SE462048B - Vaermebehandlingsanordning foer induktiv uppvaermning av en roerledning - Google Patents

Description

462 048 10 15 20 25 30 35 40 kan bildas, men i praktiken, beroende på värmebehandlings- förhållanden såsom uppvärmningsförhållandet, varierar rest- spänningarna över ett vitt område så att det finns många problem kvar olösta.

Föreliggande uppfinning gjordes för att lösa det ovan- nämnda och andra problem kända vid tidigare rörlednings- behandlingsförfaranden och har till sitt ändamål att åstad- komma en anordning för värmebehandling av en rörledning vid vilken ett kylmedel bringas att kontinuerligt ström- ma på den sida av rörledningen på vilken korrosionsfak- torer Förekommer medan den andra ytan som är Fri från korrosionsfaktorer uppvärmes till en temperatur genom att variera den magnetiska flödestätheten vid induk- tionsuppvärmning för att kontrollera den totala värme- mängden eller för att justera skillnaden mellan värme- mängderna på de båda ytorna, varvid det bildas en tempera- turdifferens mellan ytorna och följaktligen värmespänningar över en sträckgräns i olika riktningar mellan ytorna, och därefter återföres röret till rumstemperatur, varigenom jämna kompressiva restspänningar med säkerhet alstras på ytan med korrosionsfaktorer och reglerbarheten och reprodu- cerbarheten kan förbättras.

Uppfinningen beskrives nu i form av ett på ritningarna visat utföringsexempel, varvid fig. 1 visar i sidvy en rörledning med en induktionsuppvärmningsanordning, fig. 2 en snittvy tagen längs linjen II-II i fig. 1, fig. 3 och 4 spänningsfördelningar i rör, fig. S en vy använd för att förklara funktionssättet hos induktionsuppvärmningsanord- ningen, fig. 6 och 7 sidvyer av andra índuktionsuppvärm- ningsanordningar, fig. 8 en sidvy av en rörledning använd vid experiment, och fig. 9 och 10 spänningsfördelningen i omkretsriktningen i rör använda vid experiment.

Med hänvisning först till fig. 1 och 2 visas en induk- tionsuppvärmningsanordning 2 belägen koaxiellt på ett rör 1.

Därefter bringas ett kylmedel 3 (t.ex. vatten) att kontinuerligt strömma genom röret 1 och diametern på lind- níngarna 4 hos induktionsuppvärmningsanordníngen 2 varieras så att den magnetiska flödestätheten varieras. Som ett re- sultat kontrolleras den totala värmemängden som alstras i röret 1 eller skillnaden i temperatur mellan de yttre och 10 15 20 25 462 048 inre väggytorna hos röret 1 så att den yttre väggytan hos röret 1 uppvärmes till en temperatur lägre än en kritisk punkt och temperaturskíllnaden mellan de yttre och inre väggytorna hos röret 1 är sådan att värmespänningar större än en sträckgräns kan alstras i olika riktningar.

Vidare fortsätter kylnings- och uppvärmníngsstegen under en förbestämd tidsperiod till dess att en stabil tempera- turfördelning mellan de yttre och inre väggytorna kan upp- nås. På grund av flödesläckage och liknande ökas den magnetiska flödestätheten verkande på röret 1 då avståndet mellan lindningarna 4 hos induktionsuppvärmningsanord- ningen 2 och röret 1 förkortas. Det följer därför att då diametern på lindningarna 4 minskas ökas de magnetiska flödestätheterna skärande röret 1 så att det alstrade värmet ökar. Å andra sidan, då diametern på lindningarna 4 minskas, minskas också den alstrade värmemängden. Då lägena för líndningarna 4 i förhållande till den yttre väggytan hos röret 1 varieras ändras också den magnetiska flödesfördelningen (skillnaden i magnetisk flödestäthet).

Därför kan mängden värme alstrad vid den yttre väggytan göras olik den mängd värme som alstras vid den inre vägg- ytan hos röret 1. Sålunda kan skillnaden i alstrad värme- mängd mellan de yttre och inre väggytorna kontrolleras.

Dvs., även om amperevarvtalet är detsamma kan den totala värmemängden eller skillnaden i värmemängd mellan de yttre och inre väggytorna hos röret 1 justeras.

Antag att temperaturfördelningen i röret 1 är linjär.

