كيف تؤثر طريقة الثني (الشياق مقابل الضغط) لسخان أنبوب التيتانيوم على شكل حرف U- على توزيع الضغط المتبقي عند الانحناء، وبالتالي على مقاومته للكلوريد-المحدثة للتشقق في المضخة الحرارية البحرية؟

التجارة الأساسية-حول طرق الثني لسخانات التيتانيوم البحرية
تستخدم المضخات الحرارية البحرية سخانات أنبوبية من التيتانيوم- مغمورة في المياه المالحة أو المياه المالحة. تعد منطقة الانحناء للأنبوب U- هي الموقع الأكثر تركيزًا للإجهاد والأكثر حساسية للكلوريد الناتج عن التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي (SCC). هناك طريقتان شائعتان للانحناء تؤديان إلى توزيعات مختلفة للضغط المتبقي. يستخدم ثني الشياق دعمًا داخليًا (شياق) لتتبع الجزء الداخلي للأنبوب أثناء الثني، مما يؤدي إلى سمك جدار سلس ومتسق والحد الأدنى من الضغط المتبقي. الانحناء بالضغط، المعروف أيضًا باسم ثني الكبش، يدفع الأنبوب حول قالب ثابت دون أي دعم داخلي. والنتيجة هي مقطع عرضي مسطح-مع سلالات شد متبقية عالية في نصف القطر الخارجي، أو الجرعة الإضافية. هذه السلالات المتبقية، بالتزامن مع التعرض للكلوريد في درجات حرارة مرتفعة (50-70 درجة)، يمكن أن تسبب سرطان الخلايا الحرشفية. يحلل هذا العرض التقديمي طريقتي الثني ويصف سبب تفضيل ثني الشياق للخدمة البحرية وكيف يؤثر سمك الجدار على توزيع الضغط المتبقي.

التأثير على السلامة الميكانيكية: الإجهاد المتبقي بسبب الانحناء
يستخدم ثني الشياق شياقًا داخليًا يدعم جدار الأنبوب أثناء التشكيل لمنع إضعاف الجدار والحفاظ على الدائرية. سلالة الانحناء موحدة على طول المقطع العرضي للأنبوب. بعد ثني الشياق، تكون الضغوط المتبقية عمومًا في حدود 50-100 ميجا باسكال (الشد على الإضافات والضغط على التداخلات). هذه الضغوط أقل من عتبة بدء SCC في التيتانيوم في مياه البحر (حوالي 150-200 ميجا باسكال). لا تزال المنطقة المنحنية تظهر مقاومة للتشقق الناتج عن الكلوريد.

في الانحناء بالضغط (بدون شياق) هناك ترقق كبير في الجدار الخارجي للانحناء (انخفاض في الجدار بنسبة 10-20٪)، والتواء وربما تجعد في الجدار الداخلي. يمكن أن يصل إجهاد الشد المتبقي على الإضافات إلى 200-300 ميجا باسكال، وهو قريب أو يتجاوز قوة الخضوع للتيتانيوم من الدرجة الثانية (275 ميجا باسكال). الضغوط المتبقية تتجاوز عتبة SCC. يمكن أن تؤدي أيونات الكلوريد الموجودة في المياه المالحة إلى حدوث تشققات في الانحناء الزائد خلال فترة تتراوح من 6 إلى 12 شهرًا عند درجة حرارة 60 درجة. تنمو الشقوق بشكل حبيبي على طول المنطقة المتوترة بشدة مما يتسبب في فشل السخان.

تأثير الأداء الحراري على ترقق الجدران وانتقال الحرارة
يؤدي الانحناء بالضغط إلى ترقق الجدار الموضعي عند الانحناء الإضافي. بالنسبة للجدار الاسمي الذي يبلغ سمكه 1.2 مم، قد يتم تقليل سمك الإضافات إلى 0.9-1.0 مم عن طريق الثني بالضغط. يكون هذا الجزء الرقيق أكثر دفئًا قليلاً (1-2 درجة) من المقاطع المستقيمة لنفس كثافة الطاقة، مما قد يؤدي إلى تسريع عملية التآكل. يحافظ ثني الشياق على سمك الجدار الثابت في الانحناء، مما يحافظ على التجانس الحراري.

