L'erosione da cavitazione si verifica principalmente nei sistemi di circolazione di liquidi con velocità di flusso elevata, fluttuazioni di pressione e miscelazione di gas-liquido a due-fasi. Quando la pressione locale del liquido scende al di sotto della pressione del vapore saturo, si formano istantaneamente numerose minuscole bolle di vapore. Queste bolle collassano violentemente nel momento in cui la pressione viene ripristinata, generando-microgetti ad alta velocità e intense onde d'urto che colpiscono continuamente la superficie del tubo. Il film passivo viene rimosso e la matrice subisce danni da fatica plastica, formando cavità butterate a nido d'ape sulla parete del tubo. Con un funzionamento prolungato, i pozzi si collegano e penetrano nella parete, causando una perdita media. Il danno da cavitazione presenta una perdita di materiale locale concentrata e nessuna evidente fonte di corrosione esterna.
1. Meccanismo di danno da cavitazione microscopica
Quando il mezzo che scorre attraversa improvvise contrazioni, curve o aree di bassa-pressione, la pressione locale diminuisce rapidamente e il liquido vaporizza producendo un gran numero di bolle di cavitazione. Una volta che il fluido entra in una zona ad alta-pressione, le bolle implodono in pochi microsecondi. L'implosione rilascia un potente shock idraulico e getti di liquido ultra-fine che colpiscono la superficie metallica. L'impatto ripetuto induce sollecitazioni cicliche di compressione e trazione sul substrato, portando all'innesco di crepe da fatica sotto la superficie del materiale. La pellicola passiva di ossido di cromo si frattura e si stacca continuamente. Gli ioni corrosivi nel liquido invadono le fessure, accoppiando la fatica meccanica con la corrosione elettrochimica per accelerare l'espansione dei pozzi. Alla fine, cavità dense si uniscono per formare-fori nelle pareti e causano guasti alle apparecchiature.
2. Posizioni tipiche vulnerabili all'erosione da cavitazione
Sezioni di ingresso direttamente collegate alle uscite delle pompe con drastica variazione di pressione;
Sezioni di tubi a gomito, riduttore e ad espansione improvvisa in cui il campo di flusso cambia bruscamente;
Linea livello liquido di tubi riscaldanti con alternanza di immersione in liquido e fase vapore;
Aree con scarsa uniformità del flusso e zone morte di vortici locali;
Superficie del tubo vicino alle valvole di strozzamento dove la pressione diminuisce bruscamente.
3. Principali fattori che inducono l'accelerazione
Sollevamento e portata eccessivi della pompa che portano a violente fluttuazioni di pressione;
Una temperatura del liquido eccessivamente elevata riduce la pressione del vapore saturo e favorisce la formazione di bolle;
Una grande quantità di aria disciolta miscelata nel liquido circolante;
Superficie ruvida del tubo e difetti di saldatura che fungono da siti di nucleazione delle bolle;
Disposizione impropria della tubazione con frequenti cambiamenti improvvisi nel diametro del tubo e nella direzione del flusso.
4. Misure tecniche di prevenzione dei collegamenti interi-multidimensionali-
① Ottimizzare la struttura della pipeline per agevolare la transizione del flusso
Utilizza gomiti con riduzione graduale e transizione ad arco anziché curve ad angolo retto-per eliminare improvvise cadute di pressione.
② Regolare i parametri operativi per eliminare la formazione di bolle
Controllare ragionevolmente la temperatura del fluido e la frequenza operativa della pompa per evitare che la pressione scenda al di sotto della pressione di vaporizzazione.
③ Installare dispositivi di scarico per rimuovere il gas disciolto
Installare valvole di scarico automatiche nei punti più alti del sistema per scaricare l'aria accumulata e ridurre le fonti di nucleazione delle bolle.
④ Migliora la finitura superficiale dei tubi riscaldanti
Implementa l'elettrolucidatura per ridurre i micro-vai superficiali e limitare la generazione iniziale di bolle di cavitazione.
⑤ Rafforzare la resistenza all'usura della superficie locale
Esegui il rivestimento laser o il trattamento di nitrurazione sulle aree ad alto-rischio di cavitazione per migliorare le prestazioni anti-fatica da impatto.
5. Tabella di confronto degli effetti della prevenzione
表格
| Modalità pipeline e funzionamento | Rischio di erosione da cavitazione | Piano di ottimizzazione consigliato |
|---|---|---|
| Transizione netta della tubazione + flusso elevato ad alta temperatura | Perforazione rapida a nido d'ape | Ristrutturare la pipeline e aggiungere impianti di scarico |
| Disposizione del flusso regolare + scarico periodico + limitazione dei parametri | Inibisce efficacemente i danni da cavitazione | Schema standard del sistema di riscaldamento a circolazione convenzionale |
| Trattamento di rinforzo superficiale + gestione della disaerazione | Tendenza minima all’erosione da cavitazione | Opzione preferita per l'uscita della pompa e l'acceleratore nelle vicinanze dell'attrezzatura |
Conclusione
L'erosione da cavitazione dei tubi riscaldanti 316 ha origine da danni da shock indotti dalla generazione periodica di bolle e dal collasso. Le idee fondamentali per la prevenzione consistono nell'ottimizzare la progettazione del canale di flusso per stabilizzare la pressione, rimuovere il gas disciolto dal mezzo, limitare la temperatura operativa e la velocità del flusso ed eliminare i punti di nucleazione dei difetti superficiali. La trasformazione completa della progettazione delle tubazioni e il funzionamento del processo standardizzato possono eliminare radicalmente i rischi di perdite attraverso le pareti causati dall'erosione da cavitazione.