Då kan värmespänningarna alstrade vid de inre och yttre väggytorna hos röret 1 uttryckas av följande ekvation: °u=°a=1ß.a.(To-Tin/zc1-vn <1) där T0= temperaturen hos ytterväggytan hos ett rör Ti= temperaturen hos innerväggytan hos röret o . n _ u= axiell spanning °$= spänning i omkretsriktningen E = elasticítetsmodul a = koefficient för linjär utvidgning, och Poissons tal 462 D48 10 15 20 25 30 I ekvation 1 anger ett positivt värde dragspänningar alstrade i den inre väggytan hos röret 1 medan ett negativt värde anger dragspänningar alstrade i den yttre väggytan hos röret 1.

Av ekvation 1 framgår att ju högre temperaturskillna- den är mellan de inre och yttre väggytorna hos röret l ju högre värden erhålles på värmespänningarna Od odiøö. Fig. 3 visar den axiella spänningsfördelningen och i fig. 3 anger Uy en sträckgräns.

Temperaturskillnaden skall erhållas från en rörledning som är gjord av ett austenítískt rostfritt stål och användes i ett kärnkraftverk. Det ínses att sträckgränsen som är beroende på temperaturen är ungefärligen 20 kg och E = 1,9 x 104 kg/mmz och Y = 0,3 ~ 0,5 insärtes 1 ekvation 1. nå är temperaturskillnaden (To - Ti) ungefär 200°C. Det följer därför att för att alstra värmespänningar över en sträck- gräns i de inre och yttre väggytorna hos röret 1 krävs åt- minstone att temperaturskillnaden är över 200°C.

Temperaturskillnaden mellan de yttre och inre vägg- ytorna hos röret 1 alstras på det ovan beskrivna sättet så att värmespänningar över en sträckgräns alstras. Därefter kyls röret 1 ner till rumstemperatur. Sedan, såsom visas i fig. 4, förblir de kompressiva spänningarna i den inre vägg- ytan medan dragspänningarna förblir i den yttre väggytan.

Restspänningarna alstrade på det ovan beskrivna sättet kan regleras genom att bibehålla den stabila temperatur- fördelningen i riktningen av rörets 1 väggtjocklek. Enligt föreliggande uppfinning bibehålles den stabila temperatur- fördelningen genom kontinuerlig uppvärmning under en för- bestämd tidsperiod.

En uppvärmningstidsperiod som krävs för att uppnå det stabila tillståndet kan erhållas från följande ekvation: r > :ax 0,7 (2) - a där t= väggtjockleken hos ett rör a= koefficient för temperaturdiffusion, och r= en uppvärmningstidsperiod Därigenom kan den uppvärmningstid som krävs för att bi- behålla det stabila läget för temperaturfördelningen lätt 10 15 20 25 30 f 462 048 erhållas beroende på vad som utsättes för värmebehandlingen.

Sålunda kan restspänningarna som alstras i röret 1 lätt re- gleras.

För att uppnå den stabila temperaturdifferensen måste temperaturen på kylmedlet 3 och värmemängden som alstras av induktionsuppvärmningsanordningen 2 kontrolleras. Enligt föreliggande uppfinning tillföres kylmedlet 3 kontinuerligt så att temperaturökningen hos kylmedlet (dvs. mängden värme överförd från ena väggytan hos röret 1 till kylmedlet 3) hålles konstant så att temperaturen hos nämnda ena väggyta kan bibehållas konstant. Beroende på temperaturen hos nämnda ena väggyta som hålles konstant såsom beskrivits ovan, kan värmemängden alstrad genom induktionsuppvärmningsanordningen 2 bestämmas. Det följer därför att värmemängden alstrad av induktionsuppvärmníngsanordníngen 2 inte behöver ändras från gång till gång. Som resultat blir regleringen av induktions- uppvärmningsanordningen 2 enkel. Om begynnelsetemperaturen hos kylmedlet 3 tillfört till röret 1 varierar eller då flödeshastígheten för kylmedlet 3 varierar, kan temperaturen hos nämnda ena väggyta hos röret 1 bibehållas vid en konstant temperatur som skiljer sig från den tidigare inställda temperaturen. Sedan måste värmemängden alstrad av induktions- uppvärmningsanordningen 2 ändras i enlighet därmed. En sådan operation krävs på grund av att då ett läge som skall utsättas för värmebehandling ändras kan kylmedlet 3 av samma tempera- tur och i samma mängd inte erhållas hela tiden.