ملخص المقايضة-: تقنية الانحناء وسمك الجدار
طريقة الانحناء توحيد سمك الجدار الإجهاد المتبقي عند الإضافات (MPa) خطر SCC (مياه البحر، 60 درجة) عمر الخدمة الموصى به لسمك الجدار (بالسنوات)
الضغط (الذاكرة)-غير منتظم (10-20% ترقق) 200-300 ميجا باسكال عالي (تشقق خلال 6-12 شهرًا) أي (بدون فائدة)<2 years
الضغط + تخفيف الضغط التلدين-موحد 80-120 ميجابايت منخفض (بعد التلدين) 1.5 مم (لمقاومة الترقق) 5-8 سنوات
الشياق (الدعم الداخلي)الزي الرسمي (±5%) 50 – 100 ميجابايت (أقل من العتبة) 1.0-1.2 مم 10+ سنة
شياق + طلاء كهربائي يساوي 40 – 80 ميجا باسكال 1.0 مم 15+ سنة
يتم الحصول على المزيج الأمثل من الضغط المتبقي المنخفض ومقاومة SCC من خلال ثني الشياق بجدار 1.0-1.2 مم. بالنسبة للثني بالضغط في الخدمة البحرية، لا يجوز التلدين بعد الانحناء، بغض النظر عن سمك الجدار.

الهندسة ما بعد طريقة الانحناء: التلدين لتخفيف الإجهاد
عندما يكون الثني بالضغط مطلوبًا بسبب حدود الإنتاج،-يعمل التلدين لتخفيف الضغط بعد الانحناء (520 درجة لمدة 45 دقيقة في جو الأرجون) على تقليل الإجهاد المتبقي بنسبة 60-80%. تحتوي أنابيب الضغط الملدنة-المثنية- على ضغوط متبقية تبلغ 80-120 ميجا باسكال، ولا تزال أعلى من تلك الخاصة بثني الشياق، ولكنها أقل من عتبة SCC. ومع ذلك، فإن الجدار يرق بسبب الانحناء بالضغط، لذلك يجب استخدام جدار اسمي أكثر سمكًا (1.5 مم) لضمان سمك مناسب عند الإضافات بعد التخفيف (السمك المتبقي=1.2–1.3 مم). يمكن أن يصل الانحناء بالضغط + التلدين + الجدار السميك إلى 5-8 سنوات من الخدمة في المضخات الحرارية البحرية، وهو أمر مقبول ولكنه ليس ممتازًا.

الاستنتاج: يفضل ثني الشياق في الخدمة البحرية بسمك جدار يتراوح بين 1.0-1.2 ملم.
تعتبر طريقة ثني سخان أنبوب التيتانيوم على شكل حرف U- في مضخة حرارية بحرية معرضة للمياه المالحة عند درجة 60 درجة ضرورية لتوزيع الضغط المتبقي عند الانحناء ومقاومة التشقق الناجم عن الكلوريد-. يوفر ثني الشياق (مع دعم داخلي) سماكة جدار متجانسة وضغوط متبقية منخفضة (50-100 ميجا باسكال) تحت عتبة SCC، مما يتيح للجدار التقليدي الذي يبلغ سمكه 1.0-1.2 مم توفير 10+ سنوات من الخدمة. يؤدي ثني الضغط (بدون شياق) إلى ترقق الجدار وارتفاع الضغوط المتبقية (200-300 ميجاباسكال) فوق عتبة SCC، مما يتسبب في حدوث تشقق خلال 6-12 شهرًا، بغض النظر عن سمك الجدار. المعيار الموصى به هو أنابيب تيتانيوم منحنية من الدرجة الثانية، بسمك جدار يتراوح من 1.0 إلى 1.2 مم، وسطح مصقول كهربائيًا. إذا كان الثني بالضغط ضروريًا، فيجب - التلدين لتخفيف الضغط بعد الانحناء وجدار أكثر سمكًا (1.5 مم) للتعويض عن التخفيف، ولكن توقع عمر خدمة أقصر (5-8 سنوات). إذا طلبت سخانات أنبوبية على شكل حرف U لمضخات الحرارة البحرية، فحدد ثني الشياق واطلب إثباتًا لقياس الضغط المتبقي (<100 MPa) in the bend region. Wall thickness is no substitute for good bending exercise.