Għall-inġiniera tal-proċess responsabbli għall-ħiters tal-immersjoni elettriċi f'reatturi b'ġakketta u awtoklavi, it-talbiet taċ-ċikli termali tal-ipproċessar kimiku tal-lott joħolqu kundizzjonijiet ta 'għeja uniċi li rari jidhru f'servizz kontinwu. Reattur jista 'ċiklu minn 20 grad sa 200 grad u lura diversi drabi kuljum, b'rati ta' tisħin ikkontrollati mit-talbiet tar-reazzjoni kimika. Il-ħxuna tal-ħajt tal-kisja tal-istainless steel 316 tbiddel b'mod fundamentali r-rispons tal-istress-razza għal dawn iċ-ċikli. B'mod kontra l-intuwizzjoni, ħajt oħxon ta '2.5 mm jista' jfalli minn ratcheting tal-plastik-l-akkumulazzjoni progressiva ta 'razza f'direzzjoni waħda ma' kull ċiklu-filwaqt li ħajt irqiq ta '1.2 mm jibqa' elastiku u jgħix b'mod indefinit. Dan l-artikolu jidentifika l-kombinazzjoni speċifika ta 'frekwenza ta' ċiklu termali u temperatura delta li fiha għant ta '2.5 mm 316 jonqos qabel għant ta' 1.2 mm fis-servizz tat-tisħin tar-reattur b'ġakketta.
Il-Mekkaniżmu ta' Ratcheting tal-Plastik f'Għatjiet ħoxnin-Walled
Ratcheting tal-plastik iseħħ meta komponent jesperjenza stress termali ċikliku li jaqbeż is-saħħa tal-produzzjoni tal-materjal f'direzzjoni waħda iżda mhux bil-maqlub. Għal għant-ħxuna 316 b'ħitan li jgħaddi minn tisħin rapidu, il-wiċċ ta 'barra jespandi aktar mill-wiċċ ta' ġewwa, u joħloq stress kompressiv fuq barra u stress tat-tensjoni fuq ġewwa. Jekk dan l-istress jaqbeż ir-rendiment, il-materjal jiddeforma plastikament. Waqt it-tkessiħ, il-wiċċ ta 'barra jikkuntratta aktar malajr, u jreġġa' lura d-direzzjoni tal-istress. Jekk l-istress tat-tkessiħ ma jaqbiżx ir-rendiment, il-materjal ma jerġax lura għal kollox għall-istat oriġinali tiegħu. Ma 'kull ċiklu ta' tisħin, inkrement żgħir ta 'tensjoni tat-tensjoni jakkumula fuq il-wiċċ ta' ġewwa. Wara eluf ta 'ċikli, din ir-razza ratcheting tista' tilħaq 5-10%, li tikkawża tnaqqija u eventwali qsim. Għal ħajt irqiq ta '1.2 mm, il-gradjent tat-temperatura madwar il-ħajt huwa ħafna iżgħar, għalhekk l-istress termali jibqa' taħt ir-rendiment kemm fit-tisħin kif ukoll fit-tkessiħ, li jirriżulta fl-ebda ratcheting. Il-parametru kritiku huwa n-numru Biot-il-proporzjon tar-reżistenza konduttiva interna għal reżistenza konvettiva esterna. Għal ħitan ħoxnin f'medja ta'-konvezzjoni baxxa bħal fluwidi ta' reatturi viskużi, in-numru Biot jaqbeż il-limitu għar-ratcheting.
Limiti Kwantitattivi għal Nuqqas ta' Ratcheting
Analiżi ta 'elementi finiti ta' 316 għant f'servizz ta 'reattur b'ġakketta bi trasferiment tas-sħana ta' konvezzjoni naturali (koeffiċjent ta '200 W/m²·K) tistabbilixxi l-limiti li ġejjin. Għal ħajt ta '2.5 mm, ratcheting jibda meta d-delta tat-temperatura għal kull ċiklu taqbeż il-120 grad u r-rata tat-tisħin taqbeż il-5 gradi kull minuta. F'delta ta '150 grad u rata ta' tisħin ta '10 gradi kull minuta, ir-razza ratcheting għal kull ċiklu hija bejn wieħed u ieħor 0.02%. Wara 10,000 ċiklu, it-tensjoni totali akkumulata tilħaq it-2%, u tikkawża tnaqqija tal-ħajt li tista 'titkejjel. Wara 25,000 ċiklu, ir-razza tilħaq 5%, bi qsim viżibbli. Għal ħajt ta' 1.2 mm taħt kundizzjonijiet identiċi, l-ogħla stress termali huwa biss 120 MPa-ħafna taħt il-qawwa ta' rendiment ta' 200 MPa ta' 316 f'150 grad - għalhekk ma jseħħ l-ebda ratcheting. F'deltas ta 'temperatura 'l fuq minn 180 grad, il-ħajt ta' 1.2 mm jibda jesperjenza ratcheting, iżda l-ħajt ta '2.5 mm jonqos f'delta ta' 130 grad. Għalhekk, id-delta kritika għall-inverżjoni tar-ratcheting hija 120-140 grad. Taħt din il-firxa, la ratchets tal-ħajt. 'l fuq minn din il-firxa, il-ratchets tal-ħajt ta' 2.5 mm filwaqt li l-ħajt ta '1.2 mm jibqa' elastiku sa delta ferm ogħla.