Därför varieras, enligt föreliggande uppfinning, dia- metern på lindningarna 4 hos induktionsuppvärmningsanordningen 2 såsom beskrivits ovan.

Värmemängden alstrad i röret 1 genom induktíonsuppvärm- ningsanordníngen 2 kan erhållas av följande ekvation: 2 2 2 'l Q -Lclzo -Rn XN /rl (3) där Q = värmemängden R0= diametern på lindningarna hos induktíonsuppvärmnings- anordningen, R1= ytterdíametern på ett rör N = antalet varv hos lindningarna i induktíonsuppvärm- ningsanordningen, och ß = längden på lindningarna hos induktionsuppvärmníngs- anordningen '.'\'\ 462 048 10 15 20 25 30 35 40 Därför, då värdena på R1, N och L bibehålles konstanta, medan diametern RO på lindningarna hos induktíonsuppvärm- ningsanordningen varieras, kan den i röret 1 alstrade värme- mängden lätt kontrolleras.

Organ för att variera diametern på lindningarna 4 hos induktionsuppvärmningsanordningen 2 kommer att beskrivas med hänvisning till fig. 1 och 2. Ena ändarna av två halv- církulära stödelement 5 är förbundna medelst en gångled 6 så att de halvcirkulära stödelementen 5 kan vridas runt gångleden 6. De andra ändarna av de halvcirkulära stöd- elementen 5 är förbundna medelst en spännmutter 7 så att vridningsvinkeln för de halvcirkulära stödelementen 5 kan varieras. Lindningarna hos induktionsuppvärmníngsanord- ningen 2 är lindade runt de halvcirkulära stödelementen 5 och varje lindning 4 har en kantdel 4a som ligger mittemot de fria ändarna av de halvcirkulära stödelementen 5 såsom bäst framgår av fig. 1, och båda ändarna av kantdelarna 4a är säkert fastsatta vid de halvcirkulära stödelementen 5 medelst lämpliga fastspänningselement 8. De halvcirkulära stödelementen 5, gångleden 6 och spännskruven 7 är gjorda av elektriskt isolerande material.

Då spännskruven 7 roteras i en sådan riktning.att de fria ändarna av de halvcirkulära stödelementen 5 förflyttas bort från varandra expanderas kantdelarna 4a hos lindningarna 4 såsom visas i fig. 5 så att diametern på lindningarna 4 och induktionsuppvärmningsanordningen 2 ökas. Å andra sidan, då spännskruven 7 vrids i den riktning i vilken de fria ändarna av de halvcirkulära stödelementen S förflyttas mot varandra och kantdelarna 4a dras samman reduceras diametern på lindningarna 4.

I fig. 6 visas alternativa organ för att variera dia- metern på lindningarna 4. Det innefattar en parallell länk 9 och lindningarna 4 är monterade på ett par parallella stödarmar 10. Då de parallella stödarmarna 10 förskjutes i motsatta riktningar såsom indikeras av pilarna, kan vinkeln mellan líndningen 4 och röret 1 ändras. Som ett resultat kan diametern på lindningarna 4 ändras.

Av ekvation 3 framgår att då längden ß på lindningarna 4 (dvs. stigningen då N är konstant) varieras då kan mängden värme alstrad i röret av induktionsuppvärmningsanordningen 2 varieras. 10 15 20 25 462 048 l fig. 7 visas ett ytterligare alternativt organ för att variera mängden värme alstrad i röret 1 medelst induk- tionsuppvärmningsanordningen 2 baserat på den ovan be- skrivna principen. Ändarna av lindningarna 4 är säkert fastsatta vid ringformiga stödringar 11 vilka är fastsatta över röret 1 och skilda åt från varandra i axelriktningen hos röret 1. En avståndsinställningsmekanism 12 är anordnad för att variera avståndet mellan de ringformiga stödringarna 11. Då de ringformiga stödringarna 11 förflyttas bort från eller mot varandra kan stigningen för lindningarna 4 varie- ras. Som ett resultat kan mängden värme alstrad i röret 1 också varieras i enlighet därmed.

