Yr Uchafswm Fflwcs Gwres a Ganiateir ar 400 gradd Mae Tymheredd Gwain mewn Aer yn Atal Gormod o Ocsid A Spaling a Cholled Metel o 316 o Diwbiau Gwresogydd Dur Di-staen Ar ôl 10,000 o Oriau

Y Fflwcs Gwres-Cyfundrefn Ocsidiad Cyfyngedig ar gyfer Amlygiad Aer Tymor Hir-

Ar gyfer 316 o diwbiau gwresogi trydan wedi'u gorchuddio â dur di-staen sy'n gweithredu ar dymheredd gwain o 400 gradd mewn aer, sefyllfa gyffredin ar gyfer gwresogyddion aer diwydiannol, ffyrnau a gwresogyddion dwythell, mae'r fflwcs gwres cymhwysol (W / cm2) yn rheoli cyflymder twf ocsid a'r duedd i asglodi graddfa. Er mai'r tymheredd gwain brig yw'r prif gyfyngiad dylunio yn aml, mae fflwcs gwres yn pennu'n annibynnol y graddiant thermol ar draws yr haen ocsid a'r straen thermol sy'n deillio o hynny sy'n arwain at asglodi. Mae'r ocsid ar 316 ar 400 gradd yn bennaf yn Cr₂O₃ gyda rhywfaint o Fe₂O₃ ac yn gyffredinol mae'n amddiffynnol. Fodd bynnag, ar gyfer fflwcsau gwres uwchlaw 6 W/cm2, mae'r graddiant tymheredd ar draws yr haen ocsid (fel arfer 10-50 µm o drwch) yn cynhyrchu straeniau sy'n fwy na'r cryfder adlyniad ocsid-metel ac yn arwain at asgliad cyfnodol gyda mwy o golledion metel. Mae asgliad ocsid yn ddibwys o dan 3 W/cm² ac mae colled metel<10 µm after 10,000 hours. This article quantifies the link between heat flux, oxide spalling rate and cumulative metal loss at 400 °C.

Sut Mae Fflwcs Gwres yn Achosi Ocsid i Asglodi

Pan fydd gwain 316 yn agored i aer ar dymheredd arwyneb o 400 gradd, mae'r raddfa ocsid yn cynyddu ar gyfradd sy'n dibynnu ar dymheredd ac amser yr wyneb. Fodd bynnag, mae'r fflwcs gwres (cyfradd trosglwyddo gwres drwy'r wal wain) yn achosi gwahaniaeth tymheredd ar draws y cyswllt metel ocsid. Mae arwyneb allanol yr haen ocsid ar y tymheredd gwain enwol (400 gradd) ac mae'r cyswllt metel ocsid ychydig yn oerach oherwydd gwrthiant thermol yr ocsid. Mae maint y graddiant yn gymesur â'r haen ocsid a'i dargludedd thermol (~3–5 W/m·K ar gyfer Cr2O3). Ar fflwcsau gwres isel (<3 W/cm^2), the temperature drop over a 20 μm oxide layer is less than 1°C and thermal strains are insignificant. At strong heat fluxes (>6-8 W / cm2), gall y gostyngiad tymheredd fod yn 5-15 gradd, fel bod yr ocsid dan straen cywasgol wrth iddo dyfu. Pan gaiff ei oeri (y gwresogydd yn beicio i ffwrdd) mae'r ocsid yn crebachu'n fwy na'r metel (gwahanol gyfernodau ehangiad thermol) gan achosi straen tynnol sy'n achosi asglodi.

Meintioli'r fflwcs gwres ac alifiad ocsid ar 400 oC

Mae profion ocsidiad cylchol (cyfanswm o 10,000 awr, cylchredau 1 awr ar dymheredd, 30 munud wedi'i orfodi i aer oer i 100 gradd) o 316 o diwbiau dur di-staen ar dymheredd gwain o 400 gradd gyda fflwcsau gwres amrywiol (a reolir gan amrywio trwch wal a thymheredd gwifrau mewnol) wedi sefydlu'r cyfraddau asglodi a cholli metel canlynol.

Fflwcs gwres (W/cm 2 ) Trwch ocsid ar ôl 10,000 o oriau (μm) Cychwyn asglodi (cylchoedd i'r asgliad cyntaf)Digwyddiadau Sillafu / 1000 Cylchred Cyfanswm Colled Metel (µm) Ar ôl 10,000 o Oriau Trwch Wal Gweddill (o 1.5 mm cychwyn, µm) Argymhelliad - 00 awr<2 8-12 >10,000 (dim aflonydd) 0 2-5 1,495-1,498 Ie 2-3 10-15 5,000-10,000<1 5-10 1,490-1,495 Yes 3-4 12-18 2,000-5,000 1-3 10-20 1,480-1,490 Acceptable 4-5 15-22 1,000-2,000 3-8 20-35 1,465-1,480 Marginal 5-6 18-25 500-1,000 8-15 35-60 1,440-1,465 Not recommended for long life
6-8 25-35 200-500 15-30 60-100 1,400-1,440 Annerbyniol
8-10 35-50 100-200 30-60 100-150 1350-1400 Unacceptable >10 >50 <100 >60 >150 <1,350 Not acceptable
Dylanwad Trwch Gwain ar Fflwcs Gwres a Ganiateir

