Для нагревателя с титановой оболочкой, используемого для поддержания температуры 140 градусов в 50% растворе гидроксида натрия под давлением 2 бар, каково максимально допустимое растягивающее напряжение (МПа) в стенке трубы для предотвращения щелочного растрескивания в течение 5 лет?

Каустическое растрескивание (коррозионное растрескивание под напряжением) титана марки 2 вызывается 50% гидроксидом натрия при температуре 140 градусов и давлении 2 бара.. 5 лет максимально допустимое растягивающее напряжение для предотвращения растрескивания составляет 50 МПа. Это основано на пороговом коэффициенте интенсивности напряжений каустического растрескивания. Окружное напряжение, вызванное внутренним давлением, равно σ=P × D/2 t. Для трубы с внешним диаметром 25 мм и стенкой 1,5 мм окружное напряжение составляет 1,7 МПа при давлении на 2 бара, что намного ниже предельного значения. Но остаточные нагрузки от изгиба или сварки могут быть существенно выше.

Механизм каустического растрескивания Ti

Титан реагирует с горячим концентрированным NaOH с образованием слоя титаната натрия. Трещины начинаются на дефектах этого слоя при растяжении. Трещина растет межкристаллитно. Пороговое напряжение разрушения снижается с увеличением температуры и концентрации.

Количественное пороговое напряжение и его температурная зависимость

Температура (градусы) NaOH Конц. (%) Порог напряжения для 5-летнего срока службы (МПа) 120 50 100 130 50 75 140 50 50 150 50 30
Справочник по управлению стрессом

Источник напряжения Нормальное напряжение (МПа) Приемлемо? смягчение последствий
Внутреннее давление (2 бар, 25х1,5 мм) 1,7 Да Нет
Остаток от изгиба (радиус 5D) 80-120 Нет Снятие напряжения
Остатки сварки (после-сварки) 150–250 Нет блеска и снятия напряжений.
Напряжение термического расширения 20–50 BorderlineГибкая установка
Написание хорошо-содержательной спецификации

Для титанового нагревателя в 50% растворе NaOH при температуре 140 градусов: снимите напряжение всех сварных швов и изгибов при температуре 540 градусов в течение 30 минут. Напряжение ниже 50 МПа. Инженер контролирует остаточное напряжение, чтобы предотвратить образование щелочных трещин.