 316 stainless hlau creep rupture tshwm sim los ntawm grain ciam cavitation thiab tawg propagation . Lub sij hawm rau rupture nws txawv nrog kub raws li ib tug Arrhenius kev sib raug zoo thiab nrog kev ntxhov siab raws li ib tug inverse hwj chim txoj cai. Lub Larson-Miller parameter (LMP=T × (C + log t_r), qhov twg T yog qhov kub thiab txias hauv Kelvin, t_r yog lub sijhawm tawg hauv cov xuab moos thiab C yog cov khoom siv tas li feem ntau 15-20 rau austenitic stainless hlau) yog ib txoj hauv kev ntawm cov ntaub ntawv ntxiv rau lub sijhawm luv luv. Kev sim dav dav tau ua tiav ntawm 316 los txiav txim siab txog 100,000 teev creep rupture lub zog ntawm 500℃ntawm 110 MPa (qis khi, 95% kev ntseeg siab) thiab 150 MPa (saum toj kawg nkaus) nrog lub ntsiab lus ntawm 130 MPa. Lub zog tawg ntawm 100,000 teev yog 60-90 MPa ntawm 550 degree. Thiab ntawm 600℃nws qis mus rau 30-50 MPa. Ntawm 650℃lub 100,000 teev rupture zog yog 15-25 MPa. Qhov no yog qis dua qhov kev ntxhov siab los ntawm lub siab sab hauv hauv cov qauv siv cua sov feem ntau thiab txhais tau tias 316 tsis tuaj yeem ncav cuag 100,000 teev lub neej ntawm 650℃txawm tias phab ntsa tuab npaum li cas, vim tias kev sib tsoo yuav tsis muaj peev xwm. Qhov ua tau zoo yog tias 316 sheathed heaters ua rau 100,000 teev (11.4 xyoo) kev pabcuam txuas ntxiv yuav tsum tau tsim ua xws li qhov siab tshaj plaws kev ua haujlwm sheath kub tsis siab tshaj 530-550℃nyob ntawm qhov siab sab hauv.

Tso cai Hoop Stress, Quantified rau 100,000 Teev Lub Neej.

Table 4.3 qhia tau hais tias qhov siab tshaj plaws tso cai hoop kev nyuaj siab rau 316 stainless hlau rhaub tubing nrog ib tug creep rupture lub neej ntawm 100,000 teev ntawm kub ntawm 450℃thiab 650 degree. Peb qhov kev ntxhov siab yog muab, piv txwv li qhov kev ntxhov siab rau kev sib tsoo (50% ciaj sia), qhov kev nyuaj siab qis (95% ciaj sia taus, API / ASME tsim hauv paus), thiab cov qauv tsim kev tso cai rau kev ntxhov siab (qis khi faib los ntawm kev nyab xeeb ntawm 1.25-1.5 nyob ntawm txoj cai. Rau kev tsim lub tshuab rhaub siv lub siab tshaj plaws ntawm cov phab ntsa yuav tsum tau suav nrog kev ntxhov siab-Piv txwv. max=2 t σ tso cai / D txhais tau tias, qhov twg t yog phab ntsa tuab, D txhais tau tias yog qhov nruab nrab txoj kab uas hla.

Kub (degree) Lub ntsiab lus Repture Stress (MPa) 100,000 hr Lower Bound (95% Ciaj sia taus) Rupture Stress (MPa) Pom Zoo Tsim Tso Cai Kev Nyuaj Siab (MPa) (SF=1.4 nyob rau sab qis) Qhov siab tshaj plaws Hoop Stress rau 100,000-hrs Kev Pabcuam Lub Neej (MPa) 475 170-200 145-175 100-125 110 Muaj kev nyab xeeb rau cov cua sov feem ntau
500 120-150 100-130 70-95 85 Tus qauv tsim qauv 525 85-110 70-95 50-70 60 Derated tsim yuav tsum tau 550 60-80 45-65 30-45 40 Luv-lub neej lossis qis- kev ntxhov siab nkaus xwb 575 40-55 30-45 20-30 25 Marginal rau kev pabcuam txuas ntxiv 600 25-40 18-30 12-20 15 Tsis pom zoo rau 100,000-hr 625 15-25 10-18 7-12 10 Tsis pom zoo rau lub neej ntev
650 10-15 5-10 3-7 5 316 tsis haum; upgrade alloy
Hloov Internal Pressure thiab Phab Ntsa Thickness kom tso cai rau kev ntxhov siab

