La buona resistenza agli shock termici del tubi compositi rivestiti in ceramica è attribuito alle proprietà del materiale del loro strato di rivestimento ceramico. I materiali ceramici, come l'allumina e il nitruro di silicio, hanno tipicamente punti di fusione elevati, elevata conduttività termica, basso coefficiente di dilatazione termica e buona stabilità termica. Queste caratteristiche consentono ai materiali ceramici di mantenere proprietà fisiche e chimiche stabili alle alte temperature e non sono soggetti a transizione di fase o decomposizione.
Progettazione strutturale
La progettazione strutturale dei tubi compositi rivestiti in ceramica è anche un'importante garanzia per la loro resistenza agli shock termici. La tubazione è solitamente costituita da una struttura a tre strati costituita da uno strato di rivestimento ceramico, uno strato di transizione e un substrato di tubo in acciaio. Questo design strutturale non solo realizza uno stretto legame tra ceramica e metalli, ma allevia anche efficacemente lo stress termico causato dalla differenza nel coefficiente di dilatazione termica tra ceramica e metalli attraverso uno strato di transizione. Nello specifico, lo strato di transizione è solitamente costituito da materiali con coefficienti di dilatazione termica simili a ceramica e metalli, come strati di leghe a base di nichel o strati di materiale composito a gradiente che possono fornire effetti tampone durante le variazioni di temperatura, riducendo la concentrazione e la trasmissione dello stress termico.
Gestione dello stress termico
Lo stress termico è un cambiamento di stress causato da differenze di temperatura all'interno e all'esterno delle tubazioni o da variazioni della temperatura media. Per ridurre l'impatto dello stress termico sulle tubazioni, è possibile adottare le seguenti misure:
Ottimizzazione dello spessore delle pareti della tubazione: una progettazione con uno spessore ragionevole delle pareti può ridurre lo stress termico causato dalle variazioni di temperatura. Sebbene le pareti più spesse dei tubi possano fornire una migliore resistenza meccanica, possono anche aumentare l’accumulo di stress termico.
Utilizzo di dispositivi di compensazione termica: l'installazione di dispositivi di compensazione termica come tubi corrugati, giunti di dilatazione, ecc. nel sistema di tubazioni può fornire un certo spazio di dilatazione quando la temperatura cambia, riducendo la concentrazione e la trasmissione dello stress termico.
Controllare la temperatura del mezzo: cercare di mantenere la stabilità della temperatura del mezzo ed evitare sbalzi di temperatura che potrebbero causare impatti sulla tubazione. In situazioni in cui la temperatura del mezzo cambia in modo significativo, è possibile adottare misure come il preriscaldamento e il raffreddamento lento per ridurre l'impatto dello stress termico.