چگونه می توان شکل آلفا{0}}در لوله مبدل حرارتی تیتانیومی را پس از آتش سوزی تشخیص داد؟

آتش سوزی گیاه بیرون مبدل حرارتی تیتانیوم را می سوزاند. لوله ها از نظر ساختاری دست نخورده به نظر می رسند، اما یک تغییر متالورژیکی پنهان در سطح آنها رخ داده است: اکسیژن در فلز داغ پخش شده و یک لایه آلفا{1}}سخت و شکننده را تشکیل می دهد که مانند یک پوسته تخم مرغ ترک خورده بر روی فضای داخلی ثابت- انعطاف پذیر قرار می گیرد. مبدل ممکن است از نظر بصری از آتش جان سالم به در ببرد، اما بعداً در هنگام راه‌اندازی با بازگشت فشار و چرخه حرارتی از کار بیفتد.

چالش ازتشخیص آتش سوزی لوله مبدل تیتانیوم آلفادر شناسایی آسیب هایی است که تنها با بازرسی بصری معمولی به طور قابل اعتماد قابل مشاهده نیستند. آتش سوزی یک اسکار متالورژیکی بر جای می گذارد که شیمی سطح و رفتار مکانیکی تیتانیوم را برای همیشه تغییر می دهد.

آلفا-در تیتانیوم چیست؟

آلفا{0}}لایه سطحی غنی شده با اکسیژن- است که وقتی تیتانیوم در معرض دمای بالا در هوا قرار می‌گیرد تشکیل می‌شود.

تیتانیوم در شرایط عملیاتی معمولی مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی دارد زیرا به طور طبیعی یک لایه اکسید محافظ نازک تشکیل می دهد. با این حال، در دماهای به اندازه کافی بالا، انتشار اکسیژن به طور چشمگیری تسریع می یابد.

پس از گرم شدن در بالا تقریباً:

500∘C500^\\circ C500∘C

تیتانیوم با اکسیژن اتمسفر بسیار واکنش پذیر می شود.

اکسیژن به زیر مقیاس اکسید نفوذ می کند و در سطح فلز حل می شود و فاز آلفا{0}}تیتانیوم را تثبیت می کند و یک ناحیه شکننده سخت شده ایجاد می کند.

چرا قرار گرفتن در معرض آتش باعث آسیب شدید می شود؟

در طول آتش سوزی کارخانه، لوله های مبدل ممکن است در معرض شعله مستقیم یا حرارت تابشی برای چند دقیقه یا بیشتر قرار بگیرند.

حتی اگر لوله ها به طور قابل مشاهده ذوب یا اعوجاج نشوند، دمای سطح بالا می تواند اساساً متالورژی مواد را تغییر دهد.

انتشار اکسیژن به سطح لوله

در دمای بالا، اتم‌های اکسیژن به داخل شبکه تیتانیوم مهاجرت می‌کنند و یک لایه جامد-در نزدیکی سطح تشکیل می‌دهند.

این فرآیند عبارت است از:

وابسته به زمان

وابسته به دما

در دماهای بالاتر به سرعت شتاب می گیرد

حتی یک مواجهه کوتاه در بالا:

600∘C600^\\circ C600∘C

می تواند یک لایه آلفا{0}}عمیق و مخرب ایجاد کند.

هر چه مدت زمان طولانی تر و درجه حرارت بالاتر باشد، ناحیه آسیب دیده ضخیم تر و شکننده تر می شود.

چرا پرونده آلفا{0}}خطرناک است؟

خطر اصلی ناشی از شکنندگی شدید لایه غنی شده با اکسیژن-است.

اگرچه دیواره لوله تیتانیوم زیرین ممکن است نسبتاً انعطاف پذیر باقی بماند، سطح سخت شده تحت تنش بسیار متفاوت رفتار می کند.

