# تأثیر چرخه حرارتی شروع مکرر-توقف بر خرابی ساختاری لوله گرمایشی سیستمهای گرمایش تخمیر اغلب به دلیل تعویض دستهای، تنظیم دما و نگهداری تجهیزات، راهاندازی و خاموشی مکرر را تجربه میکنند. هر شروع-توقف تغییرات شدید دمای سرد-گرم را ایجاد میکند و تنش حرارتی دورهای را در داخل لولههای گرمایش و لایههای محافظ آنها ایجاد میکند. چرخه حرارتی مکرر طولانی مدت باعث ترک خوردگی فیلم غیرفعال، لایه لایه شدن پوشش، خستگی فلز و ریزترک های کوارتز برای مواد مختلف می شود، عمر مفید را به شدت کاهش می دهد و خطرات نشتی پنهان را ایجاد می کند. جدول زیر ویژگی های آسیب چرخه حرارتی چهار ماده گرمایشی جریان اصلی را کمیت می کند.|مواد لوله گرمایش|مکانیسم آسیب استرس حرارتی|محل خرابی معمولی|تجلی آسیب پس از دوچرخه سواری طولانی مدت|شروع ایمن محدود-فرکانس توقف|| ----|----|----|----|----|| فولاد ضد زنگ 316|انبساط و انقباض حرارتی مکرر باعث ایجاد ریزترک های خستگی در مرزهای دانه جوش می شود. شکستگی فیلم غیرفعال تحت تنش سیکلی|درز جوش، زانویی خم لوله|فیلم منفعل ترک خورده، نفوذ حفره شتاب|کمتر یا مساوی 3 بار در 24 ساعت|| تیتانیوم درجه 2|تکه های تنش حرارتی فیلم محلی TiO2. افت دما انحلال پذیری اکسیژن محلول را کاهش میدهد و ترمیم خود فیلم را به تأخیر میاندازد|پشتیبانی از مناطق سایش تماس، بخش ضربه جریان|لکه های حکاکی شیری رنگ پراکنده، کاهش پتانسیل مداوم|کمتر یا مساوی 3 بار در 24 ساعت|| بخاری با روکش PFA|عدم تطابق زیاد ضریب انبساط حرارتی بین PFA و فولاد کربنی، تنش کششی حلقوی، شکافهای میکرو{93}}پوشش را باز میکند|موقعیت های خراش، آرنج لوله|نفوذ قلیایی بین لایه ای، گسترش تاول های پنهان|کمتر یا مساوی 2 بار در 24 ساعت؛ خنک کننده آهسته اجباری|| شیشه کوارتز|ضریب انبساط بسیار کم تنش کششی/فشاری متناوب شدید را در طول تغییر دمای سریع ایجاد می کند|انتهای اتصال رزوه ای، مفاصل آرنج|ریزترک های داخلی نامرئی، پارگی شکننده ناگهانی|کمتر یا مساوی 1 بار در 24 ساعت؛ نرخ گرمایش/سرمایش کمتر یا مساوی 0.4 درجه در دقیقه|## 1. اصل کلی آسیب چرخه حرارتی هر راه اندازی گرمایش لوله را از دمای محیط به دمای تخمیر 60 تا 90 درجه افزایش می دهد. خاموش شدن، خنک شدن سریع را به دمای اتاق بازمی گرداند. مواد مختلف و ساختارهای محافظ آنها دارای ضرایب انبساط حرارتی ناسازگار هستند. انبساط و انقباض دورهای تنش کششی و فشاری متناوب را در داخل مواد و سطوح مشترک ایجاد میکند: 1. لایههای محافظ سطح (فیلم غیرفعال فلزی، پوشش PFA) نمیتوانند تغییر شکل را با فلز پایه هماهنگ کنند و پس از دهها چرخه، ترکهای کوچک یا شکافهای جدایی ایجاد میکنند. 2. شکافها) به نقاط تمرکز تنش تبدیل میشوند، جایی که آسیبهای میکرو، چرخه به چرخه جمع میشوند و گسترش مییابند. 