Limiti Kritiċi ta' Ratcheting għal 316 Ħxuna tal-Ħitan tal-Għat
It-tabella li ġejja tipprovdi d-delta tat-temperatura kritika u l-kombinazzjonijiet tar-rata tat-tisħin li fihom jibda r-ratcheting tal-plastik għal diversi ħxuna ta 'ħajt ta' 316 għant f'servizz ta 'reattur b'ġakketta. Il-valuri jassumu konvezzjoni naturali f'fluwidu viskuż (200 W/m²·K) u temperatura operattiva massima ta' 200 grad.
| Ħxuna tal-ħajt tal-għant | Delta tat-Temperatura Minima għall-Bidu tar-Ratcheting | Rata ta' Tisħin Minima għal Ratcheting f'150 grad Delta | Ratcheting Strain għal kull Ċiklu f'150 grad Delta, 10 grad /min | Ċikli għal 2% Akkumulazzjoni ta 'Strain | Ċikli għall-falliment (5% Strain) |
|---|---|---|---|---|---|
| 0.8 – 1.0 mm | Aktar minn 180 grad | Aktar minn 20 grad / min | Xejn taħt 180 grad | Mhux applikabbli | Mhux applikabbli |
| 1.2 – 1.4 mm | Aktar minn 170 grad | Aktar minn 15-il grad / min | Xejn taħt il-170 grad | Mhux applikabbli | Mhux applikabbli |
| 1.6 – 1.8 mm | 150 – 160 grad | 12 – 15 grad /min | 0.005 – 0.010% | 20,000 – 40,000 | 40,000 – 80,000 |
| 2.0 – 2.2 mm | 130 – 140 grad | 8 – 10 gradi /min | 0.015 – 0.025% | 8,000 – 13,000 | 20,000 – 30,000 |
| 2.5 – 2.8 mm | 120 – 130 grad | 5 – 8 gradi /min | 0.020 – 0.035% | 5,000 – 10,000 | 12,000 – 25,000 |
Għal reattur tal-lott li jiċċirkola minn 20 grad sa 200 grad (delta ta '180 grad) darbtejn kuljum, l-għadd taċ-ċiklu annwali huwa ta' madwar 730 ċiklu. F'din id-delta, għant ta '2.5 mm jakkumula 0.025-0.035% strain għal kull ċiklu, jilħaq 2% strain wara 5,000-8,000 ċiklu, jew 7-11-il sena. Ghat ta' 1.2 mm ma jesperjenza l-ebda ratcheting u jfalli biss minn mekkaniżmi oħra bħal korrużjoni jew għeja tal-vibrazzjoni. Għal reatturi b'rati ta' tisħin aktar mgħaġġla-bħal dawk li jużaw ċirkolazzjoni taż-żejt sħun jew fwar-il-bidu tar-ratcheting iseħħ f'deltas aktar baxxi. Reattur li jisħon minn 50 grad għal 200 grad b'20 grad kull minuta joħloq delta ta '150 grad iżda gradjent termali għoli ħafna. Taħt dawn il-kundizzjonijiet, għant ta '2.5 mm jista' jfalli f'inqas minn 2,000 ċiklu (3 snin f'żewġ ċikli kuljum), filwaqt li għant ta '1.2 mm jibqa' sigur.
Modifiki tad-Disinn għall-Prevenzjoni tar-ratcheting
Meta ħxuna-għant 316 b'ħitan huwa meħtieġ għal trażżin tal-pressjoni jew konċessjoni tal-korrużjoni f'servizz ta 'reattur ċikliku, tliet modifiki tad-disinn jistgħu jipprevjenu ratcheting tal-plastik. L-ewwel huwa li tillimita r-rata tat-tisħin. It-tnaqqis tar-rata tar-rampa minn 10 gradi fil-minuta għal 3 gradi fil-minuta inaqqas il-gradjent termali temporanju b'madwar 60%, u jżomm l-istress taħt ir-rendiment anke għal ħajt ta '2.5 mm. It-tieni modifika hija li ssaħħan minn qabel ir-reattur għal temperatura ta 'standby minima ta' 80 grad aktar milli tkessaħ għall-ambjent. It-tnaqqis tad-delta minn 180 grad għal 100 grad jelimina r-ratcheting għal kollox irrispettivament mill-ħxuna tal-ħajt. It-tielet modifika hija li tispeċifika materjal b'espansjoni termali aktar baxxa u saħħa ta 'rendiment ogħla f'temperatura. Incoloy 800H għandu koeffiċjent ta 'espansjoni termali ta' 14 × 10⁻⁶ / grad meta mqabbel ma '17 × 10⁻⁶ / grad għal 316, u jżomm saħħa ogħla f'200 grad. Din il-kombinazzjoni tnaqqas l-istress termali b'madwar 25% għall-istess delta u ħxuna tal-ħajt. Għall-biċċa l-kbira tal-applikazzjonijiet tar-reattur tal-lott, l-għażla ta 'ħxuna tal-ħajt ta' 1.2–1.6 mm tevita r-ratcheting għal kollox filwaqt li tipprovdi saħħa mekkanika suffiċjenti. Inġiniera li awtomatikament jispeċifikaw ħitan ħoxnin għal "durabilità" f'servizz ċikliku jistgħu jagħżlu b'mod involontarju disinn li jfalli qabel iż-żmien minn ratcheting. L-ispeċifikazzjoni korretta teħtieġ l-analiżi tad-delta taċ-ċiklu mistenni u r-rata tat-tisħin, imbagħad tagħżel l-iktar ħajt irqaq li jissodisfa r-rekwiżiti tal-pressjoni u l-korrużjoni. Meta jkollok dubju, itlob analiżi tar-ratcheting mill-manifattur tal-heater bl-użu ta 'mudellar ta' elementi finiti tal-kundizzjonijiet speċifiċi taċ-ċiklu. Fornitur li ma jistax jipprovdi din l-analiżi jista' ma jifhimx il-mekkaniżmi ta' ħsara uniċi ta' għantijiet b'ħitan-oħxon f'servizz termali ċikliku.
