sciencetalk

Goedendag,

Kunnen jullie meedenken met een probleem dat wij hier ondervinden? Het betreft een buis die platgedrukt wordt.

De buis is van RVS304 met een lengte van 2900mm, een doorsnede van 406mm en een wanddikte van 3mm

Aan de binnenkant heest het vuur van een gasbrander waardoor het 1000 a 1200 graden Celsius heet is, de druk is atmosferisch vanwege de open verbinding met de schoorsteen.

Aan de buitenkant stroomt stoom langs die binnenkomt met ongeveer 110 graden Celsius en door de verhitte buis wordt verhoogt tot 150 graden Celsius, de druk van de stoom is ongeveer 1 bar.

Nu doet zich het probleem voor dat deze buis onverwachts plat wordt gedrukt, de bovenkant komt omlaag en de onderkant komt omhoog, Dit is nu 2x gebeurt.

De buis is aan beide einden rondom aan een plaat gelast, verder zijn er geen mechanische handelingen aan verricht.

Kan iemand berekenen welke krachten er van buitenaf nodig zijn om een buis van 3mm plat te drukken?

En wat zou de invloed van de temperaturen kunnen zijn.

Bij voorbaat dank,

Frank.

schets? want ik begrijp het niet goed...

als de druk binnen en buiten de buis hetzelfde is (1 bar), kan dit zich niet voordoen

De binnenkant van de buis is verbonden met de buitenlucht en dus atmosferisch.

Aan de buitenkant van de buis heerst de kracht van circa 1 bar stoomdruk bovenop de buitenluchtdruk.

Het drukverschil is dus ongeveer 1 bar.

Voorheen werd dit apparaat gemaakt van 8mm staal maar door de stoom was de levensduur beperkt.

Sinds enige tijd zijn we overgegaan op 3mm RVS maar daar zijn er nu twee van platgedrukt.

Wij kunnen hier eigenlijk geen sterkteberekeningen doen maar kunnen wel beredeneren dat je met 1 bar geen buis van 3mm RVS kan platdrukken.

Waarom gebeurt dit dat toch wel, we vermoeden dat het toch met de hitte te maken heeft.

Hier heerst het idee dat het RVS niet warmer wordt dan de stoomtemperatuur van 150 graden plus 75 graden, ondanks dat aan de binnenkant van de buis waar het vuur heerst het rustig 1200 graden kan worden.

De RVS buis is niet verkleurd wat er op duid dat de buis altijd gekoeld is geweest met de relatief lage temperatuur van het stoom, de buis is dus niet roodgloeiend gestookt, in zo'n geval zou het platdrukken verklaarbaar zijn geweest.

304 komt in treksterktes (Rp 0.2) vanaf 170 tot 760 MPa, afhankelijk van de thermische behandeling. Daarbovenop komt nog de verhoogde omgevingstemperatuur.

ik begrijp nog steeds de opstelling niet (een dubbelwandige buis waarin, in de holle wand, stoom loopt)? Hoe zijn de uiteinden juist geconfigureerd? enkel radiaal gelast, of ook een constraint in de langsrichting?

en onderschat 1 bar niet, daar ligt wsch. jouw probleem. Wat zou de buis doen denk je indien je ze volledig vacuum trekt?

Ik heb niet zo snel een tekening waaruit blijkt hoe het apparaat in elkaar steekt, maar ik zal nog een poging wagen.

De 'stoomverhitter' (want dat is het uiteindelijk) is een buis van (circa) 800mm doorsnede en een lengte van (circa) 3000mm, deze wordt ergens tussen een leiding gemonteerd waar stoom van (circa) 120 graden doorheen stroomt onder een overdruk van (circa) 1 bar.

Binnen deze buis bevind zich nog een buis met een doorsnede van 406mm en een dikte van 3mm, deze buis wordt van binnenuit heetgestookt middels aardgas.

Het doel hiervan is dat de langsstromende stoom dus verhit wordt door de binnenste buis en met circa 150 graden de stoomverhitter weer verlaat.