Qhov kev pom zoo tsim kev tso cai hoop kev ntxhov siab rau cov pa 316 lub tshuab cua sov sheath ntawm 10 hli txheej txoj kab uas hla thiab 1.5 hli phab ntsa thickness (txhais tau tias txoj kab uas hla 8.5 hli) yog 85 MPa ntawm 500 degree, uas muab lub siab tshaj plaws sab hauv ntawm P_max=(2 1.5 85) ​​/ 8.5=30 MPa (300 bar). Qhov no yog qhov zoo tshaj qhov muaj peev xwm ua tau nyob rau hauv qhov kev pab cuam lub rhaub dej kub, ua kom pom tias kev tawg ntawm 500℃tsis yog qhov txwv rau lub rhaub dej - lwm yam teeb meem xws li oxidation lossis thermal qaug zog yuav ua rau muaj zog. Nyob rau hauv txoj kab uas hla loj sheaths los yog kub creep yuav limiting. Rau 20 hli OD sheath nrog 2.0 hli phab ntsa (txhais tau tias txoj kab uas hla 18 hli) ntawm 550℃(tso kev ntxhov siab 40 MPa) qhov siab tshaj plaws sab hauv tsuas yog Pmax=(2 2.0 40) / 18=8.9 MPa (89 bar). Qhov no tej zaum yuav tsawg dhau rau lub rhaub dej kub ntawm 550℃hauv lub zog siab (xws li dej superheated lossis chav ntawm 80-100 siab). Tus tsim qauv yuav tsum ua kom cov phab ntsa tuab, txo qhov kub los ntawm kev txo lub zog ceev, lossis hloov cov khoom siv.

Tej yam cuam tshuam rau Creep Rupture Strength

Creep rupture zog nyob rau hauv lub rooj yog rau 316 kiag li annealed ASTM 6-8 (30-50 m) grain loj. Peb yam hloov cov txiaj ntsig no. Thawj yog grain loj. Coarse grained khoom (ASTM 3-5, 50-80 µm) qhia 10-20% muaj zog creep rupture lub zog nyob rau tib qhov kub ntawm cov khoom zoo grained vim hais tias cov ciam teb yog cov tseem ceeb creep cavitation qhov chaw thiab coarser grain loj txhais tau tias tsawg ciam teb ib chav tsev ntim ntawm cov khoom thiab li no ib tug tsawg ntom ntawm kab noj hniav. Mus rau qhov tsawg kawg nkaus qhov loj me ntawm ASTM 5 tuaj yeem muab cov npoo ntxiv. Qhov thib ob yog kev ua haujlwm txias ua ntej: 10-20% kev ua haujlwm txias boosts thawj lub zog tab sis ua rau muaj kev ntxhov siab sai thiab rov ua dua tshiab nyob ib puag ncig 500-600 degree, ua rau tsis zoo rau lub sij hawm ntev creep zog dua li cov khoom siv tag nrho. Fully annealed yog zoo dua rau creep txwv kev pab. Lub ntsiab lus thib peb yog kev faib cov carbide. Cov khoom siv nrog nplua intracranular carbides (los ntawm kev daws qhov tseeb annealing) muab nag lossis daus ntxiv uas ua rau kom nkag siab tsis kam. Coarse, grain ciam carbides (sensitisation) txo qis creep zog raws li cov carbides ua raws li qhov chaw nucleation rau kab noj hniav. Fine intragranular carbides nyob rau hauv cov tshuaj annealed microstructure yog tsim nyog rau creep constrained daim ntaub ntawv.