Här nedan beskrives nu några experiment utförda av upp- finnaren. En L-formad rörledning såsom visad i fig. 8 an- vändes i dessa experiment. Den L-formade rörledningen be- står av raka rörsektioner av rostfritt stål och en rörkrök av rostfritt stål vilka är förbundna med varandra genom svetsning. Vatten bringades att kontinuerligt strömma genom rörledningen medan induktionsuppvärmningsanordningarna är belägna vid värmebehandlingslägena A och B. Dvs., medan de inre väggytorna hos rörledningen 1 kyldes av vatten, aktive- rades induktionsuppvärmningsanordningen för att värma de yttre väggytorna hos rörledningen 1. Experimentella data erhölls från delarna A och B och uppvärmningsförhållandena är visade i tabellen 1 här nedan.

SN E. 2:. m6 QS SN 8» m m3. m: im m5 “t 03 03. m .n D a o ñoov .H fioou H ^Mwm\Ev 8% .H - h. âfæmfiws sååå? äåfipwß; Es wëflfiw ma: ä.. Qßä må -äšü Emß wwåfi Så REV |u:umnomsmæ pzumumgëmæ nsumawmëwæ |cmuun> w«umw=«:eHm>mm= mcmwcwcmcfiq pxmmmmun w:m>xønm cwwcmfiHm:wmwmm:fi:Eum>mm:m:o«»x:w=H P Hflonmh 462 048 10 15 20 25 30 35 40 462 048 De experimentella data som erhölls under de ovan be- skrivna förhållandena är indikerade medelst heldragna linjer i fig. 9 och 10 och som jämförelse är experimentella data erhållna genom ett förfarande med vanlig uppvärmning och snabb kylning indikerade med streckade linjer.

Det framgår av fig. 9 och 10 att enligt föreliggande uppfinning kan kompressiva restspänningar alstras vid alla mätpunkter; I vissa fall, då rörsektioner är förbundna genom svets- ningar till en rörledníng är restspänningar fördelade över hela rörledningen, men enligt föreliggande uppfinning kan en sådan kvarstående spänningsfördelning på lämpligt sätt avlastas längs hela längden av rörledningen.

Såsom beskrivits ovan bringas, enligt föreliggande uppfinning, ett kylmedel att strömma längs en väggyta hos ett rör där korrosionsfaktorer förekommer medan den andra väggytan hos röret, som inte har några korrosionsfaktorer, uppvärmes till en temperatur lägre än en kritisk punkt genom att variera den magnetiska flödestätheten vid induktions- uppvärmningen för att reglera den totala värmemängden eller för att justera skillnaden mellan värmemängderna på de båda ytorna, varvid det bildas en temperaturskillnad mellan ytorna och följaktligen värmespänningar över en sträckgräns alstras i olika riktningar mellan ytorna och därefter återföres röret till rumstemperatur, varvid kompressiva restspänningar med säkerhet alstras i nämnda första väggyta av röret där korrosionsfaktorer förekommer. Som ett resultat kan före- liggande uppfinning åstadkomma följande effekter, egenskaper och fördelar: (1) Samexistensen av korrosionsfaktorer och kvarstående dragspänningar kan elimineras så att spänningskorrosions- brott i en rörledníng med säkerhet kan undvikas. (2) Föreliggande uppfinning kan användas även för befintliga rörledningar om de är tillräckligt långa och har tillräckligt liten diameter. (3) En väggyta hos ett rör kyles alltid medelst ett kyl- medel och kan därför bibehållas vid en förbestämd tempera- tur på ett enkelt sätt. Beroende på temperaturen hos den väggyta som hålles vid en förbestämd temperatur kan den andra väggytan hos röret uppvärmas till en förbestämd temperatur.

ID 462 048 10 15 20 Som ett resultat kan temperaturskillnaden mellan de första och andra väggytorna bíbehållas stabil och reglerbarheten och reproducerbarheten kan förbättras avsevärt. (4) Avståndet mellan líndningarna i en induktionsuppvärm- ningsanordníng och den yttre väggytan hos ett rör kan varie- ras eller stigningen hos líndningarna kan varieras så.att den magnetiska flödestätheten verkande på röret kan varieras.