Dit alles werkt al jaren uitstekend met een stalen binnenpijp van 8mm, nu het van 3mm RVS is gemaakt is het twee keer voorgekomen dat de binnenste buis platgedruk is.

Zelf heb ik geen idee wat er zou gebeuren als je de buis vacuum zou trekken, de druk van 1 bar die de buis dan ondervind lijkt mij niet genoeg om de boel stuk te maken, maar ik heb hier totaal geen verstand van.

Ik heb bij een collega een boek gevonden (Piping and pipeline engineering, Antaki) waarin er enkele relevante formules staan.

De druk waarbij er onomkeerbare vervormingen ontstaan zou 1.7 bar zijn. Dit is voor de E bij kamertamperatuur.

Bij 150°C mag je er al gauw 10% van aftrekken.

Dan heb je nog steeds een veiligheidsfactor van anderhalf. Met de verhoogde temperaturen aan de binnenzijde zal dit waarschijnlijk niet voldoende zijn...

Hartstikke bedankt,

Volgens jouw berekening zou de buis dus zomaar kunnen vervormen bij 1 bar overdruk.

Ben je in je berekeningen uitgegaan van de maten die ik eerder heb opgegeven:

RVS304, 406mm doorsnede en 2900mm lang?

Ik heb begrepen dat druk op een buis van binnen naar buiten makkelijker is dan druk van buiten naar binnen.

Er is mij ook verteld dat wat bij ons gebeurd 'knik' heet, en dat een beschadiging (hoe klein ook) aan de buis al een invloed geeft die het berekenen eigenlijk onmogelijk maakt.

neen, bij anderhalve bar overdruk. De temp. aan de binnenzijde niet in aanmerking genomen.

en ja, met die gegevens.

en uiteraard, elke formule gaat uit van een perfecte beginvorm. Deuken zorgen voor onvolkomenheden die als initiatie dienen voor verdere vervormingen.

Als de buis bij 1,7 bar zou vervormen en je haalt hier circa 10% vanaf voor de 150 graden dan vervormt de buis bij circa 1,5 bar.

Met een veiligheidsfactor van 1,5 is de druk waarbij het fout gaat toch 1 bar ipv 1,5 bar, of zie ik nu iets over het hoofd.

De buis vervormt bij ~1.5 bar (dit is voor 150°C, ik heb met de elasticiteitsmodulus van RVS bij 150°C gerekend).

Jij hebt 1 bar druk. Dus heb je nog een veiligheidsfactor van 1.5.

Die veiligheidsfactor van anderhalf is blijkbaar niet voldoende om met de temperatuur aan de binnenzijde van de buis rekening te houden.

Mijns inziens is (onder andere dat) de effectieve temperatuur van de buis hoger dan 150°C, waardoor het bezwijken eerder optreedt dan verwacht.

Excuses voor de wat onduidelijke verwoording.

Hier leeft het idee dat de buis nooit warmer wordt dat de hoogste stoomtemperatuur van 150 graden plus 75 graden.

Volgens ons wordt de buis door het koelende effect van het langsstromende stoom dus zeker 225 graden.

Waar de 75 graden vandaan komt weet ik niet.

Met dit gegeven zal de buis dus nog eerder kapot gaan, wat weer zou verklaren dat 1 bar voldoende is om dit te bereiken.

Hoi,

Je hebt waarschijnlijk in de wanddikte van de buis een temperatuursval.

De hetere binnenkant van de 3 mm dikke buis zal meer willen uitzetten dan de koelere buitenkant.

Hierdoor zal de wand naar binnen willen komen, naar de hitte toe.

Afhankelijk van de uitzetting en beperking aan het uiteinde krijg je een normaalkracht in de buis.

Als dit gecombineerd wordt met gereduceerde opneembare spanning vanwege de hoge temperatuur krijg je mogelijk bezwijken en knik van de buis.

Verdere factoren:

Temperatuurs/druk/snelheid verschillen van het ontbrandende gas.

Temperatuurs/druk/snelheid verschillen van de opwarmende stroom.

Een stevig stukske thermodyamica dus .

Denk ik.