Kokie yra dokumentuoti Incoloy 825 gedimo režimai?

1 klausimas: kodėl inžinierius turėtų nurodyti Incoloy 825 bar garo turbinos komponentams, o ne naudoti įprastą mažai -legiruotą plieną ar nerūdijantį plieną?

A:Garo turbinos veikia įvairiomis garų grynumo ir temperatūros sąlygomis. Įprastose komunalinėse turbinose, kuriose naudojamas labai -grynas demineralizuotas vanduo, pakanka mažai -legiruoto plieno (pvz., CrMoV lydinių) arba 12 % chromo nerūdijančio plieno. Tačiau konkrečiose sudėtingose ​​aplinkose,{7}}pvz.,geoterminės garo turbinos, pramoninė kogeneracijasu užterštais garais arbabranduolinės antrinės kilpospaleidžiant / išjungiant{0}}„Incoloy 825“ siūlo svarbių pranašumų.

Korozijos iššūkis ne{0}}Ideal Steam:Garo turbinos sukurtos grynam garui, bet tikromis{0}}pasaulio sąlygomis dažnai patenka teršalų. Geoterminiuose garuose yra vandenilio sulfido (H₂S), anglies dioksido (CO₂), chloridų ir silicio dioksido. Pramoniniai garai gali turėti katilų apdorojimo cheminių medžiagų pėdsakų (šarminių medžiagų, fosfatų) arba proceso teršalų iš šilumokaičių. Turbinos pertrūkių metu drėgni garai, kuriuose yra chloridų ir deguonies, gali sukelti įtrūkimų ir įtempių korozijos įtrūkimus (SCC) įprastose menčių ir rotorių medžiagose.

Kodėl „Incoloy 825 Excels“:

1. Chlorido SCC imunitetas:Garo turbinos rotoriai ir mentės patiria didelį išcentrinį įtempį. „Incoloy 825“ nikelio kiekis (38-46 %) užtikrina beveik atsparumą chlorido SCC – gedimo režimui, dėl kurio įprastuose plienuose įvyko katastrofiškų turbinos diskų plyšimų. Net 17-4PH ir 403 nerūdijantis plienas gali įtrūkti užterštuose šlapiuose garuose; Incoloy 825 ne.

2. Atsparumas H₂S (Sour Service):Geoterminiuose garuose dažnai yra keli šimtai milijonų dalių H₂S. Mažai -legiruotas plienas kenčia nuo vandenilio trapumo ir sulfido įtempių krekingo (SSC). „Incoloy 825“ kontroliuojama chemija -konkrečiai, pridėjus molibdeno (2,5-3,5 %) ir vario (1,5-3,0 %), užtikrina puikų atsparumą tiek šlapiam H₂S įtrūkimui, tiek sulfidacijai aukštoje temperatūroje.

3. Atsparumas korozijai:Garo turbinos mentės patiria svyruojančius įtempius dėl garo srauto dinamikos (vibracijos). Korozija-nuovargis-sinergetinis ciklinio įtempio ir korozinės aplinkos poveikis-yra dažnas įprastų peilių medžiagų gedimo mechanizmas. Didelis „Incoloy 825“ nikelio kiekis išlaiko lankstumą ir atsparumą įtrūkimų plitimui, net kai pasyvioji plėvelė yra lokaliai pažeista. Tyrimai parodė, kad „Incoloy 825“ išlaiko maždaug 80–90% oro nuovargio stiprumo esant rūgštiems šlapiems garams, palyginti su mažiau nei 50% 12Cr plieno.

4. Erozija-Atsparumas korozijai:Drėgnas garas, kuriame yra skysto vandens lašelių (ypač žemo{0}}slėgio turbinos stadijose), sukelia eroziją{1}}koroziją. „Incoloy 825“ darbinės -kietėjimo savybės ir vienoda mikrostruktūra užtikrina geresnį atsparumą šiam kombinuotam mechaniniam-cheminiam poveikiui, palyginti su nerūdijančiu plienu.

