Как методът на огъване (дорник срещу натиск) на титанов U-тръбен нагревател влияе върху разпределението на остатъчното напрежение при огъване и впоследствие неговата устойчивост на предизвикано от хлорид-напукване в морска термопомпа?

Основният компромис-от методите на огъване за морски титаниеви нагреватели
Морските термопомпи използват титанови U{0}}тръбни нагреватели, потопени в солена вода или саламура. Областта на огъване на U-тръбата е мястото с най-голямо напрежение и е най-чувствително към хлоридно корозионно напукване (SCC). Два често срещани метода на огъване водят до различно разпределение на остатъчното напрежение. Огъването с дорник използва вътрешна опора (дорник) за проследяване на вътрешността на тръбата по време на огъване, което води до гладка, постоянна дебелина на стената и минимално остатъчно напрежение. Компресионното огъване, известно също като огъване на рама, избутва тръбата около фиксирана матрица без вътрешна опора. Резултатът е сплескано напречно-сечение с големи остатъчни напрежения на опън по външния радиус или екстрадосе. Тези остатъчни щамове, във връзка с експозицията на хлорид при повишени температури (50-70 градуса), могат да причинят SCC. Тази презентация анализира двата метода на огъване и описва защо огъването на дорник е предпочитано за морските услуги и как дебелината на стената влияе върху разпределението на остатъчното напрежение.

Въздействие върху механичната цялост: Остатъчно напрежение поради огъване
Огъването на дорник използва вътрешен дорник, който поддържа стената на тръбата по време на формоването, за да предотврати отслабването на стената и да поддържа кръговостта. Деформацията на огъване е еднаква по напречното сечение на тръбата. След огъване на дорника остатъчните напрежения обикновено са от порядъка на 50–100 MPa (на опън в екстрадосите и на натиск в интрадосите). Тези напрежения са под прага за иницииране на SCC в титан в морска вода (около 150-200 MPa). Огънатият участък все още показва устойчивост на напукване, предизвикано от хлорида.

При компресионно огъване (без дорник) има значително изтъняване на външната стена на завоя (10–20% намаление на стената), изкълчване и може би набръчкване на вътрешната стена. Остатъчното напрежение на опън върху екстрадосите може да достигне до 200-300 MPa, близо до или над границата на провлачване на титан от клас 2 (275 MPa). Остатъчните напрежения са над прага на SCC. Хлоридните йони в солената вода могат да доведат до пукнатини при екстрадос на огъване в рамките на период от 6-12 месеца при 60 градуса. Пукнатините растат между гранули по протежение на силно напрегнатата област, която причинява повреда на нагревателя.

Термично въздействие Изтъняване на стени и пренос на топлина
Компресионното огъване води до локализирано изтъняване на стената при екстрадос на огъване. За номинална стена от 1,2 mm, допълнителната дебелина може да бъде намалена до 0,9-1,0 mm чрез компресионно огъване. Тази по-тънка част е малко по-топла (1-2 градуса) от правите секции за същата плътност на мощността, което може да ускори корозията. Огъването на дорника запазва постоянната дебелина на стената в огъването, запазвайки термичната хомогенност.

Синтез на компромис-: Техника на огъване и дебелина на стената
Метод на огъване Еднородност на дебелината на стената Остатъчно напрежение при Extrados (MPa) Риск от SCC (морска вода, 60 градуса) Препоръчителна дебелина на стената Експлоатационен живот (години)
Компресия (памет) Не-равномерна (10-20% изтъняване) 200-300 MPa Висока (напукване за 6-12 месеца) Всякаква (без полза)<2 years
Компресия + облекчаване на напрежението отгряване Не-равномерно 80-120 МПа Ниско (след отгряване) 1,5 mm (за противодействие на изтъняването) 5-8 години
Дорник (вътрешна опора) Равномерно (±5%) 50 – 100 MPa Няма (под прага) 1,0-1,2 mm 10+ години
Дорник + електрополиране Равно 40 – 80 Mpa Няма 1,0 mm 15+ години
Оптималната комбинация от ниско остатъчно напрежение и SCC устойчивост се получава при огъване на дорника с 1,0-1,2 mm стена. За компресионно огъване в морската експлоатация не е допустимо отгряване след огъване, независимо от дебелината на стената.

Инженеринг отвъд метода на огъване: отгряване за облекчаване на напрежението
Когато се изисква огъване при натиск поради производствени ограничения, отгряването за освобождаване на напрежението след огъване (520 градуса за 45 минути в аргонова атмосфера) намалява остатъчното напрежение с 60–80 %. Загрятите компресионно{6}}огънати U-тръби имат остатъчни напрежения от 80-120 MPa, все още по-високи от тези за огъване на дорник, но под прага на SCC. Въпреки това, стената изтънява от огъването на натиск, следователно трябва да се използва по-дебела номинална стена (1,5 mm), за да се гарантира подходяща дебелина при екстрадосите след изтъняване (оставаща дебелина=1.2–1,3 mm). Компресионното огъване + отгряване + по-дебела стена може да достигне 5-8 години експлоатация в морските термопомпи, приемливо, но не отлично.

Заключение: Огъването на дорник е предпочитано за морски услуги за 1,0-1,2 mm дебелина на стената.
Методът за огъване на нагревател от титанова U-тръба в морска термопомпа, изложен на солена вода при 60 градуса, е от съществено значение за разпределението на остатъчното напрежение при завоя и устойчивостта на напукване,-предизвикано от хлорид. Огъването на дорник (с вътрешна опора) осигурява хомогенна дебелина на стената и ниски остатъчни напрежения (50–100 MPa) под прага на SCC, което позволява на конвенционална стена от 1,0–1,2 mm да осигури 10+ години експлоатация. Компресионното огъване (без дорник) води до изтъняване на стената и високи остатъчни напрежения (200–300 MPa) над прага на SCC, причинявайки напукване в рамките на 6–12 месеца, независимо от дебелината на стената. Препоръчителният стандарт е титаниева тръба от степен 2, огъната на дорник, дебелина на стената от 1,0 до 1,2 mm, електрополирана повърхност. Ако е необходимо огъване чрез натиск, имате нужда от отгряване за освобождаване на напрежението след огъване и по-дебела стена (1,5 mm), за да компенсирате изтъняването, но очаквайте по-кратък експлоатационен живот (5-8 години). Ако поръчате U-тръбни нагреватели за морски термопомпи, посочете огъването на дорника и изискайте доказателство за измерване на остатъчното напрежение (<100 MPa) in the bend region. Wall thickness is no substitute for good bending exercise.