При којој специфичној комбинацији фреквенције термичког циклуса и вршне температуре омотача плашт од 2,5 милиметара од нерђајућег челика 316 доживљава пилинг оксида који смањује дебљину зида испод 2,0 милиметра у року од једне године у сервису цикличког парног прегрејача?

Комбинација паре високе температуре и цикличног рада ствара јединствено оксидационо окружење између електричног парног прегрејача инжењера електране и 316 омотача од нерђајућег челика стручњака за индустријске котлове. За разлику од загревања ваздуха где се оксидне љуске стварају релативно спором брзином, пара убрзава оксидацију јер водена пара дифундује кроз оксидни слој и реагује са металом испод. Љуштење оксидних љуспица при термичком циклусу је посебно проблематично за омоте са-дебелим зидовима. Нагомилавање-оксида постаје довољно густо да се разбије, узимајући са собом основни метал при сваком пилингу. За рад прегрејача дебљина зида је понекад специфицирана као 2,5 мм да би се омогућила чврстоћа пузања и дозвољена корозија. Међутим, за неке комбинације вршне температуре и фреквенције циклуса, ексфолијација оксида може еродирати 0,5 мм дебљине зида за годину дана и самим тим угрозити механички интегритет. Овај рад успоставља посебне границе за неприхватљиве стопе пилинга за омотач од 2,5 мм 316 у цикличној употреби паре.

Механизми парне оксидације и деламинације у нерђајућем челику 316
У прегрејаној пари на температурама већим од 550°Ц, нерђајући челик 316 развија дуплекс оксидну скалу са спољашњим слојем магнетита (Фе3О4) и унутрашњим слојем шпинела богатим хромом{4}}. Брзина оксидације следи параболични закон; међутим, додавање паре повећава брзину за однос од 2-5 у поређењу са ваздухом на истој температури. У омотачу 316 расте ~10 микрона оксида у пари након 1000 сати на 600°Ц. На 650 степени дебљина је 25 микрона. 700°Ц, 60 микрона. Оксид је већи од 120 микрона на 750°Ц након 1000 сати. Расипање оксида током хлађења је због тога што слој оксида расте изнад критичне дебљине и неусклађености термичког ширења оксида и метала. Основна дебљина за пилинг оксида формираних у пари је око 30-50 микрона. Сваки пут када се оксидни слој уклони, уклања се и сићушни премаз основног метала (2-5 микрона у већини случајева). После 1000 сати кумулативног излагања омотача од 0,25 мм на 700°Ц са 100 термичких циклуса сваке године, оксид би нарастао до 60 микрона и дошло би до пилинга. Ако се пилинг одвија сваких 1000 сати и сваки пут се скине 4 микрона метала, годишњи губитак зида ће бити око 0,035 мм - занемарљив. Међутим, пилинг се може чешће појавити на вишим температурама и/или чешћим циклусима, што убрзава деградацију зида.

Критични прагови за убрзано пилинг омотача у 2,5 мм
Тестови цикличне контролисане оксидације паром 2,5 мм 316 узорака омотача показали су тачне границе иза којих би губитак зида био већи од 0,5 мм годишње – тачка у којој би се омотач од 2,5 мм смањио на 2,0 мм за 12 месеци.

Максимална температура омотача сати до првог пилинга, кумулативна дебљина оксида при пилингу Губитак метала по догађају пилинга Број циклуса годишње за годишњи губитак који премашује 0,5 мм Доминантни механизам квара 550°Ц 8,000 – 10,000 сати 25 –203 микрона испод 25 –203 циклуса/година Пилинг није значајан 600 степени 2.000 – 3.000 сати 35 – 45 микрона 3 – 5 микрона Изнад 500 циклуса/годишње Гранични ризик 650 степени 500 – 800 сати 50 – 70 микрона 4 – 6 микрона 4 – 6 микрона 4 – 6 микрона 4 – 6 микрона 4 – 6 микрона 4 – 6 микрона 4 – 6 микрона 4 – 6 микрона 4 – 6 микрона Изнад 150 степена ризик од 150 5 сати – 05 сати 80 – 120 микрона 5 – 8 микрона Изнад 50 циклуса/годишње Висок ризик 750 степени 50 – 100 сати 150 – 200 микрона 8 – 12 микрона Изнад 20 циклуса/годишње Тешка ексфолијација 800 степени 20 – 40 сати 250 – 12 микрона 250 – 125 микрона годишње Брзи губитак зида
За прегрејач на вршној температури омотача од 700°Ц и 100 циклуса годишње (приближно 2 циклуса недељно), годишњи губитак зида биће 100 циклуса подељен са 200 циклуса између догађаја пилинга (средња тачка од 150–250 сати на 24 сата по циклусу је отприлике 6–10 циклуса по догађају). Годишњи губитак зида је 0,05–0,12 мм, далеко испод 0,5 мм, са 10–15 ексфолијација годишње и губитком од 5–8 микрона по догађају. На 700 степени са 300 циклуса годишње (око 6 циклуса недељно), годишњи губитак је 0,15–0,36 мм, приближавајући се граници. На 750 степени са 100 циклуса годишње годишњи губитак је 0,5–1,2 мм, што је изнад прага. Стога је важна комбинација за неприхватљив губитак зида вршна температура већа од 730°Ц, са више од 100 циклуса/годишње, или вршна температура већа од 700°Ц, са више од 300 циклуса/годишње.