Tswv yim txiav txim siab ntawm Sheath Temperature rau Creep Life Calculations

Qhov ntsuas kub ntawm lub plhaub sab hauv (qhov kub ntawm cov hlau ntawm sab hauv phab ntsa uas tswj cov kev nkag siab ntawm lub siab- muaj cov ntoo khaub lig-} ntu) ntawm lub tshuab cua sov hauv kev pabcuam yog siab dua qhov kub ntawm lub plhaub sab nraud ntsuas hauv cov txheej txheem dej. Qhov kub ntawm qhov sib txawv ntawm phab ntsa yog ΔT=(q × t) / k qhov twg q yog cua sov ntws (W / m2), t yog phab ntsa thickness thiab k yog thermal conductivity ntawm 316 (kwv yees 20 W / m·K ntawm 500 degree). Rau lub tshuab rhaub dej kub uas muaj lub tsho sab nrauv kub 90℃thiab phab ntsa tuab 1.5 hli, lub tsho sab hauv kub tsuas yog 1-2℃siab dua uas yog qhov tsis txaus ntseeg. Yog tias qhov kub ntawm sab nraud yog 600 degree, qhov kub ntawm sab hauv tuaj yeem yog 620-630℃vim tias qhov kub thiab txias ntawm cov phab ntsa yuav txo qis heev. Cov cua kub cua sov yuav tsum tau siv los txiav txim siab qhov ntsuas kub sab hauv phab ntsa thaum cov ntaub ntawv creep rupture yog siv es tsis yog cov ntaub ntawv kaw tseg. Creep tsis yog lub neej txwv tsis ua haujlwm hom nyob rau hauv feem ntau ntawm immersion cua sov daim ntaub ntawv nyob rau hauv cov kua. Rau huab cua thiab roj cua kub siab tshaj 500℃sab nraum qhov kub thiab txias, creep yuav tsum tau txiav txim siab tshwj xeeb.

Cov ntsiab lus: Daim ntawv thov ntawm Creep Rupture Cov ntaub ntawv rau kev tsim ntawm 316 Cua sov

Rau 316 stainless hlau encased heaters nrog qhov kub thiab txias ntawm 500 degree, qhov siab tshaj plaws tso cai hoop kev nyuaj siab rau 100,000 teev (11.4 xyoo) creep rupture lub neej yog 85 MPa (pom zoo tsim tso cai). Qhov kev ntxhov siab no tso cai rau cov kab me me tsis tu ncua (10 hli OD, 1.5 hli phab ntsa) txhawm rau tiv nrog cov kev ntxhov siab sab hauv mus txog 300 bar - ntau tshaj qhov kev pabcuam ib txwm muaj. Ntawm 550℃tso cai rau kev ntxhov siab yog txo mus rau 40 MPa thiab ntawm 600℃mus rau 15 MPa, ua rau creep rupture lub neej txwv rau ntau lub tshuab cua sov tsim. Cov kws ua haujlwm xav tau 316 sheaths rau kev pabcuam kub kub yuav tsum suav cov phab ntsa sab hauv los ntawm cov cua sov thiab cov phab ntsa tuab, tom qab ntawd xaiv cov phab ntsa tuab thiab kev ua haujlwm siab xws li qhov kev ntxhov siab hoop tsis tshaj qhov tso cai ntawm lub rooj rau lub neej kev pab cuam. Cov architecture tau piav qhia ntawm no txuas cov kev ntxhov siab ntxhov siab nrog qhov ntsuas kub, lub sijhawm thiab kev nyab xeeb kom cov neeg siv khoom tuaj yeem tsim 316 lub tshuab cua sov uas yuav ua haujlwm tsis tu ncua rau 100,000 teev yam tsis muaj qhov tsis ua tiav.