ASME B31.3 مقابل ASME B31.1

ASME B31.1 مقابل ASME B31.3: تعرف على أكواد تصميم الأنابيب

/في /بواسطة

مقدمة

في تصميم الأنابيب والهندسة، يعد اختيار رمز الأنابيب المناسب أمرًا ضروريًا لضمان السلامة والكفاءة والامتثال لمعايير الصناعة. اثنان من أكثر رموز تصميم الأنابيب المعترف بها على نطاق واسع هما ASME B31.1 و ASME B31.3في حين أن كلاهما يأتي من الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين (ASME) ويحكم تصميم وبناء أنظمة الأنابيب، إلا أن تطبيقاتهما تختلف بشكل كبير. فهم ASME B31.1 مقابل ASME B31.3 يعد النقاش أمرًا بالغ الأهمية لاختيار الكود الصحيح لمشروعك، سواء كان يتعلق بمحطات الطاقة، أو المعالجة الكيميائية، أو المرافق الصناعية.

نظرة عامة: ASME B31.1 مقابل ASME B31.3

What is ASME B31.3 or Process Piping Code?

ASME B31.1 هو المعيار الذي يحكم تصميم وبناء وصيانة أنظمة الأنابيب في محطات الطاقة. وهو ينطبق على أنظمة الأنابيب في محطات الطاقة والمصانع والمرافق الأخرى التي تتضمن توليد الطاقة. ويركز هذا الرمز بشكل كبير على سلامة الأنظمة التي تتعامل مع البخار عالي الضغط والماء والغازات الساخنة.

التطبيقات النموذجية:محطات توليد الطاقة، وأنظمة التدفئة، والتوربينات، وأنظمة الغلايات.
نطاق الضغط:أنظمة البخار والسوائل ذات الضغط العالي.
مدى درجة الحرارة:خدمة درجات الحرارة العالية، وخاصة لتطبيقات البخار والغاز.

What is ASME B31.1 or Power Piping Code?

ASME B31.3 applies to the design and construction of piping systems used in chemical, petrochemical, and pharmaceutical industries. It governs systems that transport chemicals, gases, or liquids under different pressure and temperature conditions, often including hazardous materials. This code also covers the associated support systems and the safety considerations of handling chemicals and dangerous substances.

التطبيقات النموذجية:مصانع المعالجة الكيميائية، ومصافي النفط، والمرافق الصيدلانية، ومصانع الأغذية والمشروبات.
نطاق الضغط:أقل عمومًا من نطاق الضغط في ASME B31.1، اعتمادًا على أنواع السوائل وتصنيفها.
مدى درجة الحرارة: varies depending على السوائل الكيميائية، ولكنها عادة ما تكون أقل من الظروف القاسية في ASME B31.1.

Difference Between ASME B31.3 and ASME B31.1 (ASME B31.3 vs ASME B31.1)

ASME B31.3 مقابل ASME B31.1

ASME B31.3 مقابل ASME B31.1

Sr No معامل ASME B31.3-Process Piping ASME B31.1-Power Piping
1 نِطَاق Provides rules for Process or Chemical Plants Provides rules for Power Plants
2 Basic Allowable Material Stress Basic allowable material stress value is higher (For example the allowable stress value for A 106 B material at 250 Deg C is 132117.328 Kpa as per ASME B31.3) Basic allowable material stress value is lower (For example the allowable stress value for A 106 B material at 250 Deg C is 117900.344 Kpa as per ASME B31.3)
3 Allowable Sagging (Sustained) The ASME B31.3 code does not specifically limit allowable sagging. An allowable sagging of up to 15 mm is generally acceptable. ASME B31.3 does not provide a suggested support span. ASME B31.1 clearly specifies the allowable sagging value as 2.5 mm. Table 121.5-1 of ASME B31.1 provides suggested support span.
4 SIF on Reducers Process Piping Code ASME B31.3 does not use SIF (SIF=1.0) for reducer stress calculation Power Piping code ASME B31.1 uses a maximum SIF of 2.0 for reducers while stress calculation.
5 Factor of Safety ASME B31.3 uses a factor of safety of 3; relatively lower than ASME B31.1. ASME B31.1 uses a safety factor of 4 to have higher reliability as compared to Process plants
6 SIF for Butt Welded Joints ASME B31.3 uses a SIF of 1.0 for buttwelded joints ASME B31.1 uses a SIF of up to 1.9 max in stress calculation.
7 Approach towards SIF ASME B31.3 uses a complex in-plane, out-of-plane SIF approach. ASME B31.1 uses a simplified single SIF Approach.
8 Maximum values of Sc and Sh As per the Process Piping code, the maximum value of Sc and Sh are limited to 138 Mpa or 20 ksi. For the Power piping code, the maximum value of Sc and Sh are 138 Mpa only if the minimum tensile strength of the material is 70 ksi (480Mpa); otherwise, it depends on the values provided in the mandatory appendix A as per temperature.
9 Allowable Stress for Occasional Stresses The allowable value of occasional stress is 1.33 times Sh As per ASME B31.1, the allowable value of occasional stress is 1.15 to 1.20 times Sh
10 The equation for Pipe Wall Thickness Calculation The equation for pipe wall thickness calculation is valid for t<D/6 There is no such limitation in the Power piping wall thickness calculation. However, they add a limitation on maximum design pressure.
11 Section Modulus, Z for Sustained and Occasional Stresses While Sustained and Occasional stress calculation the Process Piping code reduces the thickness by corrosion and other allowances. ASME B31.1 calculates the section modulus using nominal thickness. Thickness is not reduced by corrosion and other allowances.
12 Rules for material usage below -29 Deg. C ASME B31.3 provides extensive rules for the use of materials below -29 degrees C The power piping code provides no such rules for pipe materials below -29 degrees C.
13 Maximum Value of Cyclic Stress Range Factor The maximum value of cyclic stress range factor f is 1.2 The maximum value of is 1.0
14 Allowance for Pressure Temperature Variation As per clause 302.2.4 of ASME B31.3, occasional pressure temperature variation can exceed the allowable by (a) 33% for no more than 10 hours at any one time and no more than 100 hours/year, or (b) 20% for no more than 50 hours at any one time and no more than 500 hours/year. As per clause 102.2.4 of ASME B31.1, occasional pressure temperature variation can exceed the allowable by (a) 15% if the event duration occurs for no more than 8 hours at any one time and not more than 800 hours/year or (b) 20% if the event duration occurs for not more than 1 hour at any one time and not more than 80 hour/year.
15 تصميم الحياة Process Piping is normally designed for 20 to 30 years of service life. Power Piping is generally designed for 40 years or more of service life.
16 PSV reaction force ASME B31.3 does not provide specific equations for PSV reaction force calculation. ASME B31.1 provides specific equations for PSV reaction force calculation.

خاتمة

الفرق الحاسم في ASME B31.1 مقابل ASME B31.3 ويتركز الجدل حول تطبيقات الصناعة ومتطلبات المواد واعتبارات السلامة. ASME B31.1 مثالية لتوليد الطاقة وأنظمة درجات الحرارة العالية، مع التركيز على السلامة الميكانيكية. وفي الوقت نفسه، ASME B31.3 is tailored for the chemical and process industries, emphasizing the safe handling of hazardous materials and chemical compatibility. By understanding the distinctions between these two standards, you can decide which code best suits your project’s requirements, ensuring compliance and safety throughout the project’s lifecycle. Whether you are involved in power plant design or system’ processing, choosing the correct piping code is crucial for a successful project.

ASME BPVC القسم الثاني الجزء أ

ASME BPVC القسم الثاني الجزء أ: مواصفات المواد الحديدية

/في /بواسطة

مقدمة

ASME BPVC القسم الثاني الجزء أ: مواصفات المواد الحديدية هو قسم من كود ASME للغلايات وأوعية الضغط (BPVC) الذي يغطي مواصفات المواد الحديدية (الحديد بشكل أساسي) تُستخدم في بناء الغلايات وأوعية الضغط وغيرها من معدات الاحتفاظ بالضغط. يتناول هذا القسم على وجه التحديد متطلبات المواد الفولاذية والحديدية، بما في ذلك الفولاذ الكربوني والفولاذ السبائكي والفولاذ المقاوم للصدأ.

مواصفات المواد ذات الصلة للأنابيب والألواح

الأنابيب:

إس إيه-178/إس إيه-178إم - أنابيب الغلايات والمسخنات الفائقة الملحومة بالمقاومة الكهربائية المصنوعة من الفولاذ الكربوني والفولاذ الكربوني والمنجنيزي
إس إيه-179/إس إيه-179 إم - أنابيب المبادل الحراري والمكثف المصنوعة من الفولاذ منخفض الكربون المسحوب على البارد بدون لحامات
إس إيه-192/إس إيه-192إم - أنابيب الغلايات المصنوعة من الفولاذ الكربوني بدون لحامات للخدمة تحت الضغط العالي
إس إيه-209/إس إيه-209 إم - أنابيب غلاية وسخان فائقة اللحام من الفولاذ الموليبدينوم والكربون
إس إيه-210/إس إيه-210 إم - أنابيب الغلايات والمسخنات الفائقة المصنوعة من الفولاذ متوسط الكربون بدون لحامات
إس إيه-213/إس إيه-213 إم - أنابيب الغلايات والمسخنات الفائقة والمبادلات الحرارية المصنوعة من الفولاذ السبائكي الفريتي والأوستيني بدون لحامات
إس إيه-214/إس إيه-214 إم - أنابيب المبادل الحراري والمكثف المصنوعة من الفولاذ الكربوني الملحومة بالمقاومة الكهربائية
إس إيه-249/إس إيه-249 إم - غلاية فولاذية ملحومة، ومسخن فائق، ومبادل حراري، وأنابيب مكثف
إس إيه-250/إس إيه-250 إم - غلايات وأنابيب تسخين فائقة مصنوعة من سبائك الفولاذ الفريتي الملحومة بالمقاومة الكهربائية
إس إيه-268/إس إيه-268إم - أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي والمارتنسيتي الملحومة وغير الملحومة للاستخدام العام
إس إيه-334/إس إيه-334إم - أنابيب فولاذية كربونية وسبائكية ملحومة وغير ملحومة للخدمة في درجات الحرارة المنخفضة
إس إيه-335/إس إيه-335 إم - أنابيب فولاذية سبائكية فريتية بدون لحامات للخدمة في درجات الحرارة العالية
إس إيه-423/إس إيه-423 إم - أنابيب فولاذية منخفضة السبائك ملحومة كهربائيًا وبدون درزات
إس إيه-450/إس إيه-450 إم - المتطلبات العامة لأنابيب الفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض السبائك
SA-556/SA-556M - أنابيب تسخين مياه التغذية المصنوعة من الفولاذ الكربوني المسحوب على البارد بدون لحامات
SA-557/SA-557M - أنابيب تسخين مياه التغذية المصنوعة من الفولاذ الكربوني الملحومة بالمقاومة الكهربائية
إس إيه-688/إس إيه-688 إم - أنابيب تسخين مياه التغذية المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي الملحومة وغير الملحومة
إس إيه-789/إس إيه-789 إم - أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ الفريتية/الأستينيتية الملحومة والخالية من اللحامات للاستخدام العام
SA-790/SA-790M - أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي/الأستينيتي الملحومة وغير الملحومة
SA-803/SA-803M - أنابيب تسخين مياه التغذية المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ الفريتية الملحومة وغير الملحومة
إس إيه-813/إس إيه-813 إم - أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي الملحومة بشكل فردي أو مزدوج
إس إيه-814/إس إيه-814 إم – أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي الملحومة على البارد