سطح شکننده بر روی یک هسته انعطاف پذیر

لایه آلفا{0}} دارای موارد زیر است:

سختی بالا

کاهش شکل پذیری

چقرمگی شکست پایین

مقاومت در برابر خستگی ضعیف

در طول عملیات بعدی، لایه سطحی شکننده ممکن است در صورت قرار گرفتن در معرض ترک خوردگی:

نوسانات فشار

انبساط حرارتی

لرزش

گذراهای راه اندازی

استرس افتراقی

هنگامی که ترک شروع می شود، سطح آسیب دیده ممکن است نقص هایی را در دیواره لوله باقی مانده منتشر کند و در نهایت باعث نشتی شود.

بنابراین مبدل ممکن است بلافاصله پس از آتش سوزی قابل استفاده به نظر برسد اما در طول راه اندازی مجدد به طور غیرمنتظره ای از کار بیفتد.

بازرسی بصری به تنهایی قابل اعتماد نیست

یکی از خطرناک‌ترین جنبه‌های آتش‌سوزی-تیتانیوم آسیب‌دیده این است که تشکیل کیس آلفا{1} شدید ممکن است حتی زمانی که قسمت بیرونی لوله تا حد زیادی دست نخورده به نظر می‌رسد وجود داشته باشد.

سرنخ های قابل مشاهده ممکن عبارتند از:

تغییر رنگ سطح

پوسته پوسته شدن اکسید

رنگ آبی یا خاکستری

بافت سطحی مات

با این حال، این شاخص ها به طور قابل اعتماد عمق یا شدت نفوذ اکسیژن را اندازه گیری نمی کنند.

تشخیص دقیق نیاز به بررسی متالورژیکی دارد.

چگونه مورد آلفا{0}}تشخیص داده می‌شود

رویکرد استاندارد بهتشخیص آتش سوزی لوله مبدل تیتانیوم آلفاشامل آزمایش متالورژیکی مخرب نمونه های لوله نماینده است.

مرحله 1: یک بخش نمونه را بردارید

برای ارزیابی آزمایشگاهی، یک بخش لوله کوتاه از منطقه در معرض آتش-بریده می شود.

مکان های نمونه گیری معمولاً از موارد زیر انتخاب می شوند:

بیشترین مناطق در معرض گرما

نواحی نزدیک به تغییر رنگ قابل مشاهده

نزدیک ترین مناطق به برخورد شعله

سطوح مبدل بالایی که در معرض گرمای تابشی قرار دارند

مرحله 2: نمونه را سوار و پولیش کنید

نمونه لوله در رزین نصب می‌شود و به دقت صیقل داده می‌شود تا سطح مقطع تمیز-در معرض دید قرار گیرد.

پرداخت مناسب مهم است زیرا ضخامت آلفا{0}}تنها ممکن است کسری از میلی متر باشد.

مرحله 3: معاینه میکروسکوپی

در بررسی متالوگرافی، حالت آلفا{0}}به صورت زیر ظاهر می‌شود:

نوار سطح سفید روشن

لایه بیرونی بی خاصیت

یک منطقه مرزی مشخص

یک ریزساختار کاملاً متفاوت

منطقه غنی شده با اکسیژن{0}}به‌طور قابل‌توجهی با ریزساختار تیتانیوم انعطاف‌پذیر زیرین تضاد دارد.

آتش سوزی یک اسکار متالورژیکی به جا می گذارد که تنها در زیر میکروسکوپ به وضوح قابل مشاهده است.

تست میکروسختی آسیب را تایید می کند

میکروسکوپ به تنهایی اغلب با تست میکروسختی تکمیل می شود.

اندازه گیری گرادیان سختی

یک فرورفتگی میکروسختی سختی را در اعماق افزایشی از سطح لوله به سمت داخل اندازه گیری می کند.

منطقه آلفا{0}}معمولاً نشان می‌دهد:

یک سنبله سختی تیز در سطح

کاهش تدریجی سختی با عمق

بازگشت به سختی پایه معمولی{0}}فلز

این گرادیان سختی انتشار اکسیژن را تایید می کند و به تخمین شدت شکنندگی کمک می کند.