Безбедан радни омотач од 2,5 милиметарског омотача у парном сервису
Следећа табела приказује максимални предложени број циклуса годишње за плашт од 2,5 мм 316 у раду цикличког парног прегрејача да би се годишњи губитак зида одржао испод 0,2 мм (мање од 10% дебљине зида годишње).

Максимална температура омотача Максимални препоручени циклуси годишње Очекивани годишњи губитак зида при максималним циклусима Процењени радни век до 2,0 мм Преостали зид Препоручена радња Изнад граница До 600 степени 1.000 Испод 0,05 мм Преко 10 година 316 –{ 6} 500 мм – 10 година Прихватљиво за већину услуга 650 – 680 степени 250 0.10 – 0,15 мм 5 – 8 година Надгледајте годишње 680 – 700 степени 150 0.15 – 0,20 мм 4 – 6 година Размислите о надоградњи легуре за дужи век 700 – 720}} маргина од 4 године – {{06 – 37. 720 – 740 степени 40 0.30 – 0,45 мм 2 – 3 године Препоручена надоградња на Инцолои 800Х 740 – 760 степени 20 0.45 – 0,70 мм 1,5 – 2 године Потребан Инцолои 800Х
Не препоручује се изнад 760 степени изнад 0,70 мм Мање од 1,5 године Користите легуру на бази никла
Инцолои 800Х нуди знатно већу отпорност на оксидацију паре од Инцолои 800 за апликације прегрејача када вршне температуре омотача прелазе 720°Ц и више од 50 циклуса годишње. Легура производи тањи, лепши оксид који се љушти дебљине изнад 100 микрона, што резултира фактором смањења годишњег губитка зида за 5-10 у поређењу са 316.

Промене у дизајну да би се смањило љуштење у омотачу са дебелим{0}}зидовима
Када омотач од 2,5 мм 316 мора да иде близу или изнад дозвољених граница, три промене дизајна могу смањити љуштење без промене материјала омотача. Први је, регулисане брзине хлађења. Хлађење од вршне температуре до амбијенталне брзине испод 50°Ц по сату минимизира топлотни удар и резултира мањим, мање деструктивним крхотинама. Друга измена је претходна-оксидација површине омотача пре цикличне употребе. Константним радом грејача на пуној температури током 500–1000 сати добија се дебљи, стабилнији оксид за који је мање вероватно да ће се често љуштити. Трећа промена је одржавање минималне температуре у стању приправности на 300°Ц, уместо пада на амбијенталну. Ово смањује оптерећење топлоте у сваком циклусу за 40-60%, што увелико повећава број циклуса између епизода пилинга. За већину примена прегрејача паре, омотач од 2,5 мм 316 је прихватљив за вршне температуре до 680°Ц са подношљивим фреквенцијама циклуса. Преко 700 степени, инжењери морају или прихватити радни век од 2-4 године или надоградити на Инцолои 800Х. Разлика у цени између 316 и Инцолои 800Х за прегрејач је типично 30-50%, али повећани век трајања и мања шанса за блокаду оксида у низводној опреми чине надоградњу вредном труда. Када специфицирате грејаче за циклични рад паре, увек наведите предвиђену вршну температуру омотача, учесталост циклуса и жељени радни век. Произвођач који препоручује 316 за рад на 750°Ц без помињања оксидног пилинга и губитка зида не даје потпун инжењерски савет. Ексфолијација парном оксидацијом ствара конзистентан и предвидљив губитак зида, али то ће се морати узети у обзир у прорачунима радног века. Ово ће бити посебно важно за омоте са дебелим зидовима где ће пилинг уклонити више метала по догађају због дебљег оксидног каменца који се формира на вишој температури.