Taikymo pavyzdys:Geoterminėse elektrinėse (pvz., geizeriuose Kalifornijoje arba gamyklose Islandijoje) Incoloy 825 buvo sėkmingai naudojamas:

Paskutinės{0}}pakopos mentės (kur drėgnumas didžiausias)

Rotoriaus stuburo velenai (dalis, kurią veikia sandarinimo riebokšlis)

Vožtuvų kotai ir apdaila drėgmės separatoriaus šildytuvuose

Išlaidų{0}}naudos įvertinimas:Incoloy 825 bar kainuoja žymiai daugiau nei įprastas rotoriaus plienas (maždaug 5-10 kartų didesnis). Tačiau geoterminės ar pramoninės kogeneracijos tarnyboje vienos turbinos gedimas kainuoja milijonus nuostolių dėl gamybos ir remonto. Šioms nišinėms, bet svarbioms programoms Incoloy 825 užtikrina reikiamą patikimumą.

Apribojimas:Aukštos{0}}temperatūros sekcijose (virš 540 laipsnių / 1000 laipsnių F) „Incoloy 825“ valkšnumo stiprumas tampa nereikšmingas. Tose zonose (aukšto{5}}slėgio turbinos įleidimo angoje) reikalingi superlydiniai, tokie kaip Inconel 718 arba Waspaloy. „Incoloy 825“ geriausiai tinka vidutinio ir žemo slėgio stadijoms, kai temperatūra yra žemesnė nei 450 laipsnių.

2 klausimas: kaip „Incoloy 825 bar“ veikia skystojo kuro raketų aplinkoje ir kokie konkretūs komponentai turi naudos iš jo savybių?

A:Skystojo kuro raketos yra viena iš ekstremaliausių medžiagų aplinkos: kriogeninė temperatūra vienoje komponento pusėje ir degimo temperatūra viršija 3000 laipsnių kitoje, dažnai milimetrais. „Incoloy 825“ šioje aplinkoje užima konkrečią nišą -ne degimo kameroje ar antgalyje (kur reikalingi ugniai atsparūs metalai ar anglies kompozitai), opagalbinės sistemos, vožtuvų komponentai ir turbo siurblio elementaikurios mato vidutinę temperatūrą, bet agresyvų cheminį poveikį.

Raketų kuro aplinka:Skystojo kuro raketose naudojami šie deriniai:

Oksidatoriai:Skystas deguonis (LOX) -183 laipsnių temperatūroje, azoto tetroksidas (N2O4) arba raudonai rūkstanti azoto rūgštis (RFNA)

Degalai:RP-1 (žibalas), skystas vandenilis (-253 laipsniai), hidrazinas (N2H4) arba nesimetrinis dimetilhidrazinas (UDMH)

Šie raketiniai degalai yra labai ėsdinantys, o kai kuriais deriniais – hipergoliniai (liečiantis užsidega). Medžiagos turi būti atsparios kriogeninei temperatūrai ir agresyviai chemijai.

Kodėl „Incoloy 825“ raketų komponentams:

1. Atsparumas azoto rūgščiai:RFNA (turi 14-20% ištirpusio NO₂) yra vienas agresyviausių oksidatorių. Jis atakuoja daugumą nerūdijančio plieno, sukeldamas tarpkristalinę koroziją ir greitą metalo praradimą. Incoloy 825 sudėtyje esantis didelis chromo kiekis (19,5–23,5 %), molibdenas (2,5–3,5 %) ir varis (1,5–3,0 %) užtikrina išskirtinį atsparumą azoto rūgščiai, net ir jos dūmų pavidalu. Dėl to Incoloy 825 yra tinkamiausia medžiaga:

RFNA talpyklos išleidimo linijos

Užpildymo ir išleidimo vožtuvai

Slėgio reguliatoriaus komponentai

2. Suderinamumas su hidrazinu:Hidrazinas ir jo dariniai (MMH, UDMH) kataliziškai suyra ant daugelio metalinių paviršių, todėl susidaro karštieji taškai ir galimas detonavimas. Incoloy 825 turi mažą katalizinį aktyvumą hidrazino skaidymui, todėl yra saugus:

