Szok rozruchowy Uszkodzenia naprężeń termicznych rur grzewczych oleju i schematy projektowania łagodzących
Częsty rozruch na zimno i szybki wzrost temperatury-powodują intensywne, przejściowe naprężenia termiczne wewnątrz konstrukcji rur grzewczych oleju, powodując skumulowane mikro-uszkodzenia ścian osłonowych i wewnętrznych zespołów przewodów grzejnych w trakcie powtarzających się cykli operacyjnych. W wielu obwodach sterujących systemu grzewczego zastosowano natychmiastowe uruchomienie pełnej-mocy, aby skrócić czas oczekiwania na przygotowanie produkcji, ignorując niedopasowanie rozszerzalności cieplnej pomiędzy metalową osłoną, izolacją z tlenku magnezu i oporowymi elementami przewodu grzejnego pod wpływem nagłej zmiany temperatury. Stopniowa kontrola rampy mocy, rozszerzone marginesy naprężeń strukturalnych i średnio-dopasowane gatunki stopów drastycznie zmniejszają wpływ naprężenia termicznego podczas rozruchu, a termopara monitoruje szybkość wzrostu temperatury w czasie rzeczywistym-, regulując prędkość nagrzewania, aby uniknąć uszkodzeń termicznych spowodowanych szokiem.
Zespoły rur grzewczych-olejowych w stanie zimnym zachowują jednolite wymiary w niskiej-temperaturze przed uruchomieniem sprzętu. Gdy natychmiast włącza się pełna moc elektryczna, powierzchnie osłon zewnętrznych stykają się z ciepłym olejem, podczas gdy wewnętrzne przewody grzejne osiągają temperaturę kilkuset stopni w ciągu kilku sekund, tworząc ekstremalne gradienty temperatury w-przekrojach poprzecznych rur. Różnicowa rozszerzalność cieplna pomiędzy gorącym drutem wewnętrznym a chłodną zewnętrzną osłoną ze stali nierdzewnej generuje silne naprężenia rozciągające i ściskające skupione na granicach przejścia zimnego końca strefy grzewczej. Po kilkudziesięciu szybkich cyklach rozruchu w punktach skupionych naprężeń powstają mikroskopijne pęknięcia strukturalne wzdłuż ścian osłony, umożliwiające przenikanie medium olejowego do wewnętrznych warstw izolacji i powodujące upływ prądu lub wewnętrzne uszkodzenia przepalenia drutu. Olej o wysokiej-lepkości dodatkowo zwiększa to ryzyko uszkodzenia: stojące zimne medium otaczające zewnętrzne ścianki rury spowalnia wzrost temperatury powierzchni, podczas gdy wewnętrzny drut nagrzewa się szybko, zwiększając-różnice temperaturowe w przekroju poprzecznym i intensywność naprężeń.
Dopasowanie współczynnika rozszerzalności cieplnej materiału stopowego zasadniczo zmniejsza wielkość naprężenia początkowego. 321, a gatunki stali nierdzewnej 316 charakteryzują się zrównoważonymi współczynnikami rozszerzalności cieplnej zgodnymi z drutem grzejnym niklowo--chromowym Cr20Ni80 stosowanym w rurach grzewczych oleju, co zmniejsza niedopasowanie wymiarowe podczas szybkich wahań temperatury. Płaszcze ze zwykłej stali niskowęglowej-lub cienkościennych-304 charakteryzują się większymi różnicami współczynnika rozszerzalności w porównaniu z wewnętrznymi drutami grzejnymi, co zwiększa przejściowe naprężenia termiczne podczas rozruchu i przyspiesza powstawanie mikro-pęknięć. Stop Incoloy800 na bazie niklu-wykazuje doskonałą odporność na zmęczenie cieplne w powtarzających się szybkich cyklach rozruchu, co czyni go optymalnym materiałem na osłonę dla urządzeń do przetwarzania ropy ciężkiej z częstymi wstrzymywaniami i ponownym uruchamianiem produkcji seryjnej.
Pogrubiona konstrukcja ścianki rury zwiększa marginesy bufora naprężeń, aby zapobiec uszkodzeniom spowodowanym szokiem termicznym podczas uruchamiania. Cienkie-rurki grzejne o grubości poniżej 1 mm nie mają wystarczającej sztywności strukturalnej, aby absorbować przejściowe naprężenia-skurczowe związane z rozszerzaniem podczas szybkiego wzrostu temperatury, co powoduje łatwe powstawanie mikro-pęknięć powierzchniowych. Grubość ścianki zwiększona do 1,5 mm lub więcej rozkłada naprężenia cieplne podczas rozruchu równomiernie w-przekrojach poprzecznych, eliminując skupione punkty naprężeń w strefach przejściowych i wydłużając trwałość zmęczeniową konstrukcji wielokrotnie dłużej niż w przypadku alternatywnych rozwiązań cienkościennych. Konstrukcja o pogrubionych ściankach doskonale łączy się z konfiguracją o niskim obciążeniu powierzchniowym, aby jednocześnie zapobiegać uszkodzeniom naprężeniowym i ryzyku przegrzania podczas koksowania dla wszystkich typów mediów do ogrzewania olejowego.
Sterowanie stopniowanym narastaniem mocy zintegrowane z monitorowaniem szybkości wzrostu temperatury termopary eliminuje natychmiastowy szok przy rozruchu przy pełnej-mocy. Układy sterowania kierują się sygnałami zwrotnymi temperatury termopary, aby ograniczyć początkową moc ogrzewania do 30–40% mocy znamionowej podczas zimnego rozruchu, stopniowo zwiększając moc w miarę równoważenia się temperatury powierzchni rury i temperatury otaczającego medium olejowego. Ograniczenia szybkości wzrostu temperatury ograniczają prędkość nagrzewania poniżej znormalizowanych progów, aby utrzymać wąskie-przekroje gradientów temperatury i minimalne przejściowe naprężenia termiczne. W przypadku urządzeń do przetwarzania wsadowego z powtarzającymi się codziennie cyklami rozruchu, to automatyczne sterowanie rampą drastycznie zmniejsza skumulowane uszkodzenia zmęczeniowe strukturalne zespołów rur grzewczych.
Kompletne rozwiązania łagodzące naprężenia rozruchowe łączą-dopasowane rozszerzalnościowo materiały osłony ze stopu, pogrubione krawędzie konstrukcyjne ścian rury i-regulowaną termoparą stopniową kontrolę rampy mocy. Ta wielo-warstwowa konstrukcja tłumi przejściowe uszkodzenia wywołane szokiem termicznym podczas aktywacji zimnego sprzętu, eliminując powstawanie mikro-pęknięć, wycieki medium i wewnętrzne przepalenia przewodów spowodowane częstymi szybkimi cyklami rozruchu we wszystkich przemysłowych zastosowaniach ogrzewania olejowego.