3. محیط خورنده و مایع تمیزکننده CIP در طول هر چرخه به شکافهای تازه تشکیلشده نفوذ میکنند و آسیبهای حرارتی مکانیکی را به نقاط ضعف خوردگی شیمیایی دائمی تبدیل میکنند. ## 2. مواد{98}}توسط-تحلیل آسیب تدریجی مواد ### 316 لوله فولادی ضد زنگ فلز پایه فولادی ضد زنگ چقرمگی خوبی دارد، اما نواحی جوش دارای ساختار دانه ناهموار و مستعد تمرکز تنش هستند. تناوبهای مکرر سرد{101}}کروم نازک{103}روی سطوح جوش را به طور مکرر کشیده و فشرده میکند که منجر به تکه تکه شدن و کنده شدن لایه میشود. فلز لخت در معرض ترکهای لایهای مستقیماً با کلرید{105}}حاوی محیط تماس میگیرد و سلولهای خوردگی حفرهای را تشکیل میدهد. با تجمع چرخههای حرارتی، گودالها بهطور مداوم در امتداد مرزهای دانههای خستگی عمیقتر میشوند و در نهایت از طریق{107}}نشتی دیوار شکل میگیرند. اگر فرکانس شروع توقف بیش از 5 بار در روز باشد، سرعت نازک شدن دیواره جوش در مقایسه با عملکرد مداوم پایدار 3 تا 4 برابر افزایش می یابد. ### لوله تیتانیوم درجه 2 فلز تیتانیوم خود در برابر خستگی حرارتی مقاومت می کند، اما فیلم غیرفعال کننده TiO2 نازک آن شکننده است و نمی تواند در برابر تغییر شکل چرخه ای مقاومت کند. دوچرخهسواری حرارتی، ترکهای ریز روی فیلم محلی ایجاد میکند. در همین حال، افت دما در هنگام خاموش شدن، حلالیت اکسیژن محلول در آب در گردش را کاهش می دهد، بنابراین فیلم ترک خورده را نمی توان به موقع ترمیم کرد. ردیابی کلرید یا فلوراید در محیط به ترک های فیلم حمله می کند و نقاط حکاکی شیری رنگ پراکنده ای را تشکیل می دهد. شروع توقف مکرر روزانه منجر به یک روند نزولی مداوم پتانسیل الکتروشیمیایی می شود که نشان دهنده گسترش مناطق آسیب فیلم است. ### بخاری با پوشش PFA این ماده شدیدترین آسیب استرس رابط را متحمل می شود. زیرلایه فولاد کربنی در دمای بالا به طور قابل توجهی منبسط می شود، در حالی که فلوروپلاستیک PFA کمی منبسط می شود. هر چرخه گرمایش پوشش PFA را به سمت بیرون کشیده می کند. هر چرخه خنک کننده پایه فولادی را منقبض می کند و پوشش را به سمت داخل می کشد. تنش و فشار متناوب طولانی مدت خراش های سطح موجود را به کانال های بین لایه ای گسترش می دهد. مایع تمیزکننده قلیایی باقیمانده که در شکاف ها به دام افتاده است، در حین گرم شدن تبخیر می شود و بین پوشش و زیرلایه فولادی تاول ایجاد می کند. اگر فرآیندهای خنکسازی آهسته پس از ضدعفونی در دمای بالا لغو شوند، شوک حرارتی آنی سرعت انبساط شکاف پوشش را دو برابر میکند. ### کوارتز لوله گرمایش کوارتز شکننده است و ظرفیت انبساط حرارتی نزدیک به صفر دارد. افزایش یا کاهش سریع دما باعث ایجاد تنش داخلی عظیم در ماتریس کوارتز می شود. حتی تنش کوچک نیز نمی تواند آزاد شود و باعث ایجاد ریزترک های نامرئی در داخل دیواره لوله می شود. ریزترک ها با هر چرخه حرارتی گسترش می یابند. هنگامی که مایع به شکاف ها نفوذ می کند، تنش داخلی بیشتر افزایش می یابد و باعث پارگی شکننده