Erosi kavitasi terutama terjadi pada sistem sirkulasi cairan dengan kecepatan aliran tinggi, fluktuasi tekanan, dan pencampuran-cairan dua-fasa. Ketika tekanan cairan lokal turun di bawah tekanan uap jenuhnya, banyak gelembung uap kecil terbentuk seketika. Gelembung-gelembung ini runtuh dengan hebat saat tekanan pulih, menghasilkan jet mikro berkecepatan tinggi dan gelombang kejut hebat yang terus menerus berdampak pada permukaan tabung. Film pasif terkelupas dan matriks mengalami kerusakan akibat kelelahan plastis, membentuk lubang bopeng sarang lebah di dinding pipa. Dengan pengoperasian yang berkepanjangan, lubang-lubang tersebut saling berhubungan dan menembus dinding, menyebabkan kebocoran sedang. Kerusakan kavitasi ditandai dengan hilangnya material lokal yang terkonsentrasi dan tidak adanya sumber korosi eksternal yang jelas.
1. Mekanisme Kerusakan Kavitasi Mikroskopis
Saat media yang mengalir melewati area yang berkontraksi, membengkok, atau bertekanan rendah secara tiba-tiba, tekanan lokal akan menurun dengan cepat dan cairan akan menguap sehingga menghasilkan gelembung kavitasi dalam jumlah besar. Setelah cairan memasuki-zona bertekanan tinggi, gelembung akan meledak dalam hitungan mikrodetik. Ledakan tersebut melepaskan kejutan hidraulik yang kuat dan pancaran cairan ultra-halus yang menghantam permukaan logam. Dampak yang berulang-ulang menginduksi tekanan siklik dan tegangan tarik pada substrat, menyebabkan inisiasi retak lelah di bawah permukaan material. Film pasif kromium oksida pecah dan terkelupas terus menerus. Ion korosif dalam cairan menyerang retakan, menggabungkan kelelahan mekanis dengan korosi elektrokimia untuk mempercepat perluasan lubang. Pada akhirnya, rongga-rongga padat bergabung membentuk-lubang-lubang di dinding dan menyebabkan kegagalan peralatan.
2. Posisi Khas Rentan Terhadap Erosi Kavitasi
Bagian inlet terhubung langsung ke outlet pompa dengan variasi tekanan yang drastis;
Bagian pipa siku, peredam dan ekspansi mendadak di mana medan aliran berubah secara tiba-tiba;
Garis tingkat cairan dari tabung pemanas dengan perendaman cairan dan fase uap secara bergantian;
Daerah dengan keseragaman aliran yang buruk dan zona mati pusaran lokal;
Permukaan tabung dekat katup pelambatan dimana tekanan turun tajam.
3. Faktor Pemicu Percepatan Utama
Pengangkatan pompa dan laju aliran yang berlebihan menyebabkan fluktuasi tekanan yang hebat;
Temperatur cairan yang terlalu tinggi menurunkan tekanan uap jenuh dan mendorong terbentuknya gelembung;
Sejumlah besar udara terlarut tercampur dalam cairan yang bersirkulasi;
Permukaan tabung yang kasar dan cacat pengelasan yang berfungsi sebagai tempat nukleasi gelembung;
Tata letak pipa yang tidak tepat dengan seringnya perubahan mendadak pada diameter pipa dan arah aliran.
4. Tindakan Teknis Pencegahan Tautan Keseluruhan-dimensi-multidimensi
① Optimalkan struktur pipa untuk memperlancar transisi aliran
Gunakan siku pereduksi dan transisi busur secara bertahap, bukan tikungan-sudut kanan yang tajam untuk menghilangkan penurunan tekanan secara tiba-tiba.
② Sesuaikan parameter pengoperasian untuk menekan pembentukan gelembung
Kontrol suhu sedang dan frekuensi pengoperasian pompa secara wajar untuk menghindari tekanan turun di bawah tekanan penguapan.
③ Pasang perangkat pembuangan untuk menghilangkan gas terlarut
Pasang katup buang otomatis pada titik tinggi sistem untuk membuang akumulasi udara dan mengurangi sumber nukleasi gelembung.
④ Memperbaiki permukaan akhir tabung pemanas
Terapkan pemolesan listrik untuk mengurangi lubang mikro{0}}permukaan dan menahan pembentukan gelembung kavitasi awal.
⑤ Memperkuat ketahanan aus permukaan lokal
Lakukan pelapisan laser atau perawatan nitridasi pada-area risiko kavitasi tinggi untuk meningkatkan kinerja-kelelahan akibat benturan.
5. Tabel Perbandingan Efek Pencegahan
表格
| Mode Saluran & Operasi | Risiko Erosi Kavitasi | Rencana Pengoptimalan yang Direkomendasikan |
|---|---|---|
| Transisi pipa yang tajam + aliran tinggi suhu tinggi | Perforasi lubang sarang lebah yang cepat | Restrukturisasi pipa dan penambahan fasilitas pembuangan |
| Tata letak aliran halus + pembuangan berkala + batasan parameter | Secara efektif menghambat kerusakan kavitasi | Skema standar sistem pemanas sirkulasi konvensional |
| Perawatan penguatan permukaan + manajemen deaerasi | Kecenderungan erosi kavitasi minimal | Outlet pompa dan throttle di dekat peralatan merupakan pilihan yang lebih disukai |
Kesimpulan
Erosi kavitasi pada 316 tabung pemanas berasal dari kerusakan akibat guncangan yang disebabkan oleh pembentukan dan keruntuhan gelembung secara berkala. Ide pencegahan inti adalah mengoptimalkan desain saluran aliran untuk menstabilkan tekanan, menghilangkan gas terlarut dari medium, membatasi suhu operasi dan kecepatan aliran, dan menghilangkan titik nukleasi cacat permukaan. Transformasi komprehensif pada desain perpipaan dan operasi proses terstandarisasi dapat secara mendasar menghilangkan-risiko kebocoran dinding yang disebabkan oleh erosi kavitasi.
