Em equipamentos de produção em lote, tanques de reação intermitentes e sistemas de aquecimento com{0} ajuste de temperatura, 316 tubos de aquecimento de aço inoxidável experimentam repetidamente aumentos periódicos de temperatura e ciclos de resfriamento. A carga térmica alternada-de longo prazo induzirá estresse térmico cíclico na superfície da parede do tubo, causando gradualmente o início de microfissuras no filme passivo-rico em cromo. Entretanto, a expansão e contracção frequentes da matriz agravam a concentração de tensão residual nas costuras de soldadura, secções dobradas e juntas roscadas. Sob a ação combinada de danos passivos por fadiga do filme e meios corrosivos contendo cloreto, a corrosão local se desenvolve rapidamente ao longo das microfissuras e evolui para trincas por corrosão sob tensão, que é definida como falha por corrosão por fadiga térmica. Muitos projetistas de equipamentos calculam apenas a temperatura nominal de trabalho dos materiais, ignorando a influência da frequência de flutuação de temperatura e da amplitude da diferença de temperatura, levando ao descascamento passivo prematuro do filme e ao vazamento oculto do tubo após operação intermitente de longo-prazo. Portanto, otimizar o projeto estrutural, definir os parâmetros operacionais e o tratamento de reforço da superfície é essencial para melhorar o desempenho da fadiga térmica e restringir a falha por corrosão induzida pela temperatura cíclica. A corrosão por fadiga térmica se origina do dano mecânico repetido da película protetora passiva sob tensão térmica alternada. Quando o tubo de aquecimento é aquecido rapidamente da temperatura ambiente até a alta temperatura de trabalho, a parede externa se expande primeiro e suporta tensão térmica de tração; durante o resfriamento de desligamento, a contração da superfície gera tensão de compressão. O carregamento cíclico de compressão repetida de tensão- produzirá microfissuras de fadiga no filme passivo de óxido frágil. Os íons cloreto no meio penetram nessas pequenas rachaduras e entram em contato com o substrato de metal fresco para desencadear a dissolução anódica. A cada ciclo de temperatura, as fissuras expandem-se continuamente, evoluindo gradualmente de corrosão superficial para fissuras de fadiga penetrantes. As zonas-afetadas pelo calor da solda e as peças de flexão-a frio com tensão de tração residual inerente são mais propensas à falha por fadiga térmica devido à superposição da tensão cíclica térmica e à formação de tensão residual. Este estudo resume quatro estratégias eficazes de otimização para aumentar a resistência à corrosão por fadiga térmica dos tubos de aquecimento: controlar a taxa de mudança de temperatura, limitar a diferença de temperatura cíclica, otimizar a distribuição da tensão estrutural e implementar o reforço da tensão de compressão da superfície. Primeiro, limite estritamente o aumento de temperatura e a taxa de resfriamento durante a inicialização e desligamento do equipamento. O aquecimento e a têmpera rápidos serão proibidos; a taxa de mudança de temperatura é controlada abaixo de 3 graus por minuto. O aquecimento segmentado gradual não apenas evita o estresse térmico excessivo instantâneo na superfície do tubo, mas também evita a expansão térmica desigual entre o fio de resistência, o enchimento de óxido de magnésio e o invólucro de aço inoxidável, o que pode causar danos ao isolamento interno. O resfriamento lento após o desligamento pode efetivamente reduzir a amplitude de tensão alternada suportada pelo filme passivo, retardando bastante a fissuração por fadiga da camada protetora. Em segundo lugar, controle razoavelmente a diferença máxima de temperatura cíclica. Para tubos de aquecimento que trabalham em meios contendo-cloreto, a diferença de temperatura do-ciclo único não deve exceder 120 graus. A flutuação excessiva de temperatura aumentará drasticamente a amplitude do estresse térmico e acelerará os danos passivos por fadiga do filme. Quando o processo requer uma ampla faixa de temperatura, o aquecimento segmentado de temperatura constante pode ser adotado para reduzir a troca frequente de temperatura de grande amplitude, diminuindo assim a frequência da carga térmica alternada suportada pelo corpo do tubo. Terceiro, otimize o projeto estrutural para dispersar a concentração de tensão térmica. Evite transições estruturais acentuadas, mutações locais de paredes espessas-finas e layouts de curvatura de-raios pequenos. As costuras de solda devem ser polidas suavemente para eliminar defeitos de altura do reforço de soldagem e entalhes superficiais que facilmente causam acúmulo de tensão. O enrolamento equidistante uniforme dos fios de resistência internos garante uma distribuição equilibrada de calor em toda a superfície do tubo, evitando pontos quentes locais e estresse térmico concentrado causado pela distribuição desigual de energia. Em quarto lugar, o shotpeening de superfície e o recozimento de alívio de tensão são adotados para as principais posições-de concentração de tensão. O recozimento com alívio de tensão em baixa-temperatura elimina a tensão de tração residual gerada durante a flexão e a soldagem, evitando a superposição de tensão residual e tensão térmica cíclica. Shot peening forma uma camada de tensão compressiva de superfície uniforme, que pode efetivamente restringir o início e a expansão de microfissuras de fadiga de filme passivo, melhorando significativamente o limite de fadiga térmica do aço inoxidável 316 sob temperatura alternada e ambientes corrosivos. A verificação de envelhecimento de temperatura cíclica de campo mostra que os tubos de aquecimento com regulação lenta de temperatura e tratamento de shot peening podem suportar dezenas de milhares de ciclos de aquecimento-resfriamento sem rachaduras passivas do filme e corrosão por pite. Em contraste, os tubos de aquecimento com troca rápida e frequente de temperatura sofrem perfuração óbvia por corrosão por fadiga térmica dentro de 8 a 12 meses. Em conclusão, limitar a velocidade de mudança de temperatura e a diferença cíclica de temperatura, otimizar a estrutura de dispersão de tensão e adotar o reforço de tensão compressiva de superfície pode melhorar significativamente a resistência à corrosão por fadiga térmica dos tubos de aquecimento. Essas medidas de otimização protegem a integridade do filme passivo sob cargas térmicas alternadas de longo-prazo, eliminam riscos de corrosão ocultos-induzidos por fadiga e realizam um serviço estável-de longo prazo de equipamentos de aquecimento industrial intermitente.