لایه سخت شده اغلب بر اساس ظاهر سطح عمیق تر از حد انتظار است.

چرا لوله را نمی توان تعمیر کرد

هنگامی که حالت آلفا{0}} شکل گرفت، هیچ روش عملی تعمیر میدانی برای لوله مبدل وجود ندارد.

حذف امکان پذیر نیست

در تئوری، سطح شکننده را می توان ماشین کاری یا شیمیایی حذف کرد. این در عمل مشکلات جدی ایجاد می کند.

حذف لایه آسیب دیده:

ضخامت دیوار را کاهش دهید

قابلیت مهار فشار کمتر

حداقل الزامات ضخامت طراحی را نقض کنید

به طور بالقوه عیوب سطحی جدیدی را معرفی کنید

لوله‌های مبدل حرارتی معمولاً اجزای نازک-دیواره‌ای با محدودیت خوردگی یا حاشیه ماشینکاری محدود هستند.

در نتیجه، هر لوله‌ای که تأیید می‌شود حاوی آلفا{0}}آسیب است باید کاملاً تعویض شود.

اهمیت ارزیابی متالورژی پس از آتش سوزی

پس از یک حادثه آتش سوزی، آزمایش فشار به تنهایی برای ارزیابی تجهیزات تیتانیوم کافی نیست.

یک آزمایش هیدرواستاتیک ممکن است به طور موقت حتی در صورت وجود شکنندگی آلفا{0}}حاد باشد.

ارزیابی جامع باید شامل موارد زیر باشد:

عدم شناسایی آسیب آلفا{0}}می‌تواند منجر به نشت فاجعه‌بار تاخیری پس از راه‌اندازی مجدد شود.

مکان های متداول آسیب های شدید

شکل‌گیری آلفا{0}}معمولاً در مناطقی که تجربه می‌کنند شدیدترین است:

برخورد مستقیم شعله

تجمع گاز داغ

جریان هوای خنک کننده ضعیف

قرار گرفتن در معرض حرارت تابشی طولانی مدت

بخش های لوله در نزدیکی پوسته خارجی مبدل اغلب شدیدتر از مناطق داخلی محافظت شده تحت تأثیر قرار می گیرند.

شیب دما در طول آتش سوزی همچنین می تواند الگوهای تردی ناهموار را در سراسر بسته ایجاد کند.

نتیجه گیری

لوله‌های مبدل حرارتی تیتانیومی که در معرض آتش هستند می‌توانند در سطح با غنی‌سازی شدید اکسیژن مواجه شوند و یک لایه آلفا{0}}شکننده ایجاد کنند که یکپارچگی مکانیکی- طولانی مدت را به خطر می‌اندازد. اگرچه ممکن است لوله ها از نظر بصری دست نخورده به نظر برسند، اما ناحیه پخش شده اکسیژن مانند یک پوسته سفت شده و مستعد ترک خوردن تحت چرخه حرارتی یا فشاری رفتار می کند.

تشخیص دقیق آلفا{0}}به بررسی متالوگرافی و آزمایش ریزسختی نیاز دارد، جایی که لایه آسیب‌دیده به صورت نوار سفید متمایز همراه با افزایش سختی سطح شدید ظاهر می‌شود. از آنجایی که لایه شکننده را نمی توان بدون کاهش ضخامت دیواره زیر حد مجاز جدا کرد، لوله های آسیب دیده باید به طور کامل تعویض شوند.

بنابراین، ارزیابی مناسب پس از آتش سوزی تجهیزات تیتانیوم باید شامل ارزیابی متالورژیکی برای شکل گیری آلفا- باشد، یک قاتل ساختاری پنهان که ممکن است تا زمانی که مبدل به خدمت بازگردد، خود را آشکار نکند. آتش فقط سطوح فلزی را نمی سوزاند. از نظر شیمیایی فلز زیر آنها را تبدیل می کند.