ASME BPVC

ASME BPVC

الأطباق:

إس إيه-203/إس إيه-203 إم - ألواح أوعية الضغط، الفولاذ السبائكي، النيكل
إس إيه-204/إس إيه-204 إم - ألواح أوعية الضغط، الفولاذ السبائكي، الموليبدينوم
إس إيه-285/إس إيه-285 إم - ألواح أوعية الضغط المصنوعة من الفولاذ الكربوني، ذات قوة الشد المنخفضة والمتوسطة
SA-299/SA-299M - ألواح أوعية الضغط، الفولاذ الكربوني، المنغنيز والسيليكون
إس إيه-302/إس إيه-302 إم - ألواح أوعية الضغط، الفولاذ السبائكي، المنغنيز والموليبدينوم والمنغنيز والموليبدينوم والنيكل
إس إيه-353/إس إيه-353 إم - ألواح أوعية الضغط، فولاذ سبائكي، نيكل 9% مزدوج المعالجة والمقسى
إس إيه-387/إس إيه-387 إم - ألواح أوعية الضغط، الفولاذ السبائكي، الكروم والموليبدينوم
SA-516/SA-516M - ألواح أوعية الضغط المصنوعة من الفولاذ الكربوني للخدمة في درجات الحرارة المتوسطة والمنخفضة
SA-517/SA-517M - ألواح أوعية الضغط، فولاذ سبائكي، عالي القوة، مطفأ ومقسى
SA-533/SA-533M - ألواح أوعية الضغط، الفولاذ السبائكي، المطلي والمقسى، المنغنيز والموليبدينوم والمنغنيز والموليبدينوم والنيكل
إس إيه-537/إس إيه-537إم - ألواح أوعية الضغط، المعالجة حرارياً، الفولاذ الكربوني والمنجنيز والسيليكون
SA-542/SA-542M - ألواح أوعية الضغط، الفولاذ السبائكي، المطلي والمخفف، الكروم والموليبدينوم، والكروم والموليبدينوم والفاناديوم
SA-543/SA-543M - ألواح أوعية الضغط، فولاذ سبائكي، مطفأ ومقسى، نيكل-كروم-موليبدنوم
SA-553/SA-553M - ألواح أوعية الضغط، فولاذ سبائكي، مطفأ ومقسى من النيكل 7 و8 و9%
إس إيه-612/إس إيه-612 إم - ألواح أوعية الضغط المصنوعة من الفولاذ الكربوني، عالية القوة، للخدمة في درجات الحرارة المتوسطة والمنخفضة
إس إيه-662/إس إيه-662 إم - ألواح أوعية الضغط المصنوعة من الفولاذ الكربوني والمنجنيزي والسيليكون، للخدمة في درجات الحرارة المعتدلة والمنخفضة
إس إيه-841/إس إيه-841إم - ألواح أوعية الضغط، المنتجة بواسطة عملية التحكم الحراري الميكانيكي (TMCP)

خاتمة

في الختام، يعد قسم ASME BPVC الجزء الثاني الجزء أ: مواصفات المواد الحديدية موردًا بالغ الأهمية لضمان سلامة وموثوقية وجودة المواد الحديدية المستخدمة في بناء الغلايات وأوعية الضغط وغيرها من معدات الاحتفاظ بالضغط. من خلال توفير مواصفات شاملة حول الخصائص الميكانيكية والكيميائية للمواد مثل الفولاذ الكربوني والفولاذ السبائكي والفولاذ المقاوم للصدأ، يضمن هذا القسم أن المواد تلبي المعايير الصارمة المطلوبة للتطبيقات ذات الضغط العالي ودرجات الحرارة العالية. إن إرشاداته التفصيلية حول أشكال المنتجات وإجراءات الاختبار والامتثال لمعايير الصناعة تجعله لا غنى عنه للمهندسين والمصنعين والمفتشين المشاركين في تصميم وبناء معدات الضغط. وعلى هذا النحو، يعد قسم ASME BPVC الجزء الثاني الجزء أ أمرًا بالغ الأهمية لصناعات البتروكيماويات والنووية وتوليد الطاقة، حيث يجب أن تعمل أوعية الضغط والغلايات بأمان وكفاءة في ظل ظروف إجهاد ميكانيكية صارمة.

إخماد أنابيب الصلب غير الملحومة SAE4140

تحليل أسباب الشقوق الحلقية في الأنابيب الفولاذية الملحومة SAE 4140

/في /بواسطة

تمت دراسة سبب الشق الحلقي في نهاية الأنبوب الفولاذي الملحوم SAE 4140 من خلال فحص التركيب الكيميائي واختبار الصلابة والملاحظة المعدنية والمجهر الإلكتروني الماسح وتحليل طيف الطاقة. أظهرت النتائج أن الشق الحلقي في الأنبوب الفولاذي الملحوم SAE 4140 هو شق إخماد، يحدث عمومًا في نهاية الأنبوب. سبب الشق الإخماد هو معدلات التبريد المختلفة بين الجدران الداخلية والخارجية، ومعدل تبريد الجدار الخارجي أعلى بكثير من معدل الجدار الداخلي، مما يؤدي إلى فشل التشقق الناجم عن تركيز الإجهاد بالقرب من موضع الجدار الداخلي. يمكن القضاء على الشق الحلقي عن طريق زيادة معدل تبريد الجدار الداخلي للأنبوب الفولاذي أثناء الإخماد، وتحسين اتساق معدل التبريد بين الجدار الداخلي والخارجي، والتحكم في درجة الحرارة بعد الإخماد لتكون في حدود 150 ~ 200 درجة مئوية لتقليل إجهاد الإخماد عن طريق المعالجة الذاتية.

SAE 4140 هو فولاذ هيكلي منخفض السبائك CrMo، وهو درجة معيارية أمريكية ASTM A519، في المعيار الوطني 42CrMo بناءً على زيادة محتوى Mn؛ وبالتالي، تم تحسين قابلية التصلب SAE 4140 بشكل أكبر. أنابيب الصلب الملحومة SAE 4140، بدلاً من المسبوكات الصلبة، يمكن لإنتاج قضبان الدرفلة من أنواع مختلفة من الأعمدة المجوفة والأسطوانات والأكمام والأجزاء الأخرى أن يحسن بشكل كبير من كفاءة الإنتاج ويوفر الفولاذ؛ تُستخدم أنابيب الصلب SAE 4140 على نطاق واسع في أدوات الحفر اللولبية للتعدين في حقول النفط والغاز ومعدات الحفر الأخرى. يمكن أن تلبي معالجة تقسية أنابيب الصلب الملحومة SAE 4140 متطلبات قوى الصلب المختلفة ومطابقة الصلابة من خلال تحسين عملية المعالجة الحرارية. ومع ذلك، غالبًا ما نجد أنها تؤثر على عيوب تسليم المنتج في عملية الإنتاج. تركز هذه الورقة بشكل أساسي على أنابيب الصلب SAE 4140 في عملية التبريد في منتصف سمك جدار نهاية الأنبوب، وتنتج تحليلًا لعيب الشقوق على شكل حلقة، وتطرح تدابير التحسين.

1. مواد الاختبار والطرق

أنتجت شركة مواصفات لأنابيب فولاذية بدون لحامات بمقاس ∅ 139.7 × 31.75 مم SAE 4140، عملية الإنتاج لتسخين السبيكة → الثقب → الدرفلة → التحجيم → التلطيف (وقت نقع 850 درجة مئوية لمدة 70 دقيقة من التبريد + دوران الأنبوب خارج دش الماء للتبريد +735 درجة مئوية وقت نقع لمدة ساعتين من التلطيف) → اكتشاف العيوب والتفتيش. بعد معالجة التلطيف، كشف فحص اكتشاف العيوب عن وجود شق حلقي في منتصف سمك الجدار عند نهاية الأنبوب، كما هو موضح في الشكل 1؛ ظهر الشق الحلقي على بعد حوالي 21 ~ 24 مم من الخارج، ودار حول محيط الأنبوب، وكان متقطعًا جزئيًا، بينما لم يتم العثور على مثل هذا العيب في جسم الأنبوب.

الشكل 1 الشق الحلقي في نهاية الأنبوب

الشكل 1 الشق الحلقي في نهاية الأنبوب

أخذ دفعة من عينات إخماد الأنابيب الفولاذية لتحليل الإخماد ومراقبة تنظيم الإخماد، والتحليل الطيفي لتكوين الأنابيب الفولاذية، في نفس الوقت، في شقوق الأنابيب الفولاذية المقواة لأخذ عينات عالية الطاقة لمراقبة مورفولوجيا الشقوق، ومستوى حجم الحبوب، وفي المجهر الإلكتروني الماسح مع مطياف للشقوق في التركيب الداخلي لتحليل المنطقة الدقيقة.

2. نتائج الاختبار

2.1 التركيب الكيميائي

يوضح الجدول 1 نتائج تحليل الطيف للتركيب الكيميائي، كما أن تركيب العناصر يتوافق مع متطلبات المعيار ASTM A519.

الجدول 1 نتائج تحليل التركيب الكيميائي (الكسر الكتلي، %)

عنصر ج سي من ص س سجل تجاري شهر النحاس ني
محتوى 0.39 0.20 0.82 0.01 0.005 0.94 0.18 0.05 0.02
متطلبات ASTM A519 0.38-0.43 0.15-0.35 0.75-1.00 ≤ 0.04 ≤ 0.04 0.8-1.1 0.15-0.25 ≥ 0.35 ≥ 0.25

2.2 اختبار صلابة الأنبوب

في العينات المطفأة لاختبار صلابة إخماد السماكة الكلية لجدار الأنبوب، يمكن رؤية نتائج صلابة السماكة الكلية لجدار الأنبوب، كما هو موضح في الشكل 2، في 21 ~ 24 مم من الخارج، بدأت صلابة الإخماد في الانخفاض بشكل ملحوظ، ومن الخارج، في 21 ~ 24 مم، يوجد تقسية عالية الحرارة للأنبوب في منطقة الشق الحلقي، المنطقة الموجودة أسفل وفوق سماكة جدار الأنبوب، وصل الاختلاف الشديد بين موضع سماكة جدار الأنبوب إلى 5 (HRC) أو نحو ذلك. يبلغ فرق الصلابة بين سماكة الجدار السفلي والعلوي لهذه المنطقة حوالي 5 (HRC). يظهر الشكل 3 التنظيم المعدني في الحالة المطفأة. من التنظيم المعدني في الشكل 3؛ يمكن ملاحظة أن التنظيم في المنطقة الخارجية للأنبوب عبارة عن كمية صغيرة من الفريت + مارتنسيت، في حين أن التنظيم بالقرب من السطح الداخلي غير مطفأ، مع كمية صغيرة من الفريت والبينيت، مما يؤدي إلى انخفاض صلابة التبريد من السطح الخارجي للأنبوب إلى السطح الداخلي للأنبوب على مسافة 21 مم. تشير الدرجة العالية من اتساق الشقوق الحلقية في جدار الأنبوب وموضع الاختلاف الشديد في صلابة التبريد إلى أنه من المحتمل أن تنتج شقوق حلقية في عملية التبريد. يشير الاتساق العالي بين موقع شقوق الحلقة وصلابة التبريد المنخفضة إلى أن شقوق الحلقة ربما تكون قد أنتجت أثناء عملية التبريد.

