L’échec de pénétration par érosion par cavitation fait référence à une chute de pression locale à l’intérieur du pipeline causée par une vitesse d’écoulement excessive, un étranglement soudain et une pression négative à l’entrée de la pompe. Le milieu de traitement se vaporise pour former un grand nombre de minuscules bulles de vide. Ces bulles se déplacent avec le fluide et s'effondrent violemment instantanément lorsqu'elles entrent dans une région à haute pression-. Des micro-ondes de choc intenses et des micro-jets à haute vitesse-impactent à plusieurs reprises la surface de la paroi interne du tuyau, écrasant le film protecteur passif riche en chrome-. La fatigue continue par impact conduit à des piqûres concaves denses sur la matrice métallique. Avec l'impact d'effondrement cyclique des bulles à long terme, les fosses s'approfondissent radialement jusqu'à ce que la paroi du tuyau soit pénétrée, déclenchant une fuite de fluide. Cette défaillance se produit principalement à proximité des entrées de pompe, des sections d'étranglement des vannes et des positions d'expansion soudaine des canalisations des systèmes de circulation de chauffage.
1. Mécanisme d’effondrement de la génération de bulles et de dommages causés par l’impact
Lorsque la pression locale est inférieure à la pression de vapeur saturée du milieu, le liquide se transforme en vapeur pour former des bulles de cavitation. Lorsque les bulles s'écoulent dans des zones à haute-pression, elles se compriment et implosent en quelques microsecondes. L'implosion produit un puissant choc hydraulique et un micro-jet frappant la paroi du tuyau, détruisant directement le film passif et provoquant une déformation par fatigue plastique du métal de base. Un nouveau film passif ne peut pas se former à temps sous une frappe continue et les dommages causés par les piqûres s’accumulent rapidement. Contrairement à l'érosion conventionnelle-corrosion associée à la corrosion chimique, l'érosion par cavitation repose principalement sur des dommages par fatigue par impact mécanique, la corrosion chimique ne servant que de facteur accélérateur auxiliaire.
2. Positions typiques sujettes aux dommages par cavitation
Sections de tuyau droites d'entrée de pompe sujettes à une pression négative et à la vaporisation en cas de niveau de liquide insuffisant ;
Sections de tuyaux en aval des papillons des gaz, des plaques à orifice et des vannes de régulation présentant une forte chute de pression ;
Segments de tuyaux à expansion soudaine où se produisent une séparation du flux et une réduction locale de la pression ;
Arc intérieur du coude avec génération de tourbillons turbulents et fluctuation partielle de la pression ;
Points hauts des pipelines-sur de longues distances où le gaz s'accumule et aggrave les pulsations de pression instables.
3. Facteurs induisant la défaillance de la cavitation
L'élévation de l'installation de la pompe est trop élevée et la hauteur d'aspiration positive nette effective ne répond pas aux exigences de conception ;
Le débit du système dépasse la valeur nominale de conception, ce qui entraîne une vitesse d'écoulement excessive et une perte de pression locale ;
Opération d'étranglement à long terme-à petite ouverture de la vanne entraînant une différence de pression importante et une vaporisation instantanée ;
Le tracé du pipeline manque de réservoirs tampons et d'équipements de stabilisation de pression pour supprimer les fluctuations de pression ;
La température du fluide est trop élevée, ce qui réduit le seuil de pression de vapeur saturée et facilite le déclenchement de la cavitation.
4. Mesures techniques complètes-de prévention et de contrôle des liens
① Optimisez la disposition de la pompe et augmentez le niveau de liquide d'entrée pour garantir un NPSH suffisant afin d'éviter la vaporisation sous vide côté aspiration-.
Éliminez la source de cavitation dès la conception de l’équipement.
② Contrôler strictement le débit du pipeline dans la plage conçue et interdire l'étranglement à long-petite-ouverture des vannes de régulation.
Réduisez les chutes de pression et les conditions de génération de bulles dans le chemin d’écoulement.
③ Ajoutez des réservoirs tampons de pression et des structures d'égalisation de débit aux positions d'expansion soudaine et de vanne en aval
Stabilisez le champ d'écoulement et limitez les zones de vortex locales-à basse pression.
④ Température de fonctionnement du fluide suffisamment basse pour augmenter la pression de vapeur saturée du fluide de transport
Améliorez la marge de travail anti-cavitation du système de pipeline.
⑤ Effectuez régulièrement une détection ultrasonique de l'épaisseur de paroi sur l'entrée de la pompe et l'étranglement des sections vulnérables
Remplacez les raccords de tuyauterie gravement endommagés avant de traverser la -perforation du mur.
5. Tableau de comparaison des effets de la prévention
表格
| Disposition du système et mode de fonctionnement | Risque d'érosion par cavitation | Suggestions d'application |
|---|---|---|
| Marge d'aspiration de la pompe insuffisante + étranglement à long terme de la petite vanne + absence de tampon de pression | Des puits de cavitation denses et des fuites de pénétration apparaissent après un fonctionnement continu | Ajustez la hauteur d'installation de la pompe et ajoutez des installations de stabilisation de la pression tampon |
| Conception d'aspiration de pompe standard + fonctionnement de vanne standardisé + transformation d'optimisation du champ d'écoulement | Supprime efficacement la génération de bulles et les dommages causés par la fatigue | Spécification de configuration standard pour les systèmes de canalisations de chauffage à circulation en acier inoxydable |
| Optimisation structurelle anti-cavitation +-surveillance de la pression en temps réel + inspection trimestrielle de l'épaisseur | Risque caché extrêmement faible de perforation par impact et d'arrêt imprévu de la production | Schéma privilégié pour les grands projets de réseaux de caloducs à circulation dans les parcs industriels chimiques |
Conclusion
L'érosion par cavitation des tubes chauffants en acier inoxydable 316 est induite par l'impact moyen d'effondrement des bulles de vaporisation sous une basse pression locale, qui détruit mécaniquement la couche de passivation de la paroi du tuyau et forme une pénétration de piqûres de fatigue. Les principales mesures de prévention comprennent l'optimisation des conditions de travail d'aspiration de la pompe, la normalisation des paramètres de fonctionnement des vannes et du débit, l'ajout de dispositifs de stabilisation de la pression et d'égalisation du débit, le contrôle raisonnable de la température du fluide et le renforcement de l'inspection périodique de l'épaisseur des principales sections de fluctuation de pression. La gestion en boucle fermée du processus complet--de la conception de l'agencement du système, du réglage des paramètres de l'équipement et de la supervision quotidienne des opérations peut empêcher les fuites de pipelines et les accidents de dommages aux équipements causés par l'érosion par cavitation de 316 canalisations sous pression de chauffage en acier inoxydable.
