Kakšen je najvišji varni notranji tlak za grelni plašč iz nerjavečega jekla 316, ko je debelina stene zmanjšana pod 1,2 milimetra v tekočih sistemih z visoko-temperaturo?

Pri naknadni vgradnji električnih potopnih grelnikov v obstoječe posode pod tlakom morajo inženirji zaradi omejenega premera šobe ali dolžine vstavljanja običajno uporabiti ovoj z manjšim premerom, kot je bilo prvotno predvideno. Lahko pa izberete tanjšo steno zaradi želje po hitrejšem toplotnem odzivu. Vendar pa se obnašanje zadrževanja tlaka spremeni iz duktilnega v-nagnjeno k zlomu, če se debelina stene plašča iz nerjavečega jekla 316 zmanjša pod 1,2 mm, zlasti pri visokih temperaturah, kjer se meja tečenja materiala zmanjša. Ta dokument predstavlja kvantitativne najvišje dovoljene meje delovnega tlaka za tanko{6}}ohišje 316 z uporabo Barlowove formule z visoko-temperaturnim znižanjem. To bo inženirjem omogočilo, da določijo varne debeline sten za sisteme s tekočino pod tlakom, brez pretirane-konzervativnosti in nepotrebnega tveganja.

Osnove zadrževanja tlaka za tanko{0}}oboje 316
Pri cilindričnih tlačnih posodah, kjer je debelina stene manjša od ene -desetine notranjega polmera--, kar velja za skoraj vse ovoje električnih grelnikov, se obodna ali obročna napetost izračuna po Barlowovi formuli: σ=P × D / (2 × t), kjer je σ obročna napetost, P notranji tlak, D je zunanji premer, t pa debelina stene. STRES NA OBROČU je obratno sorazmeren z debelino stene za dani zunanji premer in notranji tlak. Zmanjšanje debeline stene za polovico podvoji obremenitev materiala plašča. Zato se najvišji dovoljeni delovni tlak spreminja neposredno z debelino stene, pri fiksnih vrednostih drugih parametrov. Meja tečenja nerjavečega jekla 316 pri sobni temperaturi je okoli 290 MPa za žarjeni material in 520 MPa za hladno vlečene cevi, ki se običajno uporabljajo za grelne ovoje. Največja dovoljena obročna napetost za hladno vlečeno 316 je približno 170 MPa, z uporabo varnostnega faktorja 3 za standardno prakso zadrževanja tlaka za tlačne posode brez kodiranja. Varno mejo dobimo z rešitvijo Barlowove formule za tlak glede na zunanji premer in debelino stene.

Kvantitativne omejitve tlaka glede na debelino stene in temperaturo
Pri povišani delovni temperaturi se dovoljeni tlak močno zmanjša. Pri 200 stopinjah se meja tečenja hladno{2}}vlečenega 316 zmanjša na približno 380 MPa, sprejemljiva obročna napetost pa se zmanjša na 125 MPa. Meja tečenja pri 300 stopinjah je 320 MPa z dovoljeno napetostjo 105 MPa. Pri 400 stopinjah, ki je najvišja meja za neprekinjeno delovanje ovoja 316, meja tečenja pade na 280 MPa, kar dopušča samo obročno napetost 90 MPa. Sledijo najvišji stalni notranji tlaki za standardni ovoj 316 z zunanjim premerom 10 mm. Največji tlak je približno 40 barov pri 200 stopinjah in debelini stene 1,6 mm. Pri isti temperaturi se dopustni tlak pri debelini stene 1,2 mm zniža na 30 barov. Varni tlak se nato zniža na 25 barov pri debelini stene 1,0 mm. Pri izdelanih plaščih je najmanjša debelina stene 0,8 mm, varen tlak pa le 20 barov. Za sisteme pri 300 stopinjah je isti 1,0 mm plašč omejen na približno 21 barov, pri 400 stopinjah pa le na 18 barov. Te vrednosti temeljijo na cevi, ki je natančno okrogla, ima homogeno debelino stene in je brez kakršnih koli drugih upogibnih ali valovitih napetosti. V praksi mora imeti plašč s toleranco izdelave 0,1 mm dodatno varnostno rezervo 20 %.

Izbirna matrika tlaka za tank{0}}ohišje 316
Priporočeni najvišji neprekinjeni notranji tlaki za grelne plašče iz nerjavečega jekla 316 pri različnih debelinah sten in temperaturah delovanja so podani v spodnji tabeli. Vrednosti vključujejo varnostni faktor 3:1 na podlagi parametrov hladno vlečenega materiala in predvidevajo tipični zunanji premer 10 mm. Pri večjih velikostih zmanjšajte pritisk sorazmerno z razmerjem velikosti.

Debelina stene plašča Najvišji pritisk @ 100 stopinj Najvišji pritisk @ 200 stopinj Najvišji pritisk @ 300 stopinj Najvišji pritisk @ 400 stopinj Priporočeni primeri uporabe
0,8 mm 28 barov 24 barov 20 barov 16 barov Nizko{5}}zanke za toplo vodo, atmosferski rezervoarji z obtočnimi črpalkami
1,0 mm 35 barov 30 barov 25 barov 20 barov Nizkotlačni kemični reaktorji, toplovodni sistemi pod tlakom
1,2 mm 42 barov 36 barov 30 barov 24 barov Srednjetlačni procesni grelniki, parni predgrelniki do 200 stopinj
1,4 mm 49 barov 42 barov 35 barov 28 barov Visokotlačni grelniki za vbrizgavanje kemikalij
1,6 mm 56 barov 48 barov 40 barov 32 barov Visokotlačni avtoklavi, sistemi s pregreto vodo
Pri aplikacijah, kjer delovni tlak presega 70 % podanih vrednosti, je priporočljivo, da inženirji izvedejo hidrostatično testiranje na vsakem grelniku ali izberejo brezšivne cevi z dokazano homogenostjo debeline stene. Ko se tlak približuje predvideni meji, je verjetnost poka na lokaliziranem tankem odseku bistveno večja. Debelina stene, ki presega 50 barov, se ne zanaša samo na to, ampak preide na plašč z manjšim premerom ali zlitino z boljšo trdnostjo, kot je Incoloy 800H.