الشكل 2 قيمة صلابة الإخماد في سمك الجدار الكامل

الشكل 2 قيمة صلابة الإخماد في سمك الجدار الكامل

الشكل 3 هيكل إخماد الأنابيب الفولاذية

الشكل 3 هيكل إخماد الأنابيب الفولاذية

2.3 تظهر النتائج المعدنية للأنابيب الفولاذية في الشكل 4 والشكل 5 على التوالي.

تتكون مصفوفة الأنبوب الفولاذي من أوستينيت مخفف + كمية صغيرة من الفريت + كمية صغيرة من الباينيت، بحجم حبيبات 8، وهو متوسط التنظيم المخفف؛ تمتد الشقوق على طول الاتجاه الطولي، الذي ينتمي إلى التشقق البلوري، ويتمتع جانبا الشقوق بالخصائص النموذجية للالتحام؛ هناك ظاهرة إزالة الكربنة على كلا الجانبين، ويمكن ملاحظة طبقة أكسيد رمادية عالية الحرارة على سطح الشقوق، ولا يمكن رؤية أي شوائب غير معدنية في محيط الشق.

الشكل 4 ملاحظات حول مورفولوجيا الشقوق

الشكل 4 ملاحظات حول مورفولوجيا الشقوق

الشكل 5 البنية الدقيقة للشق

الشكل 5 البنية الدقيقة للشق

2.4 نتائج تحليل طيف الطاقة ومورفولوجيا كسر الشقوق

بعد فتح الكسر، يتم ملاحظة الشكل المجهري للكسر تحت المجهر الإلكتروني الماسح، كما هو موضح في الشكل 6، والذي يوضح أن الكسر تعرض لدرجات حرارة عالية وحدث أكسدة عالية الحرارة على السطح. يقع الكسر بشكل أساسي على طول كسر البلورة، مع حجم حبيبات يتراوح من 20 إلى 30 ميكرومتر، ولا توجد حبيبات خشنة وعيوب تنظيمية غير طبيعية؛ يُظهر تحليل طيف الطاقة أن سطح الكسر يتكون بشكل أساسي من الحديد وأكاسيده، ولا توجد عناصر غريبة غير طبيعية. يُظهر التحليل الطيفي أن سطح الكسر يتكون في المقام الأول من الحديد وأكاسيده، ولا يوجد عنصر غريب غير طبيعي.

الشكل 6 مورفولوجيا الكسر في الشقوق

الشكل 6 مورفولوجيا الكسر في الشقوق

3 التحليل والمناقشة

3.1 تحليل عيوب الشقوق

من وجهة نظر مورفولوجيا الشق، فإن فتحة الشق مستقيمة؛ والذيل منحني وحاد؛ ويُظهر مسار امتداد الشق خصائص الشق على طول البلورة، وجانبي الشق لهما خصائص شبكية نموذجية، وهي الخصائص المعتادة لشقوق الإخماد. ومع ذلك، وجد الفحص المعدني أن هناك ظاهرة إزالة الكربنة على جانبي الشق، وهو ما لا يتماشى مع خصائص شقوق الإخماد التقليدية، مع الأخذ في الاعتبار حقيقة أن درجة حرارة تلطيف أنبوب الفولاذ هي 735 درجة مئوية، وAc1 هي 738 درجة مئوية في SAE 4140، وهو ما لا يتماشى مع الخصائص التقليدية لشقوق الإخماد. بالنظر إلى أن درجة حرارة التلطيف المستخدمة للأنبوب هي 735 درجة مئوية و Ac1 من SAE 4140 هي 738 درجة مئوية، وهما قريبتان جدًا من بعضهما البعض، فمن المفترض أن إزالة الكربون على جانبي الشق مرتبطة بالتلطيف عالي الحرارة أثناء التلطيف (735 درجة مئوية) وليست شقًا موجودًا بالفعل قبل المعالجة الحرارية للأنبوب.

3.2 أسباب التشقق

ترتبط أسباب شقوق الإخماد عمومًا بدرجة حرارة تسخين الإخماد ومعدل تبريد الإخماد والعيوب المعدنية وإجهادات الإخماد. من نتائج التحليل التركيبي، فإن التركيب الكيميائي للأنبوب يلبي متطلبات درجة فولاذ SAE 4140 في معيار ASTM A519، ولم يتم العثور على أي عناصر متجاوزة؛ لم يتم العثور على شوائب غير معدنية بالقرب من الشقوق، وأظهر تحليل طيف الطاقة عند كسر الشق أن منتجات الأكسدة الرمادية في الشقوق كانت Fe وأكاسيدها، ولم يتم رؤية أي عناصر غريبة غير طبيعية، لذلك يمكن استبعاد أن العيوب المعدنية تسببت في الشقوق الحلقية؛ كانت درجة حجم حبيبات الأنبوب من الدرجة 8، وكانت درجة حجم الحبيبات من الدرجة 7، وكان حجم الحبيبات من الدرجة 8، وكان حجم الحبيبات من الدرجة 8. مستوى حجم حبيبات الأنبوب هو 8؛ الحبوب مكررة وليست خشنة، مما يدل على أن شق الإخماد لا علاقة له بدرجة حرارة تسخين الإخماد.

يرتبط تكوين شقوق الإخماد ارتباطًا وثيقًا بإجهادات الإخماد، وهي مقسمة إلى إجهادات حرارية وتنظيمية. يرجع الإجهاد الحراري إلى عملية تبريد الأنبوب الفولاذي؛ حيث لا يكون معدل تبريد الطبقة السطحية وقلب الأنبوب الفولاذي ثابتًا، مما يؤدي إلى انكماش غير متساوٍ للمادة والإجهادات الداخلية؛ والنتيجة هي أن الطبقة السطحية للأنبوب الفولاذي تخضع لإجهادات ضغطية وقلب إجهادات شد؛ وإجهادات الأنسجة هي إخماد تنظيم الأنبوب الفولاذي للتحول المارتنسيتي، جنبًا إلى جنب مع توسع حجم عدم الاتساق في توليد الإجهادات الداخلية، وتنظيم الإجهادات الناتجة عن النتيجة هي الطبقة السطحية لإجهادات الشد، ومركز إجهادات الشد. يوجد هذان النوعان من الإجهادات في الأنبوب الفولاذي في نفس الجزء، ولكن دور الاتجاه هو العكس؛ والتأثير المشترك للنتيجة هو أن أحد العوامل المهيمنة للإجهادين، والدور المهيمن للإجهاد الحراري هو نتيجة لشد قلب القطعة، وضغط السطح؛ إن الدور المهيمن لإجهاد الأنسجة هو نتيجة لضغط الشد على سطح قطعة العمل.

SAE 4140 إخماد الأنابيب الفولاذية باستخدام إنتاج تبريد الدش الخارجي الدوار ، معدل تبريد السطح الخارجي أكبر بكثير من السطح الداخلي ، المعدن الخارجي للأنبوب الفولاذي مطفأ بالكامل ، في حين أن المعدن الداخلي لا يتم إخماده بالكامل لإنتاج جزء من منظمة الفريت والبينيت ، المعدن الداخلي بسبب المعدن الداخلي لا يمكن تحويله بالكامل إلى منظمة مارتنسيتية ، المعدن الداخلي للأنبوب الفولاذي يتعرض حتمًا لإجهاد الشد الناتج عن تمدد الجدار الخارجي للمارتنسيت ، وفي الوقت نفسه ، بسبب أنواع مختلفة من التنظيم ، يختلف حجمه المحدد بين المعدن الداخلي والخارجي في نفس الوقت ، بسبب أنواع التنظيم المختلفة ، يختلف الحجم الخاص للطبقات الداخلية والخارجية للمعدن ، ومعدل الانكماش ليس هو نفسه أثناء التبريد ، كما سيتم توليد إجهاد الشد عند واجهة النوعين من التنظيم ، ويهيمن توزيع الإجهاد على الضغوط الحرارية ، وإجهاد الشد الناتج عند واجهة النوعين من التنظيم داخل الأنبوب هو الأكبر، مما يؤدي إلى حدوث شقوق إخماد الحلقة في منطقة سمك جدار الأنبوب بالقرب من السطح الداخلي (21~24 مم بعيدًا عن السطح الخارجي)؛ بالإضافة إلى ذلك، فإن نهاية الأنبوب الفولاذي هي جزء حساس هندسيًا من الأنبوب بالكامل، وهو عرضة لتوليد الإجهاد. بالإضافة إلى ذلك، فإن نهاية الأنبوب هي جزء حساس هندسيًا من الأنبوب بالكامل، وهو عرضة لتركيز الإجهاد. يحدث هذا الشق الحلقي عادةً فقط في نهاية الأنبوب، ولم يتم العثور على مثل هذه الشقوق في جسم الأنبوب.

باختصار، فإن الشقوق على شكل حلقة في الأنابيب الفولاذية ذات الجدران السميكة SAE 4140 المطفأة ناجمة عن التبريد غير المتساوي للجدران الداخلية والخارجية؛ معدل تبريد الجدار الخارجي أعلى بكثير من معدل تبريد الجدار الداخلي؛ إنتاج الأنابيب الفولاذية ذات الجدران السميكة SAE 4140 لتغيير طريقة التبريد الحالية، لا يمكن استخدامها فقط خارج عملية التبريد، والحاجة إلى تعزيز تبريد الجدار الداخلي للأنبوب الفولاذي، لتحسين اتساق معدل تبريد الجدران الداخلية والخارجية للأنابيب الفولاذية ذات الجدران السميكة لتقليل تركيز الإجهاد، والقضاء على الشقوق الحلقية. شقوق الحلقة.

3.3 تدابير التحسين

لتجنب شقوق الإخماد، في تصميم عملية الإخماد، فإن جميع الظروف التي تساهم في تطوير إجهادات الشد للإخماد هي عوامل لتكوين الشقوق، بما في ذلك درجة حرارة التسخين، وعملية التبريد، ودرجة حرارة التفريغ. تشمل تدابير العملية المحسنة المقترحة: درجة حرارة إخماد 830-850 درجة مئوية؛ استخدام فوهة داخلية تتوافق مع خط الوسط للأنبوب، والتحكم في تدفق الرش الداخلي المناسب، وتحسين معدل تبريد الفتحة الداخلية لضمان توحيد معدل تبريد الجدران الداخلية والخارجية لأنبوب الفولاذ ذي الجدران السميكة؛ التحكم في درجة حرارة ما بعد الإخماد 150-200 درجة مئوية، واستخدام درجة حرارة الأنابيب الفولاذية المتبقية للتلطيف الذاتي، لتقليل إجهادات الإخماد في الأنابيب الفولاذية.