Som ett resultat kan mängden värme alstrad i röret kontrolle- ras. Därför, även då temperaturen och flödeshastigheten hos kylmedlet ändras, kan mängden värme alstrad i röret medelst induktionsuppvärmningsanordningen enkelt kontrolleras som svar på variationerna i temperatur och flödeshastíghet hos kylmedlet. Temperaturskillnaden mellan de inre och yttre väggytorna hos ett rör kan sålunda säkert och lätt bibehållas vid en förbestämd nivå. 5) Såsom beskrivits ovan kan avståndet mellan líndningarna hos en induktionsuppvärmningsanordning och den yttre vägg- ytan hos ett rör varieras eller stigningen hos líndningarna kan varieras så att den magnetiska flödestätheten verkande på röret kan varieras. Därför kan í kombination med vanliga organ för att kontrollera strömmen tillförd till induktions- uppvärmningsanordningen finjusteringar av värmemängden alstrad i röret och av temperaturfördelníngen genomföras godtyckligt.

Q' I]

Claims (4)

10 15 20 25 30 35 40 '” 462 048 Patentkrav

1. Anordning för värmebehandling av en rörledning (1) innefattande ett rör för transport av korrosiv fluid, vilket rör ska värmebehandlas och genom vilket kontinuerligt strömmar ett kylmedel (3), vilken anordning innefattar en induktiv uppvärmningsanordning (2) i form av en lindning (4) belägen huvudsakligen koaxiellt runt röret (1) för upphettning av rörets yttre yta till en temperatur givande upphov till en temperaturskillnad mellan de yttre och inre väggytorna hos röret (1) och följaktligen värmespänningar över en sträckgräns i olika riktningar i de yttre och inre väggytorna, k ä n- n e t e c k n a d av att anordningen vidare innefattar in- ställningsorgan för uppbärande av lindningen (4) och för att variera formen pà lindningen (4) för att därigenom variera den magnetiska flödestätheten vid induktionsuppvârmningen.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att ett par halvcirkulära stödelement (5) gjorda av ett elektriskt isolerande material är belägna koaxiellt kring röret (1) varvid en ände av stödelementen (5) är förbundna med varandra medelst en gangled (6) för inbördes vridning av stödelementen (5), och de motbelägna ändarna av stödelementen (5) är inbördes förbundna med en spännskruv (7) för inställ- ning av vinkeln pà den inbördes vridningen, och varvid induk- tionsuppvärmningslindningen (4) är lindad kring stödelementen och har kantdelar i motbeläget förhållande till de andra motstàende ändarna av stödelementen, varvid bada ändarna av kantdelarna är fastsatta vid stödelementen (5), varigenom vinkeln på den inbördes vridningen av stödelementen (5) in- ställes medelst spännskruven (7) för att därigenom variera diametern pà lindningen (4) och på sa sätt variera den magne- tiska flödestätheten vid induktionsuppvärmning.

3. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att ett par stödarmar (10) sträcker sig parallellt med röret (1) och pà inbördes avstànd och varvid motsvarande ändar av armarna (10) är förbundna medelst ett par länkar (9) sträckande sig tvärs över röret (1) för att bilda en parallell länk (9) och varvid induktionsuppvärmningslindningen (4) är anordnad mellan armarna (10) varvid vinkeln mellan röret (1) och lindningen (4) varieras genom den inbördes förskjutningen [2 462 048 10 15 av armarna (10) varigenom diametern pà induktionsuppvärmnings- lindningen (4) ändras för att variera den magnetiska flödes- tätheten vid induktionsuppvärmning.

4. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att ett par ringformiga stödringar (11) är belägna koaxiel- lt kring röret (1) och pá inbördes avstånd längs rörets (1) längd, vilka ringar (11) är förbundna med varandra medelst styrande stavar sträckande sig parallellt med röret (1) för att förflytta ringarna (11) mot och bort från varandra för att därigenom åstadkomma en avstàndsinställningsmekanísm (12), varvid ändarna på lindningen (4) är fastsatta vid de mot varandra vända ytorna hos stödringarna (11), och varvid av- ståndet mellan stödringarna (11) inställes genom förflyttning- en av stödringarna mot eller bort från varandra, varigenom stigningen på induktionsuppvärmningslindningen (4) längs längden av röret (1) varieras för att variera den magnetiska flödestätheten vid induktionsuppvärmning. n' il V.)