Kuro purkštuko padavimo svirties

Atbuliniai vožtuvai

Lanksčios žarnos

3. LOX suderinamumas:Nors „Incoloy 825“ nėra taip suderinamas su LOX-, kaip „monel“ ar tam tikri nerūdijantys plienai, „Incoloy 825“ turi priimtiną atsparumą užsiliepsnojimui ne-atsitrenkiant (ty kai į paviršių neatsitrenkia didelio-greičio LOX purkštukai). Jis buvo naudojamas:

LOX užpildymo sistemos komponentai (kai temperatūra nukrenta iki -183 laipsnių)

Slėgio keitiklių izoliatoriai

4. Bimetalinės korozijos prevencija:Raketų sistemos dažnai maišo medžiagas. „Incoloy 825“ suteikia vidutinį galvaninį potencialą, -labesnį nei aliuminio ar magnio lydiniai, bet mažiau kilnūs nei titanas,-mažinant galvaninę koroziją skirtingose ​​metalinėse sąsajose.

Konkretūs raketų komponentai, pagaminti iš „Incoloy 825“ juostos:

Kriogeninis veikimas:Skirtingai nuo daugelio austenitinio nerūdijančio plieno, kuris kriogeninėje temperatūroje tampa trapus, Incoloy 825 išlaiko lankstumą. Esant -196 laipsnių (skysto azoto temperatūrai), jo pailgėjimas išlieka didesnis nei 30%, o atsparumas smūgiams viršija 100 J (Charpy V{7}}įpjova). Tai būtina LOX pusės komponentams, kurie vėsinimo metu gali patirti šiluminį šoką.

3 klausimas: kokie yra esminiai Incoloy 825 bar ir nerūdijančio plieno 316L mechaninių savybių skirtumai, naudojami garo turbinoms, ir kada tai pateisina išlaidų priemoką?

A:Šis palyginimas yra būtinas inžinieriams, atliekantiems garo turbinų komponentų vertės inžineriją. Nors 316L dažnai laikomas „numatytąja“ korozijai atsparia medžiaga, Incoloy 825 pasižymi specifiniais pranašumais esant agresyvioms garų sąlygoms.

Tiesioginis mechaninių savybių palyginimas (atkaitinta būsena, aplinkos temperatūra):

Pagrindiniai skirtumai esant aukštai temperatūrai (400 laipsnių / 750 laipsnių F):

Esant įprastinei vidutiniam-slėgio garo turbinos darbinei temperatūrai (350–450 laipsnių), skirtumai tampa ryškesni:

Incoloy 825išlaiko apytiksliai 70 % kambario-temperatūros takumo riba esant 400 laipsnių

316L400 laipsnių kampu išlaiko tik 55-60 % savo kambario temperatūros takumo ribos

Atsparumas šliaužimui:„Incoloy 825“ įtempių-iki-plyšimo vertės yra žymiai didesnės nei 400 laipsnių. Esant 450 laipsnių kampui, Incoloy 825 1000 valandų plyšimo stipris yra maždaug 150 MPa, palyginti su 90 MPa 316 l.

Korozijos našumo palyginimas garų aplinkoje:

Kada išlaidų priemoka pateisina Incoloy 825?