ناگهانی در طول گرمایش بعدی می شود. تجهیزات کوارتز باید به شدت سرعت تغییر دما را محدود کنند. شروع مکرر روزانه باعث می شود که ریزترک ها از طریق شکاف در چند دسته ایجاد شوند و باعث از دست دادن متوسط مخزن پر شوند. ## 3. عملیات نامناسب در محل که خطرات سیکل حرارتی را تشدید میکند 1. شستشوی اضطراری آب سرد کامل پس از عملیات در دمای بالا: از خنککردن آهسته درجهبندی صرفنظر کنید تا سوئیچسازی دستهای را تسریع کنید، ایجاد شوک حرارتی آنی{80}} تنظیم مکرر دما توسط اپراتورها، کاهش مکرر دما توسط اپراتورها و کاهش مکرر دمای پایین چرخهها{82}} تولید ناپیوسته متناوب: تولید دستهای کوتاه بهعلاوه آماده به کار طولانی، چرخههای راهاندازی توقف چندگانه هر روز. 4. بخشهای بدون عایق خط لوله: اتلاف سریع گرما در حین خاموش شدن، اختلاف دما بین دیواره داخلی لوله و سطح بیرونی را افزایش میدهد و تنش داخلی را افزایش میدهد. ## 4. اقدامات کنترل استاندارد برای کاهش آسیب چرخه حرارتی 1. تنظیم اینترلاک نرخ گرمایش و سرمایش در کابینت های کنترل: سرعت تغییر دما را محدود کنید، تزریق مستقیم محیط سرد را پس از ضدعفونی در دمای بالا ممنوع کنید. اجرای برنامه سرمایش آهسته درجه بندی شده 30 تا 40 دقیقه ای برای همه تجهیزات گرمایشی. 2. بهینه سازی برنامه ریزی تولید: ادغام دسته های کوچک برای کاهش زمان شروع توقف روزانه، حفظ گردش مداوم دمای پایین در طول دوره های آماده به کار کوتاه برای جلوگیری از خنک شدن کامل تا دمای اتاق. 3. پیچاندن کامل خط لوله تا دمای اتاق، پیچاندن کامل خط لوله بین لایه های عایق حرارتی و کاهش دمای پایین تر بین لایه های عایق حرارتی داخل لوله استرس{95}} بازرسی منظم هدفمند: - فولاد ضد زنگ/تیتانیوم: سه ماهه تشخیص پتانسیل الکتروشیمیایی + اسکن ضخامت جوش اولتراسونیک. - بخاری PFA: اسکن ماهانه نقطه سرد مادون قرمز برای یافتن تاول ها از جداسازی رابط. - لوله کوارتز: بازرسی دو هفتهای گذر نور برای قضاوت در مورد ریزترکهای پنهان{100}} محدودیتهای متمایز فرآیند: حلقههای کوارتز زمان راهاندازی را به حداقل میرسانند. تجهیزات PFA به شدت خنک کننده آهسته را اعمال می کنند. سیستمهای تیتانیوم و فولاد ضد زنگ گردش خون غنی از اکسیژن را در حالت آماده به کار اضافه میکنند تا فیلمهای غیرفعال ترک خورده حرارتی را تعمیر کنند. ## خلاصه چرخه حرارتی شروع و توقف مکرر بر آسیب استرس مکانیکی و خوردگی شیمیایی تأثیر می گذارد. عدم تطابق انبساط حرارتی بین ماده پایه و لایه محافظ باعث ایجاد شکافها و شکافهای برگشتناپذیر میشود و کانالهایی را برای اسید، قلیایی و یونها برای فرسایش بستر ایجاد میکند. کنترل نرخ تغییر دما، کاهش زمانهای شروع و توقف غیرضروری و اجرای فرآیندهای خنککننده آهسته میتواند به طور موثری از انباشت تنش حرارتی، شکست ساختاری کند لولههای گرمایش بکاهد و چرخه خدمات کامل آنها را افزایش دهد.