ينتج استخدام التكنولوجيا المحسنة ∅158.75 × 34.93 مم، ∅139.7 × 31.75 مم، ∅254 × 38.1 مم، ∅224 × 26 مم، وما إلى ذلك، وفقًا لعشرات مواصفات الأنابيب الفولاذية. بعد فحص العيوب بالموجات فوق الصوتية، تكون المنتجات مؤهلة، ولا تحتوي على شقوق إخماد الحلقة.

4. الخاتمة

(1) وفقًا للخصائص العيانية والمجهرية لشقوق الأنابيب، فإن الشقوق الحلقية في نهايات الأنابيب الفولاذية SAE 4140 تنتمي إلى فشل التشقق الناجم عن إجهاد الإخماد، والذي يحدث عادةً في نهايات الأنابيب.

(2) تحدث الشقوق على شكل حلقات في الأنابيب الفولاذية ذات الجدران السميكة SAE 4140 المطفأة بسبب التبريد غير المتساوي للجدران الداخلية والخارجية. معدل تبريد الجدار الخارجي أعلى بكثير من معدل تبريد الجدار الداخلي. لتحسين اتساق معدل تبريد الجدران الداخلية والخارجية للأنابيب الفولاذية ذات الجدران السميكة، فإن إنتاج الأنابيب الفولاذية ذات الجدران السميكة SAE 4140 يحتاج إلى تعزيز تبريد الجدار الداخلي.

أنبوب فولاذي بدون لحام ASME SA213 T91

ASME SA213 T91: ما مقدار ما تعرفه؟

/في /بواسطة

الخلفية والمقدمة

ASME SA213 T91، رقم الفولاذ في ASME SA213/SA213M ينتمي هذا الفولاذ القياسي إلى الفولاذ المحسن 9Cr-1Mo، والذي تم تطويره من سبعينيات إلى ثمانينيات القرن العشرين بواسطة مختبر Rubber Ridge الوطني الأمريكي ومختبر المواد المعدنية التابع لشركة هندسة الاحتراق الأمريكية بالتعاون. تم تطويره على أساس الفولاذ 9Cr-1Mo السابق، المستخدم في مواد الأجزاء المضغوطة عالية الحرارة للطاقة النووية (يمكن استخدامه أيضًا في مجالات أخرى)، وهو الجيل الثالث من منتجات الفولاذ ذات القوة الساخنة؛ ميزتها الرئيسية هي تقليل محتوى الكربون، في الحد من الحدود العليا والسفلى لمحتوى الكربون، ورقابة أكثر صرامة على محتوى العناصر المتبقية، مثل P و S، في نفس الوقت، إضافة أثر من 0.030-0.070% من N، وآثار من عناصر تشكيل الكربيد الصلبة 0.18-0.25% من V و0.06-0.10% من Nb، لتحسين متطلبات الحبوب، وبالتالي تحسين صلابة البلاستيك وقابلية اللحام للصلب، وتحسين استقرار الصلب في درجات الحرارة العالية، بعد هذا التعزيز متعدد المركبات، وتشكيل نوع جديد من سبائك الفولاذ المقاوم للحرارة المارتنسيتية عالية الكروم.

ASME SA213 T91، عادة ما يتم إنتاج منتجات للأنابيب ذات القطر الصغير، ويتم استخدامها بشكل أساسي في الغلايات وأجهزة التسخين الفائقة والمبادلات الحرارية.

الدرجات الدولية المقابلة للفولاذ T91

دولة

 الولايات المتحدة الأمريكية ألمانيا اليابان فرنسا الصين
درجة الفولاذ المكافئة SA-213 T91 X10CrMoVNNb91 إتش سي إم 95 TUZ10CDVNb0901 10Cr9Mo1VNbN

سوف نتعرف على هذا الفولاذ من عدة جوانب هنا.

أولا: التركيب الكيميائي من ASME SA213 T91

عنصر ج من ص س سي سجل تجاري شهر ني الخامس ملحوظة ن آل
محتوى 0.07-0.14 0.30-0.60 .00.020 .00.010 0.20-0.50 8.00-9.50 0.85-1.05 .40.40 0.18-0.25 0.06-0.10 0.030-0.070 .00.020

II. تحليل الأداء

2.1 دور عناصر السبائك على خصائص المواد: تلعب عناصر سبائك الفولاذ T91 دورًا في تقوية المحلول الصلب وتعزيز الانتشار وتحسين مقاومة الفولاذ للأكسدة والتآكل، ويتم تحليلها صراحةً على النحو التالي.
2.1.1 الكربون هو التأثير الأكثر وضوحًا لتعزيز المحلول الصلب لعناصر الفولاذ؛ مع زيادة محتوى الكربون، تنخفض قوة الفولاذ على المدى القصير، والمرونة، والصلابة، مثل الفولاذ T91، فإن ارتفاع محتوى الكربون سيسرع من سرعة كروية الكربيد وسرعة التجميع، ويسرع إعادة توزيع عناصر السبائك، مما يقلل من قابلية اللحام ومقاومة التآكل ومقاومة الأكسدة للفولاذ، لذلك يرغب الفولاذ المقاوم للحرارة عمومًا في تقليل كمية محتوى الكربون. ومع ذلك، ستنخفض قوة الفولاذ إذا كان محتوى الكربون منخفضًا جدًا. يتمتع الفولاذ T91، مقارنة بالفولاذ 12Cr1MoV، بمحتوى كربون مخفض يبلغ 20%، وهو اعتبار دقيق لتأثير العوامل المذكورة أعلاه.
2.1.2 يحتوي فولاذ T91 على آثار من النيتروجين؛ وينعكس دور النيتروجين في جانبين. من ناحية، دور تقوية المحلول الصلب، والنيتروجين في درجة حرارة الغرفة في قابلية ذوبان الفولاذ ضئيل، ومنطقة التأثر بالحرارة الملحومة بفولاذ T91 في عملية تسخين اللحام والمعالجة الحرارية بعد اللحام، سيكون هناك تتابع لعملية المحلول الصلب وترسيب VN: تم تشكيل منطقة التأثر بالحرارة لتسخين اللحام داخل المنظمة الأوستنيتية بسبب قابلية ذوبان VN، ويزداد محتوى النيتروجين، وبعد ذلك، تزداد درجة التشبع الفائق في تنظيم درجة حرارة الغرفة في المعالجة الحرارية اللاحقة للحام، وهناك ترسب طفيف لـ VN، مما يزيد من استقرار التنظيم ويحسن قيمة القوة الدائمة لمنطقة التأثر بالحرارة. من ناحية أخرى، يحتوي فولاذ T91 أيضًا على كمية صغيرة من A1؛ يمكن تشكيل النيتروجين مع A1N، A1N في أكثر من 1 100 ℃ فقط عدد كبير من المذاب في المصفوفة، ثم يعاد ترسيبه في درجات حرارة منخفضة، مما يمكن أن يلعب تأثير تقوية الانتشار بشكل أفضل.
2.1.3 إضافة الكروم بشكل أساسي لتحسين مقاومة الأكسدة للفولاذ المقاوم للحرارة ومقاومة التآكل، ومحتوى الكروم أقل من 5%، 600 ℃ بدأ يتأكسد بعنف، في حين أن كمية محتوى الكروم حتى 5% لها مقاومة أكسدة ممتازة. يتمتع الفولاذ 12Cr1MoV في 580 ℃ التالية بمقاومة أكسدة جيدة، وعمق التآكل 0.05 مم / أ، 600 ℃ عندما بدأ الأداء في التدهور، وعمق التآكل 0.13 مم / أ. T91 يحتوي على محتوى كروم يبلغ 1 100 ℃ قبل عدد كبير من المذاب في المصفوفة، وفي درجات حرارة أقل وإعادة الترسيب يمكن أن تلعب تأثير تقوية انتشار الصوت. /T91 تم زيادة محتوى الكروم إلى حوالي 9%، ويمكن أن يصل استخدام درجة الحرارة إلى 650 درجة مئوية، والتدبير الأساسي هو جعل المصفوفة تذوب في المزيد من الكروم.
2.1.4 الفاناديوم والنيوبيوم من العناصر الأساسية في تشكيل الكربيدات. وعند إضافتهما لتشكيل كربيد سبيكة ناعم ومستقر مع الكربون، يحدث تأثير تقوية الانتشار الصلب.
2.1.5 يؤدي إضافة الموليبدينوم بشكل أساسي إلى تحسين القوة الحرارية للفولاذ وتقوية المحاليل الصلبة.

2.2 الخصائص الميكانيكية

تتمتع كتلة T91، بعد المعالجة الحرارية النهائية للتطبيع + التبريد عالي الحرارة، بقوة شد في درجة حرارة الغرفة ≥ 585 ميجا باسكال، وقوة خضوع في درجة حرارة الغرفة ≥ 415 ميجا باسكال، وصلابة ≤ 250 HB، واستطالة (تباعد 50 مم للعينة الدائرية القياسية) ≥ 20%، وقيمة الإجهاد المسموح بها [σ] 650 ℃ = 30 ميجا باسكال.

عملية المعالجة الحرارية: درجة حرارة التطبيع 1040 درجة مئوية، وقت الاحتفاظ لا يقل عن 10 دقائق، درجة حرارة التلطيف 730 ~ 780 درجة مئوية، وقت الاحتفاظ لا يقل عن ساعة واحدة.

2.3 أداء اللحام

وفقًا لصيغة المكافئ الكربوني الموصى بها من قبل معهد اللحام الدولي، يتم حساب المكافئ الكربوني لفولاذ T91 عند 2.43%، وقابلية اللحام المرئية لفولاذ T91 ضعيفة.
الفولاذ لا يميل إلى إعادة التسخين التشقق.

2.3.1 مشاكل اللحام T91

2.3.1.1 تشقق التنظيم المتصلب في المنطقة المتأثرة بالحرارة
سرعة التبريد الحرجة لـ T91 منخفضة، والأوستينيت مستقر للغاية، ولا يحدث التبريد بسرعة أثناء تحويل البيرلايت القياسي. يجب تبريده إلى درجة حرارة أقل (حوالي 400 درجة مئوية) للتحول إلى مارتنسيت ومنظمة خشنة.
اللحام الناتج عن المنطقة المتأثرة بالحرارة للمنظمات المختلفة له كثافات مختلفة ومعاملات تمدد وأشكال شبكية مختلفة في عملية التسخين والتبريد سيصاحبه حتماً تمدد وانكماش حجمي مختلف؛ من ناحية أخرى، بسبب تسخين اللحام له خصائص غير متساوية وعالية الحرارة، لذلك فإن المفاصل الملحومة T91 تتعرض لضغوط داخلية هائلة. المفاصل المنظمة المارتنسيتية الخشنة المتصلبة التي تكون في حالة إجهاد معقدة، في نفس الوقت، عملية تبريد اللحام انتشار الهيدروجين من اللحام إلى منطقة التماس القريبة، ساهم وجود الهيدروجين في هشاشة المارتنسيت، هذه التركيبة من التأثيرات، من السهل إنتاج شقوق باردة في المنطقة المطفأة.