Patvirtinta (naudokite Incoloy 825):

Geoterminės garo turbinos (bet kokio dydžio)

Pramoninė kogeneracija su neapibrėžta katilo vandens chemija

Branduolinės turbinos drėgmės separatoriaus pakartotinio šildytuvo nutekėjimo linijos (kur gali susikaupti chloridai)

Turbinos menčių šaknys šlapiomis stadijomis (kai plyšių korozija kelia susirūpinimą)

Įtrūkusių 316L komponentų keitimas (gedimas pateisina bet kokias išlaidas)

Nepateisinama (naudoti 316L):

Komunalinės turbinos su garantuotai didelio{0}}grynumo garais

Perkaitinto garo naudojimas (sausas garas virš 300 laipsnių)

Garų nesudrėkę komponentai (pvz., išorinės jungtys)

Išlaidomis pagrįsti projektai-be korozijos istorijos

Praktinė nykščio taisyklė:Jei per mažiau nei 5 eksploatavimo metus garo turbinoje atsirado 316 l mentės įtrūkimai arba įdubimai, Incoloy 825 yra tinkamas atnaujinimas. Jei 316L išgyveno 10+ metų, mažai tikėtina, kad papildomos 825 išlaidos duos investicijų grąžos.

4 klausimas: kuo skiriasi Incoloy 825 baro apdorojimas ir terminis apdorojimas naudojant garo turbinas nuo raketų ir kodėl?

A:Nors abiejose programose naudojamos tos pačios ASTM B564 juostos specifikacijos, apdorojimo būdas -konkrečiai tirpalo atkaitinimo temperatūra, aušinimo greitis ir bet koks po-apdorojimo terminis apdorojimas-, atsižvelgiant į paslaugų poreikius, labai skiriasi.

Standartinis tirpalo atkaitinimas (abi programos):Visi Incoloy 825 barai yra tirpalas, atkaitintas 920–980 laipsnių (1690–1800 laipsnių F), po to greitai atvėsinamas (skysčiams, kurių storis didesnis nei 5 mm, aušinamas oru, plonoms pjūviams). Šis apdorojimas ištirpina karbidus ir sukuria lygiašę austenitinę grūdelių struktūrą.

Skirtingi reikalavimai:

Garo turbinos optimizavimas (šliaužimas + atsparumas nuovargiui):

Garo turbinoms, -ypač rotoriams ir mentėms-, pirmenybė teikiamaoptimizuoti pusiausvyrą tarp jėgos, atsparumo šliaužimui ir nuovargio naudojimoesant darbinei temperatūrai (350-540 laipsnių).

Grūdų dydžio valdymas:Turbinos komponentams yra naudingas kontroliuojamas ASTM 5-7 grūdelių dydis (smulkesnis nei standartinis). Smulkesni grūdeliai pagerina atsparumą nuovargiui ir našumą. Tirpalo atkaitinimo temperatūra palaikoma apatinėje diapazono dalyje (920–950 laipsnių), kad būtų sumažintas grūdų augimas.

Neprivalomas senėjimo gydymas:Komponentams, kuriems reikalingas didžiausias atsparumas valkšnumui esant 500–540 laipsnių, gali būti nurodytas stabilizuojantis atkaitinimas 675–705 laipsnių (1250–1300 laipsnių F) temperatūroje 4–8 valandas. Taip nusodinami smulkūs karbidai (M23C6 ir TiC), kurie sustiprina grūdelių ribas. Šis gydymas yranestandartinis ir turi būti nurodytas atskirai{0}}paprastai kaip „Incoloy 825 ir stabilizavimas“.

Liekamojo streso valdymas:Garo turbinos rotoriai patiria astabilizuojantis streso mažinimas540–565 laipsnių (1000–1050 laipsnių F) temperatūroje po grubaus apdirbimo, kad būtų išvengta iškraipymų eksploatacijos metu. Tai atliekama žemiau jautrinimo diapazono (550–700 laipsnių), kad būtų išvengta chromo karbido nusodinimo.

Raketų taikymo optimizavimas (kriogeninis tvirtumas + atsparumas korozijai):

Skystojo kuro raketų komponentams,{0}}ypač tiems, kurie kriogeninėje temperatūroje veikiami LOX arba RFNA{1}}, pirmenybė teikiamamaksimalus lankstumas, kietumas ir vienodas atsparumas korozijai.

