Nelle apparecchiature per la produzione in batch, nei serbatoi di reazione intermittenti e nei sistemi di riscaldamento-di regolazione della temperatura, i tubi di riscaldamento in acciaio inossidabile 316 subiscono ripetutamente aumenti periodici della temperatura e cicli di raffreddamento. Il carico termico alternato a lungo termine-indurrà uno stress termico ciclico sulla superficie della parete del tubo, provocando gradualmente l'innesco di microfessure nella pellicola passiva-ricca di cromo. Nel frattempo, la frequente espansione e contrazione della matrice aggrava la concentrazione delle tensioni residue sui cordoni di saldatura, sulle sezioni piegate e sui giunti filettati. Sotto l'azione combinata del danno da fatica del film passivo e dei mezzi corrosivi contenenti cloruro-, la vaiolatura locale si sviluppa rapidamente lungo le microfessurazioni e si evolve in fessurazioni da tensocorrosione, che è definita come rottura per corrosione da fatica termica. Molti progettisti di apparecchiature calcolano solo la temperatura di esercizio nominale dei materiali ignorando l'influenza della frequenza di fluttuazione della temperatura e dell'ampiezza della differenza di temperatura, con conseguente distacco prematuro della pellicola passiva e perdite nascoste del tubo dopo un funzionamento intermittente a lungo termine. Pertanto, l'ottimizzazione della progettazione strutturale, dell'impostazione dei parametri operativi e del trattamento di rinforzo superficiale è essenziale per migliorare le prestazioni di fatica termica e limitare i cedimenti per corrosione ciclica indotta dalla temperatura-. La corrosione per fatica termica ha origine dal ripetuto danno meccanico della pellicola protettiva passiva sotto stress termico alternato. Quando il tubo riscaldante viene riscaldato rapidamente dalla temperatura ambiente alla temperatura di esercizio elevata, la parete esterna si espande per prima e sopporta sollecitazioni termiche di trazione; durante lo spegnimento del raffreddamento, la contrazione della superficie genera uno stress di compressione. Il carico ciclico di tensione-compressione ripetuta produrrà microfessure da fatica sulla fragile pellicola passiva di ossido. Gli ioni cloruro nel mezzo penetrano in queste minuscole fessure e entrano in contatto con il substrato metallico fresco per innescare la dissoluzione anodica. Ad ogni ciclo di temperatura, le cricche si espandono continuamente, sviluppandosi gradualmente da vaiolature superficiali a cricche da fatica penetranti. Le zone interessate dal calore della saldatura-e le parti piegate a freddo-con sollecitazione di trazione residua intrinseca sono più soggette a guasti per fatica termica a causa della sovrapposizione di sollecitazioni termiche cicliche e della formazione di sollecitazioni residue. Questo studio riassume quattro efficaci strategie di ottimizzazione per migliorare la resistenza alla corrosione da fatica termica dei tubi riscaldanti: controllo della velocità di cambiamento della temperatura, limitazione della differenza di temperatura ciclica, ottimizzazione della distribuzione delle sollecitazioni strutturali e implementazione del rafforzamento delle sollecitazioni di compressione superficiale. Innanzitutto, limitare rigorosamente l'aumento della temperatura e la velocità di raffreddamento durante l'avvio e l'arresto delle apparecchiature. Sono vietati il riscaldamento e lo spegnimento rapidi; la velocità di variazione della temperatura è controllata al di sotto di 3 gradi al minuto. Il riscaldamento segmentato graduale non solo evita uno stress termico eccessivo e istantaneo sulla superficie del tubo, ma impedisce anche un'espansione termica non uniforme tra il filo della resistenza, il riempitivo in ossido di magnesio e l'involucro in acciaio inossidabile, che potrebbe causare danni all'isolamento interno. Il raffreddamento lento dopo lo spegnimento può ridurre efficacemente l'ampiezza dello stress alternato sopportato dal film passivo, rallentando notevolmente la rottura per fatica dello strato protettivo. In secondo luogo, controllare ragionevolmente la massima differenza di temperatura ciclica. Per i tubi riscaldanti che funzionano in mezzi contenenti cloruro, la differenza di temperatura del singolo ciclo non deve superare i 120 gradi. Una fluttuazione eccessiva della temperatura aumenterà notevolmente l'ampiezza dello stress termico e accelererà il danno da fatica del film passivo. Quando il processo richiede un ampio intervallo di temperature, è possibile adottare il riscaldamento segmentato a temperatura costante per ridurre frequenti cambi di temperatura di ampia{34}}ampiezza, diminuendo così la frequenza del carico termico alternato sostenuto dal corpo del tubo. In terzo luogo, ottimizzare la progettazione strutturale per disperdere la concentrazione dello stress termico. Evita transizioni strutturali brusche, mutazioni locali di pareti spesse-sottili e layout di piegatura a raggio-piccolo. I cordoni di saldatura dovranno essere lucidati in modo uniforme per eliminare l'altezza del rinforzo di saldatura e i difetti di intaglio superficiale che causano facilmente l'accumulo di stress. L'avvolgimento uniforme ed equidistante dei fili di resistenza interni garantisce una distribuzione equilibrata del calore sull'intera superficie del tubo, prevenendo punti caldi locali e stress termico concentrato causato da una distribuzione non uniforme della potenza. In quarto luogo, la pallinatura superficiale e la ricottura di distensione sono adottate per le posizioni chiave di concentrazione dello stress-. La ricottura di distensione a bassa-temperatura elimina lo stress di trazione residuo generato durante la piegatura e la saldatura, evitando la sovrapposizione dello stress residuo e dello stress termico ciclico. La pallinatura forma uno strato uniforme di sollecitazione di compressione superficiale, che può frenare efficacemente l'inizio e l'espansione delle microfessure dovute alla fatica del film passivo, migliorando significativamente la soglia di fatica termica dell'acciaio inossidabile 316 in ambienti a temperatura alternata e corrosivi. La verifica dell'invecchiamento ciclico della temperatura sul campo mostra che i tubi riscaldanti con regolazione lenta della temperatura e trattamento di pallinatura possono resistere a decine di migliaia di cicli di riscaldamento-raffreddamento senza fessurazione passiva del film e corrosione per vaiolatura. Al contrario, i tubi riscaldanti con frequenti e rapidi cambiamenti di temperatura subiscono evidenti perforazioni per corrosione da fatica termica entro 8-12 mesi. In conclusione, limitare la velocità del cambiamento di temperatura e la differenza ciclica di temperatura, ottimizzare la struttura di dispersione delle sollecitazioni e adottare un rinforzo delle sollecitazioni di compressione superficiale può migliorare significativamente la resistenza alla corrosione da fatica termica dei tubi riscaldanti. Queste misure di ottimizzazione proteggono l'integrità della pellicola passiva sotto carichi termici alternati a lungo termine, eliminano i rischi di corrosione nascosti indotti dalla fatica e garantiscono un servizio stabile a lungo termine delle apparecchiature di riscaldamento industriale intermittente.