2.3.1.2 نمو الحبوب في المنطقة المتأثرة بالحرارة
تؤثر الدورة الحرارية للحام بشكل كبير على نمو الحبوب في المنطقة المتأثرة بالحرارة للمفاصل الملحومة، وخاصة في منطقة الانصهار المجاورة مباشرة لدرجة حرارة التسخين القصوى. عندما يكون معدل التبريد طفيفًا، ستظهر المنطقة المتأثرة بالحرارة الملحومة منظمة خشنة من الفريت والكربيد بحيث تقل مرونة الفولاذ بشكل كبير؛ يكون معدل التبريد مهمًا بسبب إنتاج منظمة مارتنسيت خشنة، ولكن أيضًا ستقل مرونة المفاصل الملحومة.

2.3.1.3 إنشاء طبقة ناعمة
في حالة اللحام بالصلب T91 في الحالة المخففة، تنتج المنطقة المتأثرة بالحرارة طبقة تليين حتمية، وهي أكثر حدة من تليين الفولاذ المقاوم للحرارة المصنوع من البيرلايت. يكون التليين أكثر وضوحًا عند استخدام المواصفات ذات معدلات التسخين والتبريد الأبطأ. بالإضافة إلى ذلك، يرتبط عرض الطبقة المخففة ومسافتها من خط الانصهار بظروف التسخين وخصائص اللحام والتسخين المسبق والمعالجة الحرارية بعد اللحام.

2.3.1.4 التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي
الفولاذ T91 في المعالجة الحرارية بعد اللحام قبل درجة حرارة التبريد لا تقل عمومًا عن 100 درجة مئوية. إذا كان التبريد في درجة حرارة الغرفة وكانت البيئة رطبة نسبيًا، فمن السهل حدوث تشققات تآكل الإجهاد. اللوائح الألمانية: قبل المعالجة الحرارية بعد اللحام، يجب تبريده إلى أقل من 150 درجة مئوية. في حالة قطع العمل الأكثر سمكًا، واللحامات الجانبية، والهندسة الرديئة، لا تقل درجة حرارة التبريد عن 100 درجة مئوية. إذا كان التبريد في درجة حرارة الغرفة والرطوبة محظورًا تمامًا، فمن السهل حدوث شقوق تآكل الإجهاد.

2.3.2 عملية اللحام

2.3.2.1 طريقة اللحام: يمكن استخدام اللحام اليدوي، أو اللحام المحمي بالغاز باستخدام قطب التنغستن، أو اللحام الأوتوماتيكي باستخدام قطب الانصهار.
2.3.2.2 مادة اللحام: يمكن اختيار سلك اللحام أو قضيب اللحام WE690.

اختيار مواد اللحام:
(1) لحام نفس النوع من الفولاذ - إذا كان من الممكن استخدام اللحام اليدوي لصنع قضيب اللحام اليدوي CM-9Cb، فيمكن استخدام اللحام المحمي بغاز التنغستن لصنع TGS-9Cb، ويمكن استخدام اللحام الأوتوماتيكي لعمود الصهر لصنع سلك MGS-9Cb؛
(2) لحام الفولاذ غير المتشابه - مثل اللحام باستخدام الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي المتوفر بمواد اللحام الاستهلاكية ERNiCr-3.

2.3.2.3 نقاط عملية اللحام:
(1) اختيار درجة حرارة التسخين المسبق قبل اللحام
تبلغ نقطة Ms للفولاذ T91 حوالي 400 درجة مئوية؛ ويتم اختيار درجة حرارة التسخين المسبق بشكل عام عند 200 ~ 250 درجة مئوية. لا يمكن أن تكون درجة حرارة التسخين المسبق مرتفعة للغاية. خلاف ذلك، يتم تقليل معدل تبريد المفصل، والذي قد يحدث في المفاصل الملحومة عند حدود الحبوب لترسب الكربيد وتكوين منظمة الفريت، وبالتالي تقليل صلابة الصدمات للمفاصل الملحومة الفولاذية بشكل كبير في درجة حرارة الغرفة. توفر ألمانيا درجة حرارة تسخين مسبق تتراوح من 180 إلى 250 درجة مئوية؛ توفر USCE درجة حرارة تسخين مسبق تتراوح من 120 إلى 205 درجة مئوية.

(2) اختيار قناة اللحام / درجة حرارة الطبقة البينية
لا ينبغي أن تكون درجة حرارة الطبقة الداخلية أقل من الحد الأدنى لدرجة حرارة التسخين المسبق. ومع ذلك، كما هو الحال مع اختيار درجة حرارة التسخين المسبق، لا يمكن أن تكون درجة حرارة الطبقة الداخلية مرتفعة للغاية. يتم التحكم في درجة حرارة الطبقة الداخلية للحام T91 بشكل عام عند 200 ~ 300 درجة مئوية. اللوائح الفرنسية: لا تتجاوز درجة حرارة الطبقة الداخلية 300 درجة مئوية. اللوائح الأمريكية: يمكن تحديد درجة حرارة الطبقة الداخلية بين 170 ~ 230 درجة مئوية.

(3) اختيار درجة حرارة بدء المعالجة الحرارية بعد اللحام
تتطلب T91 تبريدًا بعد اللحام إلى أقل من نقطة Ms والاحتفاظ بها لفترة معينة قبل معالجة التقسية، بمعدل تبريد بعد اللحام يتراوح من 80 إلى 100 درجة مئوية / ساعة. إذا لم يتم عزلها، فقد لا يتحول التنظيم الأوستنيتي للمفصل بالكامل؛ سيعزز تسخين التقسية ترسب الكربيد على طول حدود الحبوب الأوستنيتية، مما يجعل التنظيم هشًا للغاية. ومع ذلك، لا يمكن تبريد T91 إلى درجة حرارة الغرفة قبل التقسية بعد اللحام لأن التشقق البارد أمر خطير عندما يتم تبريد وصلاته الملحومة إلى درجة حرارة الغرفة. بالنسبة لـ T91، فإن أفضل درجة حرارة بدء معالجة حرارية بعد اللحام تتراوح من 100 إلى 150 درجة مئوية والاحتفاظ بها لمدة ساعة يمكن أن تضمن تحول التنظيم الكامل.

(4) اختيار درجة حرارة المعالجة الحرارية بعد اللحام، ووقت التثبيت، ومعدل تبريد المعالجة
درجة حرارة التلطيف: ميل التشقق البارد لفولاذ T91 أكثر أهمية، وفي ظل ظروف معينة، يكون عرضة للتشقق المتأخر، لذلك يجب تلطيف المفاصل الملحومة في غضون 24 ساعة بعد اللحام. يمكن تغيير حالة ما بعد اللحام T91 لتنظيم مارتنسيت الشبكة، بعد التلطيف، إلى مارتنسيت مخفف؛ أداؤه متفوق على مارتنسيت الشبكة. درجة حرارة التلطيف منخفضة؛ تأثير التلطيف غير واضح؛ المعدن الملحوم سهل الشيخوخة والهشاشة؛ درجة حرارة التلطيف مرتفعة للغاية (أكثر من خط AC1)، قد يتم أوستنيت المفصل مرة أخرى، وفي عملية التبريد اللاحقة لإعادة الإخماد. في الوقت نفسه، كما هو موضح سابقًا في هذه الورقة، يجب أن يأخذ تحديد درجة حرارة التلطيف في الاعتبار أيضًا تأثير طبقة تليين المفصل. بشكل عام، درجة حرارة تلطيف T91 من 730 ~ 780 ℃.
وقت الاحتفاظ: يتطلب T91 وقت الاحتفاظ بالتسخين بعد اللحام لمدة ساعة على الأقل لضمان تحول تنظيمه بالكامل إلى مارتنسيت مخفف.
معدل تبريد التلطيف: لتقليل الإجهاد المتبقي في الوصلات الملحومة بالفولاذ T91، يجب أن يكون معدل التبريد أقل من خمس درجات مئوية / دقيقة.
بشكل عام، يمكن التعبير بشكل موجز عن عملية لحام الفولاذ T91 في عملية التحكم في درجة الحرارة في الشكل أدناه:

عملية التحكم في درجة الحرارة في عملية لحام أنبوب الفولاذ T91

عملية التحكم في درجة الحرارة في عملية لحام أنبوب الفولاذ T91

ثالثًا: فهم معيار ASME SA213 T91

3.1 الفولاذ T91، من خلال مبدأ السبائك، وخاصة إضافة كمية صغيرة من النيوبيوم والفاناديوم والعناصر النزرة الأخرى، يحسن بشكل كبير من قوة درجات الحرارة العالية ومقاومة الأكسدة مقارنة بالفولاذ 12Cr1MoV، ولكن أداء اللحام الخاص به ضعيف.
3.2 يميل الفولاذ T91 بشكل أكبر إلى التشقق البارد أثناء اللحام ويحتاج إلى التسخين المسبق للحام إلى 200 ~ 250 درجة مئوية، للحفاظ على درجة حرارة الطبقة البينية عند 200 ~ 300 درجة مئوية، مما يمكن أن يمنع التشققات الباردة بشكل فعال.
3.3 يجب تبريد المعالجة الحرارية بعد اللحام للفولاذ T91 إلى 100 ~ 150 درجة مئوية، والعزل لمدة ساعة واحدة، ودرجة حرارة التسخين والتلطيف إلى 730 ~ 780 درجة مئوية، ووقت العزل لا يقل عن ساعة واحدة، وأخيرًا، لا تزيد سرعة التبريد إلى درجة حرارة الغرفة عن 5 درجات مئوية / دقيقة.

IV. عملية تصنيع ASME SA213 T91

تتطلب عملية تصنيع SA213 T91 عدة طرق، بما في ذلك الصهر والثقب والدرفلة. يجب أن تتحكم عملية الصهر في التركيب الكيميائي لضمان أن يتمتع الأنبوب الفولاذي بمقاومة ممتازة للتآكل. تتطلب عمليات الثقب والدرفلة التحكم الدقيق في درجة الحرارة والضغط للحصول على الخصائص الميكانيكية والدقة الأبعادية المطلوبة. بالإضافة إلى ذلك، تحتاج الأنابيب الفولاذية إلى المعالجة الحرارية لإزالة الضغوط الداخلية وتحسين مقاومة التآكل.