Stambiagrūdis kriogeniniam atsparumui:Priešingai, kriogeninėms reikmėms naudingi šiek tiek stambesni grūdeliai (ASTM 3-5). Stambesni grūdeliai užtikrina geresnį atsparumą trapiam lūžimui esant skysto azoto temperatūrai, nes plyšiams plisti yra mažiau grūdelių ribų. Atkaitinimas tirpalu atliekamas viršutiniame diapazono gale (960–980 laipsnių).

Jokio stabilizavimo gydymo:Neprivalomas turbinos komponentų senėjimo apdorojimas yraišvengtaraketų komponentams. Nusodinti karbidai gali veikti kaip galvaniniai elementai koroziniuose raketiniuose kuruose (ypač RFNA) ir sumažinti kietumą kriogeninėje temperatūroje. Medžiaga naudojama visiškai ištirpusi{2}}atkaitinta.

Specialus valymo terminis apdorojimas:Deguonies aptarnavimo (LOX sistemos) komponentams taikomas akepimo gydymas200{5}}250 laipsnių (390-480 laipsnių F) temperatūroje 4–6 valandas vakuume arba inertinėje atmosferoje. Tai pašalina bet kokį absorbuotą vandenilį ar angliavandenilius, kurie gali reaguoti su LOX. Tai nėra metalurginis terminis apdorojimas – tai švaros apdorojimas, tačiau tai labai svarbu saugumui užtikrinti.

Apdorojimo skirtumų suvestinė lentelė:

Kritinis įspėjimas:Apdorojimo būdų maišymas yra pavojingas. Turbinoje naudojant raketos-klasę (stambiagrūdis, be stabilizavimo), kyla pavojus priešlaikiniam valkšnumo gedimui. LOX raketoje naudojant turbinos -klasę (smulkigrūdėlius, galimus karbidus), kyla pavojus užsidegti arba lūžti. Užsakydami visada nurodykite numatomą pritaikymą.

5 klausimas. Kokie yra dokumentuoti Incoloy 825 gedimo režimai garo turbinų ir raketų eksploatacijoje ir kaip tinkamai parinkus juostą galima jų išvengti?

A:Nors Incoloy 825 yra labai patikimas, pasitaikė gedimų. Suprasdami šiuos realius-gedimų režimus, inžinieriai gali nustatyti tinkamą juostos kokybę ir dizaino ypatybes.

Garo turbinos gedimai:

1 gedimas: didelis{1}}menčių ciklo nuovargis (HCF) dėl rezonanso

Atvejo pavyzdys:Po 18 mėnesių eksploatacijos 50 MW geoterminės turbinos mentės įtrūko. Lūžių paviršiuose buvo klasikinės paplūdimio žymės (nuovargio dryžiai), atsiradusios dėl apdirbimo žymių ant ašmenų šaknies.

Pagrindinė priežastis:Dėl didelio „Incoloy 825“ stiprumo nereikia tinkamai sureguliuoti ašmenų. Ašmenų natūralus dažnis sutapo su garų srauto sužadinimu.

Prevencija per baro pasirinkimą:Naudokite ASTM B564 juostą su papildomu reikalavimu S4 (ultragarsinis tyrimas), kad įsitikintumėte, jog nėra vidinių defektų, kurie galėtų būti nuovargio pradžios vietos. Nurodykite puikų paviršiaus apdailą (1,6 µm Ra arba geresnę) visose didelio-įtempimo vietose.

2 gedimas: nerimastingas disko tvirtinimo{1}} nuovargis

Atvejo pavyzdys:„Incoloy 825“ mentės, esančios laivyno varomojoje turbinoje, buvo pažeistos (paviršiaus susidėvėjimas su oksido nuolaužomis) prie eglės šaknų tvirtinimo, todėl atsirado įtrūkimai.

Pagrindinė priežastis:Tiek ašmenų šaknis, tiek disko anga buvo „Incoloy 825“, todėl vibracinės apkrovos sukelia pylimą ir drebėjimą.

