Vết nứt do ăn mòn ứng suất (SCC) của ống gia nhiệt titan đề cập đến hiện tượng nứt gãy giòn được gây ra bởi tác động kết hợp của ứng suất kéo và môi trường ăn mòn cụ thể. Ứng suất dư từ uốn nguội, hàn và lắp ráp cưỡng bức tác động lên môi trường ăn mòn có chứa clorua, florua, axit đậm đặc hoặc dung môi hữu cơ. Các vết nứt nhỏ xuất hiện trên bề mặt ống và mở rộng nhanh chóng dọc theo phần bên trong vật liệu mà không bị mỏng đi do ăn mòn đồng đều rõ ràng, cuối cùng gây ra hiện tượng đứt gãy xuyên thấu đột ngột dưới áp suất làm việc. Sự cố này có tính chất bất ngờ và bị che giấu mạnh mẽ, đây là một rủi ro tiềm ẩn nghiêm trọng đối với thiết bị trao đổi nhiệt bằng titan.
1. Ứng suất kết hợp-Cơ chế bắt đầu vết nứt ăn mòn
Bề mặt titan dựa trên một lớp màng thụ động TiO₂ nhỏ gọn để bảo vệ-chống ăn mòn. Ứng suất kéo gây ra các vết trượt nhỏ và các khuyết tật vi mô trên lớp thụ động, làm vỡ cục bộ lớp màng bảo vệ liên tục. Các anion ăn mòn như ion flo và clo xâm nhập vào bề mặt dọc theo các điểm bị hư hỏng và hình thành các hố ăn mòn ban đầu. Ứng suất tập trung ở gốc các hố và liên tục xé rách lớp màng thụ động mới được tái tạo, giữ cho đầu vết nứt ở trạng thái hòa tan tích cực. Các vết nứt lan truyền xuyên hạt hoặc giữa các hạt với tốc độ cao dưới tác động chung của lực kéo cơ học và ăn mòn điện hóa. Ngay cả ứng suất thấp hơn nhiều so với cường độ chảy của titan cũng có thể gây ra-nứt tường sau khi-tích tụ lâu dài.
2. Các khu vực điển hình dễ bị ăn mòn do ứng suất
Mối hàn và các vùng bị ảnh hưởng nhiệt-có ứng suất dư kéo do co ngót khi hàn;
Phần uốn cong hình chữ U giữ được ứng suất dư lớn sau khi tạo hình nguội;
Các vị trí kẹp mặt bích và kẹp ống có lực siết trước{0}}bu lông quá lớn;
Khu vực luân phiên mức chất lỏng nơi muối ăn mòn bay hơi và tập trung liên tục;
Các đoạn ống cố định cứng không thể giãn nở và co lại tự do dưới sự thay đổi nhiệt độ.
3. Các yếu tố chính đẩy nhanh thiệt hại SCC
Môi trường có nồng độ florua, ion clorua cao và nhiệt độ hoạt động cao;
Ứng suất dư không được giải tỏa từ các quá trình uốn, hàn và gia công;
Chốt{0}}bị siết quá chặt sẽ tạo thêm lực kéo bên ngoài;
Sự bay hơi cục bộ dẫn đến kết tủa muối và làm giàu ion trên bề mặt titan;
Các vết xước và vết lõm trên bề mặt đóng vai trò là nguồn gây ra vết nứt để phá vỡ màng thụ động.
4. Các biện pháp kỹ thuật kiểm soát và phòng ngừa liên kết đầy đủ-
① Loại bỏ ứng suất dư thông qua quá trình ủ-sau
Tiến hành xử lý nhiệt giảm ứng suất tổng thể sau khi uốn và hàn để giảm ứng suất kéo bên trong của phôi.
② Chuẩn hóa chế độ lắp ráp và sửa chữa
Áp dụng cờ lê lực để hạn chế lực buộc chặt; sử dụng các giá đỡ trượt để dự trữ phụ cấp giãn nở nhiệt và tránh ràng buộc cứng nhắc.
③ Làm sạch môi trường làm việc và thường xuyên làm sạch cặn
Lắp đặt thiết bị lọc và khử muối để giảm hàm lượng ion halogen; xả cặn và muối kết tinh thường xuyên.
④ Tối ưu hóa việc lựa chọn vật liệu cho các điều kiện dịch vụ khắc nghiệt
Chọn hợp kim titan có hiệu suất chống-SCC được cải thiện cho môi trường-nhiệt độ cao và-halogen cao.
⑤ Loại bỏ hư hỏng bề mặt và tăng cường sự thụ động
Đánh bóng các vết xước và gờ; thực hiện quá trình oxy hóa anốt để làm dày màng thụ động và cải thiện tính toàn vẹn của nó.
5. Bảng so sánh hiệu quả phòng ngừa
表格
| Chế độ xử lý & dịch vụ | Mức độ rủi ro SCC | Kế hoạch tối ưu hóa được đề xuất |
|---|---|---|
| Tạo hình nguội mà không giảm ứng suất + môi trường có hàm lượng flo/clorua cao | Nguy cơ gãy xương giòn đột ngột rất cao | Thực hiện giảm căng thẳng hoặc nâng cấp lớp vật liệu |
| Xử lý giảm căng thẳng + lắp đặt tiêu chuẩn + thanh lọc trung bình | Ngăn chặn hiệu quả vết nứt ăn mòn ứng suất | Thông số kỹ thuật sản xuất và vận hành tiêu chuẩn |
| Thụ động anốt bề mặt + cấu trúc hỗ trợ linh hoạt | Xu hướng nứt tối thiểu trong điều kiện khắc nghiệt | Sơ đồ ưu tiên điều kiện làm việc có nguy cơ ăn mòn-cao |
Phần kết luận
Vết nứt do ăn mòn ứng suất của ống gia nhiệt titan được gây ra bởi sự phá hủy ứng suất kéo đối với màng thụ động và ăn mòn điện hóa có chọn lọc ở đầu vết nứt. Ý tưởng phòng ngừa cốt lõi là loại bỏ ứng suất kéo bên trong và bên ngoài, kiểm soát sự làm giàu của các ion ăn mòn trên bề mặt vật liệu, loại bỏ các điểm khởi đầu khuyết tật bề mặt và tăng cường độ ổn định của màng oxit bảo vệ. Kiểm soát chặt chẽ công nghệ xử lý, xây dựng lắp đặt và bảo trì hàng ngày về cơ bản có thể tránh được tai nạn rò rỉ đột ngột do nứt ăn mòn ứng suất.
