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无缝钢管

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流体管在长时间高温工况下的老化特性与维护周期该如何确定?

  流体管在高温下长期服役时,其老化速率和维护周期需“材料-工况-检测”三位一体来判定,核心思路是:先弄清它会以什么机制老化,再用加速试验或在线监测把“时间-温度-性能”曲线建起来,最后把曲线转化为可执行的检查/更换节点,下面给出可落地的技术路线与经验值,供使用或校核。

  高温老化机制与敏感指标

  金属管(碳钢、低合金钢、Cr-Ni 不锈钢)

  主要机制:蠕变、高温氧化、敏化区晶间腐蚀、铁素体调幅分解(铸件)。

  敏感指标:

  蠕变:持久强度 σ_r(t,T) 和蠕变极限 σ_c(0.1%/10⁵h);

  韧性:冲击功 Akv、断裂韧性 K_IC;

  氧化皮厚度/脱碳层;

  硬度(判断是否回火脆化或调幅分解)。

  聚合物/橡胶管(PE、PA-11、PVDF、PI、氟橡胶等)

  主要机制:热氧降解、增塑剂迁移、应力开裂、氧化脆化层向内扩展。

  敏感指标:

  氧化诱导时间 OIT;

  拉伸强度/断裂伸长率;

  熔体流动速率 MFR;

  质量损失或表面硬度上升;

  内表面 20 % 壁厚出现脆化层即判废。

  建立“温度-时间-寿命”曲线

  加速老化试验

  金属:按 GB/T 2039、ASTM E292 做持久蠕变,至少 3 个温度(建议 50 ℃ 间隔)、4 级应力,得到 Larson-Miller 主曲线;

  聚合物:按 ISO 11346、API 17B 做 Arrhenius 烘箱老化,3-4 个温度(每 10 ℃ 一档),测 OIT、拉伸性能,用 ln(t_crit)=Ea/RT+lnA 外推。

  在线监测校准

  金属:运行 1×10⁴ h 后实测硬度、氧化皮厚、Akv,与加速曲线比对,修正“实际剩余寿命/预测寿命”比例因子;

  聚合物:每 6 个月取 10 cm 样段测 OIT,当 OIT 降至原始值 50 % 时对应剩余寿命≈30 %,可提前安排更换。

  维护周期快速查表(经验下限,单位:小时)

材料体系连续温度设计寿命首次全面检查后续复检间隔报废阈值(金属/聚合物)
20G 碳钢350 ℃100 000 h20 000 h10 000 h蠕变 1 % 或氧化皮 0.3 mm
15CrMo450 ℃100 000 h25 000 h12 000 h持久强度下降 20 %
Z3CN20-09M 铸不锈钢325 ℃200 000 h30 000 h15 000 hAkv < 50 J(调幅分解饱和)
PE100 管60 ℃50 000 h8 000 h4 000 hOIT ≤ 5 min 或脆化层 20 %
PA-11 管80 ℃30 000 h5 000 h3 000 h拉伸强度下降 30 %
PI 管250 ℃100 000 h20 000 h10 000 h拉伸强度下降 25 %

  现场执行步骤

  查设计资料 → 定材料、温度、压力、介质 pH/含水率;

  选上述对应曲线 → 计算设计寿命 L₀;

  投运后第一次停机(或 8 000-10 000 h)做基准检测 → 得性能保留率 η₀;

  用 η₀ 修正 L₀ 得实际寿命 L_actual = L₀ × η₀;

  按 0.4L_actual、0.7L_actual 设置“全面检查”和“更换”节点;

  若出现超温 ≥ 30 ℃ 持续 100 h,则剩余寿命减半;≥ 50 ℃ 立即安排无损检测。

  常用现场手段

  金属:手持式里氏硬度计 + 超声测厚/氧化皮测量 + 现场冲击试样(ASTM A370);

  聚合物:便携式 OIT 分析仪(ASTM D3895)+ 拉伸哑铃切片 + 红外光谱测羰基指数;

  数据记录:建立 Palmgren-Miner 累积损伤电子表,每班记录实际温度-时间,自动累加损伤分数,≥ 1 即报警。

  按以上流程,可把“高温老化”转化为可量化、可跟踪、可停机的具体数字,既避免盲目提前更换,也防止超期服役失效。

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