F'liema Kombinazzjoni Speċifika ta 'Frekwenza taċ-Ċiklu Termali u Delta tat-Temperatura 2.5 Millimeter 316 Stainless Steel Sheath Esperjenza ta' Nuqqas ta 'Ratcheting tal-plastik Qabel Sheath ta' 1.2 Millimeter fis-Servizz tat-Tisħin tar-Reattur Jacketed?

Il-kundizzjonijiet tal-għeja imposti mir-rekwiżiti taċ-ċikliżmu termali tal-ipproċessar kimiku tal-lott huma uniċi għall-inġiniera tal-proċess li jiddisinjaw ħiters tal-immersjoni elettriċi għal reatturi u awtoklavi b'ġakketta u rari huma esperjenzati f'servizz kontinwu. Reattur jista 'ċiklu minn 20 grad sa 200 grad u lura ħafna drabi kuljum, ir-rati tat-tisħin limitati mill-ħtiġijiet tar-reazzjoni kimika. Il-ħxuna tal-ħajt tal-għant tal-istainless steel 316 jibdel b'mod fundamentali r-rispons tat-tensjoni - għal dawn iċ-ċikli . Iżda b'mod kontro-intuwittiv, ħajt oħxon ta' 2.5 mm jista' jfalli permezz ta' ratcheting tal-plastik - l-akkumulazzjoni gradwali ta' tensjoni f'direzzjoni waħda ma' kull ċiklu - filwaqt li ħajt irqiq ta' 1.2 mm jibqa' elastiku u jgħix b'mod indefinit. Dan l-artikolu jiddetermina l-kombinazzjoni eżatta ta 'frekwenza ta' ċiklu termali u temperatura delta li fiha għant ta '2.5 mm 316 se jfalli qabel għant ta' 1.2 mm fis-servizz tat-tisħin tar-reattur b'ġakketta.

Mekkaniżmu ta' ratchet tal-plastik f'għatt-ħoxnin
Ratcheting tal-plastik huwa definit bħala d-deformazzjoni ta 'komponent soġġett għal stress termali ċikliku li jaqbeż is-saħħa tal-produzzjoni tal-materjal f'direzzjoni waħda iżda mhux fid-direzzjoni l-oħra. Meta jissaħħan malajr, il-wiċċ ta 'barra ta' għant-ħxuna b'ħitan 316 jespandi aktar mill-wiċċ ta 'ġewwa b'tali mod li l-wiċċ ta' barra jkun f'kompressjoni u l-wiċċ ta 'ġewwa f'tensjoni. Jekk dan l-istress huwa aktar mir-rendiment il-materjal jiddeforma plastikament. Hekk kif jibred il-wiċċ ta 'barra jiċkien aktar malajr. Id-direzzjoni tat-tensjoni tinqaleb. Jekk l-istress tat-tkessiħ ma jkunx ogħla mir-rendiment, il-materjal ma jirkuprax għal kollox għall-istat preċedenti tiegħu. Kull ċiklu ta 'tisħin jakkumula inkrement modest ta' tensjoni tat-tensjoni fil-wiċċ ta 'ġewwa. Din ir-razza tar-ratcheting tista' toqrob 5-10% wara eluf ta' ċikli li jipproduċu tiddgħajjef u eventwali ksur . Għal ħxuna tal-ħajt ta '1.2 mm, il-gradjent tat-temperatura minn ġol-ħajt huwa ħafna inqas, għalhekk l-istress termali jibqa' taħt ir-rendiment kemm fuq it-tisħin kif ukoll fuq it-tkessiħ, għalhekk m'hemm l-ebda ratcheting. Il-metrika ewlenija hija n-numru Biot - il-proporzjon tar-reżistenza konduttiva interna mar-reżistenza konvettiva esterna. In-numru ta 'Biot huwa fuq il-limitu tar-ratcheting għal ħitan ħoxnin f'mezzi ta' konvezzjoni baxxa bħal fluwidi ta 'reattur viskuż.

Limiti kwantitattivi ta' ħsara minn ratcheting
Dawn il-limiti huma derivati ​​minn studju ta 'elementi finiti ta' 316 għant f'servizz ta 'reattur miksi bi trażmissjoni tas-sħana ta' konvezzjoni naturali (koeffiċjent ta '200 W/m2·K). Ratcheting iseħħ meta d-delta tat-temperatura kull ċiklu huwa akbar minn 120 grad u r-rata tat-tisħin hija akbar minn 5 gradi kull minuta għal ħajt ta '2.5 mm. F'delta ta '150 grad u rata ta' tisħin ta '10 gradi / min, ir-razza ratcheting kull ċiklu huwa madwar 0.02%. Wara 10000 ċiklu, it-tensjoni totali kumulattiva taqbeż it-2% u jiġi osservat dgħjufija notevoli tal-ħajt. Wara 25,000 ċiklu, razza hija 5% bi qsim evidenti. Għal ħajt ta '1.2mm, l-istress termali massimu huwa biss 120 MPa taħt l-istess kundizzjonijiet, ħafna taħt il-qawwa ta' rendiment ta '200 MPa ta' 316 f'150 grad, għalhekk l-ebda ratcheting. Il-ħajt 1.2 mm jibda ratchet f'temperaturi delta 'l fuq minn 180 grad, iżda l-ħajt 2.5 mm jonqos f'delta ta' 130 grad. Allura d-delta meħtieġ għall-inversion ratcheting huwa 120-140 grad. Taħt il-medda l-ebda ħajt ma għandu ratchets. Ir-ratchets għall-ħajt ta '2.5 mm 'il fuq minn din il-medda u l-ħajt ta' 1.2 mm huwa elastiku għal delta sinifikament akbar.