V. تطبيقات ASME SA213 T91

ASME SA213 T91 SA213 T91 هو فولاذ مقاوم للحرارة عالي الكروم، يستخدم بشكل أساسي في تصنيع سخانات المياه عالية الحرارة وأجهزة إعادة التسخين والأجزاء المضغوطة الأخرى لغلايات محطات الطاقة دون الحرجة وفوق الحرجة مع درجات حرارة جدار معدني لا تتجاوز 625 درجة مئوية، ويمكن استخدامه أيضًا كأجزاء مضغوطة عالية الحرارة لأوعية الضغط والطاقة النووية. يتمتع SA213 T91 بمقاومة ممتازة للزحف ويمكنه الحفاظ على حجم وشكل ثابتين في درجات الحرارة العالية وتحت الأحمال الطويلة الأجل. تشمل تطبيقاته الرئيسية الغلايات وأجهزة السخان الفائقة والمبادلات الحرارية وغيرها من المعدات في صناعات الطاقة والكيميائية والبترول. يستخدم على نطاق واسع في جدران الغلايات عالية الضغط المبردة بالماء في صناعة البتروكيماويات وأنابيب الموفر وأجهزة السخان الفائقة وأجهزة إعادة التسخين والأنابيب.

NACE MR0175 ISO 15156 مقابل NACE MR0103 ISO 17495-1

NACE MR0175/ISO 15156 مقابل NACE MR0103/ISO 17495-1

/في /بواسطة

مقدمة

في صناعة النفط والغاز، وخاصة في البيئات البرية والبحرية، يعد ضمان طول عمر وموثوقية المواد المعرضة لظروف قاسية أمرًا بالغ الأهمية. وهنا يأتي دور معايير مثل NACE MR0175/ISO 15156 مقابل NACE MR0103/ISO 17495-1. يوفر كلا المعيارين إرشادات بالغة الأهمية لاختيار المواد في بيئات الخدمة الحامضة. ومع ذلك، فإن فهم الاختلافات بينهما أمر ضروري لاختيار المواد المناسبة لعملياتك.

في منشور المدونة هذا، سوف نستكشف الاختلافات الرئيسية بين NACE MR0175/ISO 15156 مقابل NACE MR0103/ISO 17495-1وسنقدم نصائح عملية لمحترفي النفط والغاز الذين يتعاملون مع هذه المعايير. وسنناقش أيضًا التطبيقات والتحديات والحلول المحددة التي توفرها هذه المعايير، وخاصة في سياق بيئات حقول النفط والغاز القاسية.

ما هي NACE MR0175/ISO 15156 و NACE MR0103/ISO 17495-1؟

نيس MR0175/ISO 15156:
هذا المعيار معترف به عالميًا لحكم اختيار المواد والتحكم في التآكل في بيئات الغاز الحامض، حيث يوجد كبريتيد الهيدروجين (H₂S). وهو يوفر إرشادات لتصميم وتصنيع وصيانة المواد المستخدمة في عمليات النفط والغاز البرية والبحرية. والهدف هو التخفيف من المخاطر المرتبطة بالتشقق الناجم عن الهيدروجين (HIC)، والتشقق الإجهادي الناجم عن الكبريتيد (SSC)، والتشقق الإجهادي الناجم عن التآكل (SCC)، والتي يمكن أن تعرض سلامة المعدات الحيوية مثل خطوط الأنابيب والصمامات ورؤوس الآبار للخطر.

نيس MR0103/ISO 17495-1:
على الجانب الآخر، نيس MR0103/ISO 17495-1 يركز هذا الكتاب في المقام الأول على المواد المستخدمة في بيئات التكرير والمعالجة الكيميائية، حيث قد يحدث التعرض للخدمة الحامضة، ولكن بنطاق مختلف قليلاً. ويغطي متطلبات المعدات المعرضة لظروف تآكلية معتدلة، مع التركيز على ضمان قدرة المواد على تحمل الطبيعة العدوانية لعمليات التكرير المحددة مثل التقطير أو التكسير، حيث يكون خطر التآكل أقل نسبيًا من عمليات النفط والغاز السابقة.

NACE MR0175 ISO 15156 مقابل NACE MR0103 ISO 17495-1

NACE MR0175 ISO 15156 مقابل NACE MR0103 ISO 17495-1

الاختلافات الرئيسية: NACE MR0175/ISO 15156 مقابل NACE MR0103/ISO 17495-1

الآن بعد أن أصبح لدينا نظرة عامة على كل معيار، من المهم تسليط الضوء على الاختلافات التي قد تؤثر على اختيار المواد في الميدان. يمكن أن تؤثر هذه الاختلافات بشكل كبير على أداء المواد وسلامة العمليات.

1. نطاق التطبيق

الفرق الأساسي بين NACE MR0175/ISO 15156 مقابل NACE MR0103/ISO 17495-1 تكمن في نطاق تطبيقها.

نيس MR0175/ISO 15156 تم تصميمه خصيصًا للمعدات المستخدمة في بيئات الخدمة الحامضة حيث يوجد كبريتيد الهيدروجين. وهو أمر بالغ الأهمية في الأنشطة السابقة مثل التنقيب والإنتاج ونقل النفط والغاز، وخاصة في الحقول البحرية والبرية التي تتعامل مع الغاز الحامض (الغاز المحتوي على كبريتيد الهيدروجين).

نيس MR0103/ISO 17495-1في حين لا تزال صناعة الغاز الحامض تركز على صناعات التكرير والكيميائيات، وخاصة حيث يشارك الغاز الحامض في عمليات مثل التكرير والتقطير والتكسير.

2. الخطورة البيئية

وتشكل الظروف البيئية أيضًا عاملًا أساسيًا في تطبيق هذه المعايير. نيس MR0175/ISO 15156 يعالج هذا النظام الظروف الأكثر شدة للخدمة الحامضية. على سبيل المثال، يغطي تركيزات أعلى من كبريتيد الهيدروجين، وهو أكثر تآكلًا ويمثل خطرًا أعلى لتدهور المواد من خلال آليات مثل التشقق الناجم عن الهيدروجين (HIC) والتشقق الناتج عن الإجهاد الكبريتيدي (SSC).

في المقابل، نيس MR0103/ISO 17495-1 وتأخذ هذه الدراسة في الاعتبار البيئات التي قد تكون أقل خطورة من حيث التعرض لكبريتيد الهيدروجين، رغم أنها لا تزال بالغة الخطورة في بيئات المصافي والمصانع الكيميائية. وقد لا يكون التركيب الكيميائي للسوائل المشاركة في عمليات التكرير عدوانيًا مثل تلك الموجودة في حقول الغاز الحامض، ولكنها لا تزال تشكل مخاطر التآكل.

3. المتطلبات المادية

يقدم كلا المعيارين معايير محددة لاختيار المواد، ولكنهما يختلفان في متطلباتهما الصارمة. نيس MR0175/ISO 15156 تضع هذه المواصفة القياسية تركيزًا أكبر على منع التآكل المرتبط بالهيدروجين في المواد، والذي يمكن أن يحدث حتى في تركيزات منخفضة للغاية من كبريتيد الهيدروجين. وتدعو هذه المواصفة إلى استخدام مواد مقاومة لـ SSC وHIC والتعب الناتج عن التآكل في البيئات الحامضية.

على الجانب الآخر، نيس MR0103/ISO 17495-1 إن عملية التكسير بالهيدروجين أقل تقييدًا من حيث التكسير المرتبط بالهيدروجين ولكنها تتطلب مواد يمكنها التعامل مع العوامل المسببة للتآكل في عمليات التكرير، وغالبًا ما تركز بشكل أكبر على مقاومة التآكل العامة بدلاً من المخاطر المحددة المتعلقة بالهيدروجين.

4. الاختبار والتحقق

تتطلب كلا المعيارين الاختبار والتحقق لضمان أداء المواد في البيئات الخاصة بها. ومع ذلك، نيس MR0175/ISO 15156 تتطلب اختبارات أكثر شمولاً وتحققًا أكثر تفصيلاً لأداء المواد في ظل ظروف الخدمة الحامضة. تتضمن الاختبارات إرشادات محددة لـ SSC وHIC وأنماط الفشل الأخرى المرتبطة ببيئات الغاز الحامض.

نيس MR0103/ISO 17495-1على الرغم من أن اختبار المواد يتطلب أيضًا إجراء اختبارات عليها، إلا أنه غالبًا ما يكون أكثر مرونة من حيث معايير الاختبار، مع التركيز على ضمان أن المواد تلبي معايير مقاومة التآكل العامة بدلاً من التركيز بشكل خاص على المخاطر المرتبطة بكبريتيد الهيدروجين.

لماذا يجب أن تهتم بـ NACE MR0175/ISO 15156 مقابل NACE MR0103/ISO 17495-1؟

إن فهم هذه الاختلافات يمكن أن يساعد في منع فشل المواد، وضمان السلامة التشغيلية، والامتثال للوائح الصناعة. سواء كنت تعمل على منصة نفط بحرية، أو مشروع خط أنابيب، أو في مصفاة، فإن استخدام المواد المناسبة وفقًا لهذه المعايير سيوفر لك الحماية من الأعطال المكلفة، وتوقف التشغيل غير المتوقع، والمخاطر البيئية المحتملة.

بالنسبة لعمليات النفط والغاز، وخاصة في بيئات الخدمة الحامضية البرية والبحرية، نيس MR0175/ISO 15156 هو المعيار المفضل. فهو يضمن قدرة المواد على تحمل أقسى البيئات، مما يخفف من المخاطر مثل SSC وHIC التي يمكن أن تؤدي إلى أعطال كارثية.

وعلى النقيض من ذلك، بالنسبة للعمليات في التكرير أو المعالجة الكيميائية، نيس MR0103/ISO 17495-1 تقدم هذه التقنية إرشادات أكثر تفصيلاً. فهي تسمح باستخدام المواد بشكل فعال في البيئات التي تحتوي على غاز حمضي ولكن في ظروف أقل عدوانية مقارنة باستخراج النفط والغاز. وينصب التركيز هنا بشكل أكبر على مقاومة التآكل بشكل عام في بيئات المعالجة.

إرشادات عملية لمحترفي النفط والغاز

عند اختيار المواد للمشاريع في أي فئة، ضع ما يلي في الاعتبار:

فهم بيئتك:قم بتقييم ما إذا كانت عملياتك تتضمن استخراج الغاز الحامض (المنبع) أو التكرير والمعالجة الكيميائية (المصب). سيساعدك هذا في تحديد المعيار الذي يجب تطبيقه.

اختيار المواد:اختر المواد التي تتوافق مع المعيار ذي الصلة بناءً على الظروف البيئية ونوع الخدمة (الغاز الحامض مقابل التكرير). غالبًا ما يُنصح باستخدام الفولاذ المقاوم للصدأ والمواد عالية السبائك والسبائك المقاومة للتآكل بناءً على شدة البيئة.

الاختبار والتحقق:تأكد من اختبار جميع المواد وفقًا للمعايير ذات الصلة. بالنسبة لبيئات الغاز الحامض، قد يكون من الضروري إجراء اختبارات إضافية لـ SSC وHIC والتعب الناتج عن التآكل.

استشارة الخبراء:من الجيد دائمًا استشارة متخصصي التآكل أو مهندسي المواد الذين لديهم خبرة في NACE MR0175/ISO 15156 مقابل NACE MR0103/ISO 17495-1 لضمان الأداء الأمثل للمواد.