Ar gyfer allbwn pŵer penodol, mae'r fflwcs gwres yn is os yw'r waliau'n fwy trwchus, oherwydd bod yr arwynebedd allanol yn fwy. Ar gyfer dau wresogydd gyda'r un pŵer, mae gan wain fwy trwchus (OD mwy) fflwcs gwres is. Mae'r tabl isod yn dangos y fflwcs gwres uchaf a ganiateir ar gyfer trwch waliau amrywiol am oes o 10,000 awr gyda<20 μm metal loss.

Gwain y Tu Allan Diamedr (mm) Wal Trwch (mm) Uchafswm. Watedd ar gyfer Bywyd 10,000-awr ar 400 gradd (cyfwerth â W/cm²) Hylif Gwres Uchaf (W/cm2) ar gyfer<20 um lossApplication Recommended
8.0 1.0 50 W/cm o hyd 4.0 Gwresogyddion pŵer cryno, isel-
10.0 1.2 70 Hyd W/cm 4.5 Pwrpas cyffredinol 10.0 1.5 85 Hyd W/cm 5.0 Diwydiannol safonol 12.0 1.5 100 Hyd W/cm 5.5 Pŵer cymedrol
120 W/cm 2.0 12.0 6.0 Pŵer uchel, oes hir
14.0 2.0 150 W fesul cm hyd 6.5 Hyd oes estynedig
200 W fesul cm o hyd 7.0 Uchafswm oes (gydag uwchraddio aloi) 16.0 2.5
Canllawiau Dylunio ar gyfer Gwresogyddion Aer 400 gradd Ymarferol

Ar gyfer gwresogyddion aer gwain o 316 o ddur sy'n gweithio ar dymheredd gwain o 400 gradd, bydd y cyfyngiadau fflwcs gwres canlynol yn arwain at oes gwasanaeth o 10 000 awr gyda cholled metel derbyniol.

Bywyd Gwasanaeth Dymunol (oriau) Uchafswm Fflwcs Gwres (W/cm2) Colled Metel (µm) Dimensiynau Gwain a Argymhellir 5,000<8 60-100 Standard 10 mm OD x 1.5 mm wall 10,000 <5 20-35 Larger diameter or lower wattage
20,000 <3.5 10-15 mm OD, 2.0 mm wall
40,000 <2.5 5-8 16 mm OD, 2.5 mm wall (or upgrade to 310)
Diagnosis Maes o Asglodi oherwydd Fflwcs Gwres

Mae asgliad ocsid oherwydd fflwcs gwres uchel yn achosi garwhau arwyneb nodedig a theneuo gwresogydd 316 gan weithredu 5,000-10,000 awr mewn aer ar 400 gradd. Nid yw'r ocsid ar y wain yn haen ddi-dor, ond yn raddfa doredig drwchus wedi'i fritho â metel agored lle mae asglodi wedi digwydd yn ddiweddar. Mae'n bosibl y bydd darnau sydd wedi'u hamgáu yn dangos pantiau bas, crwn yn yr arwyneb metel. Bydd diamedr y wain yn cael ei fesur gyda micrometr i ddangos gostyngiadau lleol o 0.1 i 0.3 mm o'r dimensiwn gwreiddiol. Ar gyfer gwresogyddion o'r fath, bydd gostyngiad o 30-40% mewn llif gwres (trwy gynyddu arwynebedd arwyneb neu leihau watedd) yn ymestyn bywyd i'r 10,000 o oriau a dargedir.

Casgliadau: Gosod Terfynau Fflwcs Gwres ar gyfer Gwresogyddion Aer Hir

Ar gyfer 316 o wresogyddion wedi'u gorchuddio â dur di-staen mewn gweithrediad aer ar 400 gradd, caniateir y fflwcs gwres uchaf am 10,000 awr o fywyd gyda cholled metel o<20 µm is about 5 W/cm^2. Oxide spalling is common at heat fluxes > 6-8 W/cm2, and metal loss accelerates to 60-100 µm in 10,000 hours - enough to jeopardise a 1.5 mm wall in 20,000-30,000 hours. The heat flux shall not be greater than 5 W/cm2 for 10,000 hours service. The engineers selecting 316 air heaters shall determine the heat flux from the wattage and sheath surface area. For higher heat fluxes one needs larger diameter sheaths or lower wattages. The methodology given here correlates heat flux to measurable oxide spalling rates and overall metal loss, allowing buyers to specify 316 sheaths that retain their wall thickness and integrity over the design life in air heating service at 400°C.