Limiti Kritiċi ta' Ratcheting għal 316 Ħxuna tal-Ħitan tal-Għat
It-tabella t'hawn taħt tindika l-kombinazzjonijiet ta 'temperatura kritika, delta, u rata ta' tisħin li biha jibda l-ratcheting tal-plastik għal diversi ħxuna ta 'ħajt ta' 316 għant f'servizz ta 'reattur miksi. Il-valuri huma għal konvezzjoni naturali f'fluwidu viskuż (200 W/m2 K) u temperatura operattiva massima ta '200 grad.

Ħxuna tal-Ħitan tal-Għat Differenza tat-Temperatura Minima għall-Bidu tar-RatchetingRata minima tat-Tisħin għal Ratcheting f'150 grad DeltaRatchet Strain għal kull Ċiklu f'150 grad Delta, 10 grad /minCycles to 2% Strain AccumulationCycles to Failure (5% Strain)
0.8 - 1.0 mm 'il fuq minn 180 grad 'il fuq minn 20 grad /min Xejn taħt 180 grad Mhux applikabbli Mhux applikabbli
1.2 – 1.4 mm 'il fuq minn 170 grad 'il fuq minn 15 grad /min Xejn taħt 170 grad Xejn Xejn 1.6 – 1.8 mm 150 – 160 grad 12 – 15 grad /min 0.005 – 0.010% 20,000 – 4},{0 – 4},{0 – 4} 80,000 2.0 – 2.2 mm 130 – 140 grad 8 – 10 grad /min 0.015 – 0.025% 8,000 – 13,000 20,000 – 30,000 2.5 – 2.8 mm 120 – / 1 – 0.025% 8,000 – 13,000 20,000 – 30,000 2.5 – 2.8 mm 120 – / 1 – 0,0 gradi 0.035% 5,000 – 10,000 12,000 – 25,000
Għal reattur tal-lott li jmur minn 20 C sa 200 C (delta ta '180 C) darbtejn kuljum. In-numru ta 'ċikli fis-sena huwa ta' madwar 730 ċiklu. F'din id-delta, għant ta '2.5 mm jiġġenera 0.025–0.035% strain għal kull ċiklu, li jimmonta għal 2% strain wara 5,000–8,000 ċiklu, jew 7–11-il sena. Ghat ta '1.2mm ma jkunx ratchet, u jinkiser biss b'mezzi oħra bħal korrużjoni jew għeja tal-vibrazzjoni. Għal reatturi b'rati ta' tisħin aktar mgħaġġla, eż., ċirkolazzjoni taż-żejt sħun jew fwar, il-bidu tar-ratcheting iseħħ f'deltas iżgħar. Jekk issaħħan reattur minn 50 grad sa 200 grad f'20 grad / min, ikollok delta ta '150 grad, iżda gradjent termali għoli ħafna. Taħt dawn is-settings għant ta '2.5 mm jista' jfalli wara mill-inqas 2000 ċiklu (3 snin f'2 ċikli kuljum), filwaqt li għant ta '1.2 mm huwa sigur.

Bidliet fid-disinn biex jipprevjenu ratcheting
Tliet aġġustamenti tad-disinn jistgħu jipprevjenu ratcheting tal-plastik f'kisja 316 b'ħitan ħoxnin meħtieġa għal trażżin tal-pressjoni jew konċessjoni tal-korrużjoni f'servizz ta 'reattur ċikliku. L-ewwel huwa li tirrestrinġi r-rata tat-tisħin. It-tnaqqis tar-rata tar-rampa minn 10C / min għal 3C / min inaqqas il-gradjent termali temporanju b'~60% u jżomm l-istress taħt ir-rendiment anke b'ħajt ta '2.5 mm. It-tieni bidla hija li minflok ma tkessaħ ir-reattur għal temperatura ambjentali, huwa msaħħan minn qabel għal temperatura ta 'standby minima ta' 80 grad. Ratcheting huwa totalment eliminat bi tnaqqis tad-delta minn 180 grad għal 100 grad mingħajr rispett għall-ħxuna tal-ħajt. It-tielet bidla hija li tagħżel materjal b'espansjoni termali mnaqqsa u saħħa ta 'rendiment ogħla fit-temperatura. Pereżempju, il-koeffiċjent ta 'espansjoni termali ta' 316 huwa 17 × 10 -6 / grad vs 14 × 10 -6 / grad għal Incoloy 800H. Incoloy 800H iżomm ukoll saħħa aħjar f'200 grad. Din il-kombinazzjoni tnaqqas l-istress termali ta 'madwar 25% għall-istess delta u ħxuna tal-ħajt. Għall-biċċa l-kbira tal-applikazzjonijiet tar-reattur tal-lott ħxuna tal-ħajt ta '1.2-1.6 mm tagħti biżżejjed saħħa mekkanika mingħajr ratcheting. L-inġiniera li bl-addoċċ jitolbu ħitan ħoxnin għal "durabilità" f'servizz ċikliku jistgħu bla ma jridu jagħżlu sistema li tfalli qabel iż-żmien billi r-ratcheting. L-approċċ korrett huwa li taħdem id-delta taċ-ċiklu proġettat, u r-rata tat-tisħin, u mbagħad agħżel il-ħajt irqaq li jissodisfa r-rekwiżiti ta 'pressjoni u korrużjoni. Jekk għandek dubju, staqsi lil min jagħmel il-heater għal studju tar-ratcheting bl-użu ta 'mudellar ta' elementi finiti tal-kundizzjonijiet eżatti taċ-ċiklu. Fornitur li ma jipprovdix dan l-istudju jista' ma jifhemx il-mekkaniżmi ta' ħsara partikolari ta' għantijiet b'ħitan ħoxnin f'użu termali ċikliku.