خاتمة

وفي الختام، فهم التمييز بين NACE MR0175/ISO 15156 مقابل NACE MR0103/ISO 17495-1 يعد اختيار المواد الخام أمرًا ضروريًا لاتخاذ قرارات مستنيرة بشأن اختيار المواد الخام لتطبيقات النفط والغاز في المنبع والمصب. من خلال اختيار المعيار المناسب لعملك، فإنك تضمن سلامة معداتك على المدى الطويل وتساعد في منع الأعطال الكارثية التي قد تنشأ عن المواد المحددة بشكل غير صحيح. سواء كنت تعمل بالغاز الحامض في الحقول البحرية أو المعالجة الكيميائية في المصافي، فإن هذه المعايير ستوفر الإرشادات اللازمة لحماية أصولك والحفاظ على السلامة.

إذا لم تكن متأكدًا من المعيار الذي يجب اتباعه أو كنت بحاجة إلى مزيد من المساعدة في اختيار المواد، فاتصل بخبير المواد للحصول على نصائح مخصصة بشأن NACE MR0175/ISO 15156 مقابل NACE MR0103/ISO 17495-1 وتأكد من أن مشاريعك آمنة ومتوافقة مع أفضل ممارسات الصناعة.

الغلايات والمبادلات الحرارية

الغلايات والمبادلات الحرارية: دليل اختيار الأنابيب غير الملحومة

/في /بواسطة

مقدمة

في الصناعات مثل توليد الطاقة والنفط والغاز والبتروكيماويات ومصافي التكرير، تعد الأنابيب الملحومة مكونات أساسية، وخاصة في المعدات التي يجب أن تتحمل درجات الحرارة الشديدة والضغوط العالية والبيئات القاسية المسببة للتآكل. تستخدم الغلايات والمبادلات الحرارية والمكثفات والمسخنات الفائقة ومسخنات الهواء المسبقة والموفرات هذه الأنابيب. تتطلب كل من هذه التطبيقات خصائص مادية محددة لضمان الأداء والسلامة وطول العمر. يعتمد اختيار الأنابيب الملحومة للغلاية والمبادل الحراري على درجة الحرارة والضغط ومقاومة التآكل والقوة الميكانيكية المحددة.

يقدم هذا الدليل نظرة متعمقة على المواد المختلفة المستخدمة في الأنابيب غير الملحومة، بما في ذلك الفولاذ الكربوني، والفولاذ السبائكي، والفولاذ المقاوم للصدأ، وسبائك التيتانيوم، والسبائك القائمة على النيكل، وسبائك النحاس، وسبائك الزركونيوم. وسوف نستكشف أيضًا المعايير والدرجات ذات الصلة، وبالتالي نساعدك على اتخاذ قرارات أكثر استنارة لمشاريع الغلايات والمبادلات الحرارية الخاصة بك.

نظرة عامة على سبائك CS وAS وSS وسبائك النيكل وسبائك التيتانيوم والزركونيوم والنحاس وسبائك النحاس

1. خصائص مقاومة التآكل

تتمتع كل مادة تستخدم في الأنابيب غير الملحومة بخصائص مقاومة للتآكل محددة تحدد مدى ملاءمتها لبيئات مختلفة.

الصلب الكربوني: مقاومة محدودة للتآكل، تستخدم عادة مع الطلاءات أو البطانات الواقية. معرضة للصدأ في وجود الماء والأكسجين ما لم تتم معالجتها.
خليط معدني: مقاومة معتدلة للأكسدة والتآكل. تعمل الإضافات إلى السبائك مثل الكروم والموليبدينوم على تحسين مقاومة التآكل في درجات الحرارة العالية.
الفولاذ المقاوم للصدأ: مقاومة ممتازة للتآكل العام، والتشقق الناتج عن التآكل الإجهادي، والتآكل النقطي بسبب محتواه من الكروم. تتمتع الدرجات الأعلى، مثل 316L، بمقاومة محسنة للتآكل الناتج عن الكلوريد.
سبائك أساسها النيكل: مقاومة ممتازة للبيئات العدوانية مثل البيئات الحمضية والقلوية والغنية بالكلوريد. تستخدم التطبيقات شديدة التآكل سبائك مثل Inconel 625 وHastelloy C276 وAlloy 825.
التيتانيوم والزركونيوم: تتمتع بمقاومة فائقة لمحلول ملحي من مياه البحر وغيرها من الوسائط شديدة التآكل. يتمتع التيتانيوم بمقاومة خاصة للكلوريد والبيئات الحمضية، في حين تتفوق سبائك الزركونيوم في الظروف شديدة الحموضة.
النحاس وسبائك النحاس: مقاومة ممتازة للتآكل في المياه العذبة ومياه البحر، حيث تظهر سبائك النحاس والنيكل مقاومة استثنائية في البيئات البحرية.

2. الخصائص الفيزيائية والحرارية

الصلب الكربوني:
الكثافة: 7.85 جم/سم3
نقطة الانصهار: 1,425-1,500 درجة مئوية
الموصلية الحرارية: ~50 واط/م·ك
خليط معدني:
الكثافة: تختلف قليلاً حسب عناصر السبائك، وعادةً ما تكون حوالي 7.85 جم/سم³
نقطة الانصهار: 1,450-1,530 درجة مئوية
الموصلية الحرارية: أقل من الفولاذ الكربوني بسبب عناصر السبائك.
الفولاذ المقاوم للصدأ:
الكثافة: 7.75-8.0 جم/سم3
نقطة الانصهار: ~1,400-1,530 درجة مئوية
الموصلية الحرارية: ~16 واط/متر·كلفن (أقل من الفولاذ الكربوني).
سبائك أساسها النيكل:
الكثافة: 8.4-8.9 جم/سم3 (حسب السبائك)
نقطة الانصهار: 1,300-1,400 درجة مئوية
الموصلية الحرارية: منخفضة عادةً، ~10-16 واط/متر·كلفن.
التيتانيوم:
الكثافة: 4.51 جم/سم3
نقطة الانصهار: 1,668 درجة مئوية
الموصلية الحرارية: ~22 واط/متر·كلفن (منخفضة نسبيًا).
نحاس:
الكثافة: 8.94 جم/سم3
نقطة الانصهار: 1,084 درجة مئوية
الموصلية الحرارية: ~390 واط/متر·ك (موصلية حرارية ممتازة).

3. التركيب الكيميائي

الصلب الكربوني: يتكون بشكل أساسي من الحديد مع 0.3%-1.2% الكربون وكميات صغيرة من المنغنيز والسيليكون والكبريت.
خليط معدني: يحتوي على عناصر مثل الكروم والموليبدينوم والفاناديوم والتنجستن لتحسين القوة ومقاومة درجات الحرارة.
الفولاذ المقاوم للصدأ: يحتوي عادة على 10.5%-30% من الكروم، إلى جانب النيكل والموليبدينوم وعناصر أخرى حسب الدرجة.
سبائك أساسها النيكل: يتكون بشكل أساسي من النيكل (40%-70%) مع الكروم والموليبدينوم وعناصر السبائك الأخرى لتعزيز مقاومة التآكل.
التيتانيوم: الدرجة 1 و 2 هي عبارة عن التيتانيوم النقي تجاريا، في حين أن الدرجة 5 (Ti-6Al-4V) تشمل الألومنيوم 6% والفاناديوم 4%.
سبائك النحاس: تحتوي سبائك النحاس على عناصر مختلفة مثل النيكل (10%-30%) لمقاومة التآكل (على سبيل المثال، Cu-Ni 90/10).

4. الخصائص الميكانيكية

الصلب الكربوني: قوة الشد: 400-500 ميجا باسكال، قوة الخضوع: 250-350 ميجا باسكال، الاستطالة: 15%-25%
خليط معدني: قوة الشد: 500-900 ميجا باسكال، قوة الخضوع: 300-700 ميجا باسكال، الاستطالة: 10%-25%
الفولاذ المقاوم للصدأ: قوة الشد: 485-690 ميجا باسكال (304/316)، قوة الخضوع: 170-300 ميجا باسكال، الاستطالة: 35%-40%
سبائك أساسها النيكل: قوة الشد: 550-1000 ميجا باسكال (Inconel 625)، قوة الخضوع: 300-600 ميجا باسكال، الاستطالة: 25%-50%
التيتانيوم: قوة الشد: 240-900 ميجا باسكال (تختلف حسب الدرجة)، قوة الخضوع: 170-880 ميجا باسكال، الاستطالة: 15%-30%
سبائك النحاس: قوة الشد: 200-500 ميجا باسكال (تعتمد على السبائك)، قوة الخضوع: 100-300 ميجا باسكال، الاستطالة: 20%-35%

5. المعالجة الحرارية (حالة التسليم)

الكربون والفولاذ السبائكي: يتم تسليمها في حالة مُحَمَّضة أو طبيعية. تشمل المعالجات الحرارية التبريد والتصلب لتحسين القوة والصلابة.
الفولاذ المقاوم للصدأ: يتم تسليمها في حالة ملدّنة لإزالة الضغوط الداخلية وتحسين اللدونة.
سبائك أساسها النيكل: محلول مملوء بالملح لتحسين الخواص الميكانيكية ومقاومة التآكل.
التيتانيوم والزركونيوم: يتم تسليمها عادة في حالة مُلدَّنة لتحقيق أقصى قدر من اللدونة والصلابة.
سبائك النحاس: يتم تسليمها في حالة ملدّنة ناعمة، خاصة لتطبيقات التشكيل.

6. التشكيل

الكربون والفولاذ السبائكي: يمكن تشكيلها ساخنًا أو باردًا، لكن الفولاذ السبائكي يتطلب جهدًا أكبر بسبب قوته العالية.
الفولاذ المقاوم للصدأ: يعد التشكيل البارد أمرًا شائعًا، على الرغم من أن معدلات التصلب بالعمل أعلى من الفولاذ الكربوني.
سبائك أساسها النيكل: أكثر تحديًا في التشكيل بسبب ارتفاع معدلات القوة والتصلب أثناء العمل؛ وغالبًا ما يتطلب العمل الساخن.
التيتانيوم: يتم إجراء التشكيل بشكل أفضل في درجات حرارة مرتفعة بسبب قوته العالية في درجة حرارة الغرفة.
سبائك النحاس: سهلة التشكيل بسبب قابليتها للسحب الجيدة.

7. اللحام

الكربون والفولاذ السبائكي: من السهل عمومًا اللحام باستخدام التقنيات التقليدية، ولكن قد تكون هناك حاجة إلى التسخين المسبق والمعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT).
الفولاذ المقاوم للصدأ: تشمل طرق اللحام الشائعة اللحام باستخدام TIG وMIG واللحام بالقوس الكهربائي. من الضروري التحكم الدقيق في مدخلات الحرارة لتجنب التحسس.
سبائك أساسها النيكل: صعب اللحام بسبب التمدد الحراري العالي والقابلية للتشقق.
التيتانيوم: يتم اللحام في بيئة محمية (غاز خامل) لتجنب التلوث. هناك حاجة إلى اتخاذ الاحتياطات اللازمة بسبب تفاعل التيتانيوم في درجات الحرارة المرتفعة.
سبائك النحاس: من السهل اللحام، وخاصة سبائك النحاس والنيكل، ولكن قد يكون التسخين المسبق ضروريًا لمنع التشقق.