Prevencija per apdorojimą:Nurodykite strypo medžiagos paviršiaus apdorojimą{0}}arba:

Šratymas, siekiant sukelti liekamuosius gniuždymo įtempius (padidina atsparumą dilimui)

Tepama danga (pvz., MoS₂ arba DLC) ant besijungiančių paviršių

Arba naudokite skirtingą medžiagą diskui (pvz., Incoloy 901, kad būtų didesnis kietumas).

Raketos taikymo gedimai:

3 gedimas: RFNA-sukeltas įdubimas vožtuvo komponentuose

Atvejo pavyzdys:RFNA slėgio reguliatoriaus vožtuvas, pagamintas iš Incoloy 825, po 20+ terminio ciklų (bandymas ant žemės, o ne skrydis) susidarė duobių susidarymui. Duobės buvo lokalizuotos suvirinimo -šilumos paveiktoje zonoje (HAZ).

Pagrindinė priežastis:Suvirinant be po{0}}atkaitinimo suvirinimo tirpalu, susidarė jautri zona su chromo karbido nuosėdomis. RFNA užpuolė chromo{2}}išeikvotas grūdų ribas.

Prevencija per apdorojimą:Suvirintų raketų komponentams:

Naudokite Incoloy 825 barą su ypač-mažu anglies kiekiu (<0.025%) to minimize carbide formation

Atlikite visą tirpalo atkaitinimą po suvirinimo (nepraktiška dideliems mazgams)

Arba perprojektuokite, kad pašalintumėte suvirinimo siūles RFNA{0}}drėkintose vietose (naudokite integruotai apdirbtą strypą)

4 gedimas: Hidrazino skilimo kaitinimas

Atvejo pavyzdys:Degalų purkštuko stulpas, pagamintas iš Incoloy 825, po karšto{1}}degio bandymo parodė lokalizuotą tirpimą ir vidinį įdubimą. Ant paviršiaus buvo tamsi, miltelių pavidalo apnaša.

Pagrindinė priežastis:Bare buvo paviršinis geležies užteršimas (iš valcavimo staklynų arba tvarkymo). Geležis kataliziškai skaido hidraziną egzotermiškai, sukurdama karštus taškus, viršijančius 800 laipsnių.

Prevencija per baro kokybę:Nurodykiteypatingas valymasarbabranduolinės-klasėsIncoloy 825 bar su:

Sertifikuotas mažai geležies oksido turintis paviršius (pasyvuotas po galutinio apdorojimo)

Galutinio apdirbimo metu nesiliečia su geležiniais įrankiais (naudokite karbido arba dengtus įrankius)

Galutinis pasyvavimas 20% azoto rūgštyje, kad būtų pašalinta bet kokia įterpta geležis

5 gedimas: LOX uždegimas (rimčiausias)

Atvejo pavyzdys:LOX užpildymo sistemos atbulinis vožtuvas (Incoloy 825 antgalis ir lizdas) užsidegė per trinkelių bandymą ir sukėlė gaisrą, kuris sunaikino vožtuvą.

Pagrindinė priežastis:Metalo dalelė (iš ankstesnio apdirbimo) liko įstrigusi plyšyje. Kai tekėjo aukšto -slėgio LOX, dalelė atsitrenkė į vožtuvo paviršių (dalelių smūginis uždegimas). Incoloy 825 savaiminio užsidegimo temperatūra LOX yra maždaug 350{5}}400 laipsnių smūgio metu – žemesnė nei monelinio ar žalvario.

Prevencija per juostos pasirinkimą ir apdorojimą:

NaudokiteLOX{0}}suderinamasIncoloy 825 (specialus vakuuminis lydymas, skirtas pašalinti degių medžiagų pėdsakus)

Nurodykitejokių plyšiųkonstrukcijoje (venkite srieginių jungčių naudojant LOX paslaugą)

Reikalauti100% vizualinis patikrinimaspadidinus pašalinius objektus

Apsvarstykite aliepsna-purkšta aliuminio dangaant LOX{0}}drėkintų paviršių (pagerina atsparumą smūginiam užsidegimui)