8. تآكل اللحامات

الفولاذ المقاوم للصدأ: يمكن أن تعاني من التآكل الموضعي (على سبيل المثال، التآكل الحفري، تآكل الشقوق) في منطقة اللحام المتأثرة بالحرارة إذا لم يتم التحكم فيها بشكل صحيح.
سبائك أساسها النيكل: عرضة للتشقق الناتج عن التآكل الإجهادي عند تعرضها للكلوريدات في درجات حرارة عالية.
التيتانيوم: يجب حماية اللحامات من الأكسجين بشكل صحيح لتجنب هشاشة اللحامات.

9. إزالة الترسبات الكلسية والتخليل والتنظيف

الكربون والفولاذ السبائكي: تعمل عملية التخليل على إزالة الأكاسيد السطحية بعد المعالجة الحرارية. وتشمل الأحماض الشائعة حمض الهيدروكلوريك وحمض الكبريتيك.
الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك النيكل: يتم استخدام التخليل باستخدام حمض النيتريك/الهيدروفلوريك لإزالة الصبغة الحرارية واستعادة مقاومة التآكل بعد اللحام.
التيتانيوم: يتم استخدام محاليل التخليل الحمضية الخفيفة لتنظيف السطح وإزالة الأكاسيد دون إتلاف المعدن.
سبائك النحاس: يتم استخدام التنظيف الحمضي لإزالة الشوائب والأكاسيد السطحية.

10. عملية السطح (AP، BA، MP، EP، إلخ.)

AP (مُلَطَّف ومخلل): تشطيب قياسي لمعظم سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ والنيكل بعد التلدين والتخليل.
BA (التلدين اللامع): يتم تحقيق ذلك عن طريق التلدين في جو خاضع للرقابة لإنتاج سطح أملس وعاكس.
MP (مصقول ميكانيكيًا): يعمل التلميع الميكانيكي على تحسين نعومة السطح، مما يقلل من خطر التلوث وبدء التآكل.
EP (مصقول كهربائيًا): عملية كهروكيميائية تزيل المواد السطحية لإنشاء طبقة نهائية فائقة النعومة، مما يقلل من خشونة السطح ويحسن مقاومة التآكل.

مبادل حراري من الفولاذ المقاوم للصدأ

                                                                                                                مبادل حراري من الفولاذ المقاوم للصدأ

أولا: فهم الأنابيب غير الملحومة

تختلف الأنابيب غير الملحومة عن الأنابيب الملحومة في أنها لا تحتوي على خط لحام، والذي يمكن أن يكون نقطة ضعف في بعض التطبيقات ذات الضغط العالي. يتم تشكيل الأنابيب غير الملحومة في البداية من كتلة صلبة، والتي يتم تسخينها بعد ذلك، ثم يتم بثقها أو سحبها فوق عمود لتشكيل شكل الأنبوب. يمنحها غياب الخط اللحامي قوة وموثوقية فائقتين، مما يجعلها مثالية للبيئات ذات الضغط العالي ودرجات الحرارة العالية.

التطبيقات الشائعة:

الغلايات: تعتبر الأنابيب الخالية من اللحامات ضرورية في بناء غلايات أنابيب المياه وأنابيب النار، حيث توجد درجات حرارة وضغوط عالية.
المبادلات الحرارية: تُستخدم الأنابيب الملحومة في المبادلات الحرارية لنقل الحرارة بين سائلين، ويجب أن تقاوم التآكل وتحافظ على الكفاءة الحرارية.
المكثفات: تساعد الأنابيب الخالية من اللحامات على تكثيف البخار وتحويله إلى ماء في أنظمة توليد الطاقة والتبريد.
السخانات الفائقة: يتم استخدام الأنابيب غير الملحومة لتسخين البخار في الغلايات، مما يعزز كفاءة التوربينات في محطات الطاقة.
سخانات الهواء: تنقل هذه الأنابيب الحرارة من غازات المداخن إلى الهواء، مما يحسن كفاءة الغلاية.
الاقتصاديون: تستخدم الأنابيب الخالية من اللحامات في الموفرات الطاقة لتسخين مياه التغذية باستخدام الحرارة المهدرة من عادم الغلاية، مما يعزز الكفاءة الحرارية.

الغلايات والمبادلات الحرارية والمكثفات والمسخنات الفائقة ومسخنات الهواء المسبقة والموفرات هي مكونات أساسية في العديد من الصناعات، وخاصة تلك التي تشارك في نقل الحرارة وإنتاج الطاقة وإدارة السوائل. على وجه التحديد، تجد هذه المكونات استخدامًا أساسيًا في الصناعات التالية:

1. صناعة توليد الطاقة

الغلايات: تستخدم في محطات الطاقة لتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة حرارية، وغالبًا لتوليد البخار.
أجهزة تسخين الهواء الفائقة والموفرات وسخانات الهواء المسبقة: تعمل هذه المكونات على تحسين الكفاءة عن طريق تسخين هواء الاحتراق مسبقًا، واستعادة الحرارة من غازات العادم، وتسخين البخار بشكل أكبر.
المبادلات الحرارية والمكثفات: تستخدم للتبريد واستعادة الحرارة في محطات الطاقة الحرارية، وخاصة في التوربينات التي تعمل بالبخار ودورات التبريد.

2. صناعة النفط والغاز

المبادلات الحرارية: ضرورية في عمليات التكرير، حيث يتم نقل الحرارة بين السوائل، كما هو الحال في تقطير النفط الخام أو في المنصات البحرية لمعالجة الغاز.
الغلايات والموفرات: توجد في المصافي ومصانع البتروكيماويات لتوليد البخار واستعادة الطاقة.
المكثفات: تستخدم لتكثيف الغازات إلى سوائل أثناء عمليات التقطير.

3. الصناعة الكيميائية

المبادلات الحرارية: تستخدم على نطاق واسع لتسخين أو تبريد التفاعلات الكيميائية، واستعادة الحرارة من التفاعلات الطاردة للحرارة.
الغلايات والمسخنات الفائقة: تستخدم لإنتاج البخار اللازم للعمليات الكيميائية المختلفة، وتوفير الطاقة لخطوات التقطير والتفاعل.
أجهزة تسخين الهواء وتوفيره: تحسين الكفاءة في العمليات الكيميائية كثيفة الطاقة من خلال استعادة الحرارة من غازات العادم وتقليل استهلاك الوقود.

4. الصناعة البحرية

الغلايات والمبادلات الحرارية: ضرورية في السفن البحرية لتوليد البخار وأنظمة التدفئة والتبريد. غالبًا ما تُستخدم المبادلات الحرارية البحرية لتبريد محركات السفن وتوليد الطاقة.
المكثفات: تستخدم لتحويل بخار العادم إلى ماء لإعادة استخدامه في أنظمة الغلايات في السفينة.

5. صناعة الأغذية والمشروبات

المبادلات الحرارية: تستخدم عادة في عمليات البسترة والتعقيم والتبخير.
الغلايات والموفرات: تستخدم لإنتاج البخار لعمليات معالجة الأغذية واستعادة الحرارة من العادم لتوفير استهلاك الوقود.

6. التدفئة والتهوية وتكييف الهواء

المبادلات الحرارية ومسخنات الهواء: تستخدم في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء لنقل الحرارة بكفاءة بين السوائل أو الغازات، وتوفير التدفئة أو التبريد للمباني والمرافق الصناعية.
المكثفات: تستخدم في أنظمة تكييف الهواء لطرد الحرارة من المبرد.

7. صناعة اللب والورق

الغلايات والمبادلات الحرارية والموفرات: توفر استعادة البخار والحرارة في عمليات مثل صناعة اللب وتجفيف الورق والاستعادة الكيميائية.
أجهزة تسخين الهواء الفائق وأجهزة تسخين الهواء المسبق: تعمل على تعزيز كفاءة الطاقة في غلايات الاسترداد والتوازن الحراري العام لمصانع الورق.

8. صناعة المعادن والصلب

المبادلات الحرارية: تستخدم لتبريد الغازات والسوائل الساخنة في إنتاج الصلب والعمليات المعدنية.
الغلايات والموفرات: توفر الحرارة لمختلف العمليات مثل تشغيل فرن الصهر والمعالجة الحرارية والدرفلة.

9. صناعة الأدوية

المبادلات الحرارية: تستخدم للتحكم في درجة الحرارة أثناء إنتاج الأدوية وعمليات التخمير والبيئات المعقمة.
الغلايات: توليد البخار اللازم لتعقيم وتسخين المعدات الصيدلانية.

10. محطات تحويل النفايات إلى طاقة

الغلايات والمكثفات والموفرات: تستخدم لتحويل النفايات إلى طاقة من خلال الاحتراق، مع استعادة الحرارة لتحسين الكفاءة.

الآن، دعونا نتعمق في المواد التي تجعل الأنابيب غير الملحومة مناسبة لهذه التطبيقات الصعبة.

II. أنابيب الفولاذ الكربوني للغلايات والمبادلات الحرارية

يُعد الفولاذ الكربوني أحد أكثر المواد استخدامًا على نطاق واسع في صناعة الأنابيب الملحومة في التطبيقات الصناعية، ويرجع ذلك في المقام الأول إلى قوته الممتازة، فضلاً عن إمكانية تحمل تكاليفه وتوافره على نطاق واسع. توفر أنابيب الفولاذ الكربوني مقاومة معتدلة للحرارة والضغط، مما يجعلها مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات.

خصائص الفولاذ الكربوني:
قوة عالية: يمكن لأنابيب الفولاذ الكربوني أن تتحمل الضغط والإجهاد الكبيرين، مما يجعلها مثالية للاستخدام في الغلايات والمبادلات الحرارية.
فعّال من حيث التكلفة: مقارنة بالمواد الأخرى، يعتبر الفولاذ الكربوني غير مكلف نسبيًا، مما يجعله خيارًا شائعًا في التطبيقات الصناعية واسعة النطاق.
مقاومة معتدلة للتآكل: في حين أن الفولاذ الكربوني ليس مقاومًا للتآكل مثل الفولاذ المقاوم للصدأ، إلا أنه يمكن معالجته بالطلاءات أو البطانات لتحسين عمره في البيئات المسببة للتآكل.

المعايير والدرجات الرئيسية:

أستم A179:تغطي هذه المواصفة الأنابيب الفولاذية منخفضة الكربون المسحوبة على البارد والمستخدمة في تطبيقات المبادلات الحرارية والمكثفات. تتمتع هذه الأنابيب بخصائص نقل حرارة ممتازة وتستخدم عادة في التطبيقات ذات درجات الحرارة والضغط المنخفضة إلى المتوسطة.
أستم A192:أنابيب الغلايات المصنوعة من الفولاذ الكربوني بدون لحامات والمصممة للخدمة تحت الضغط العالي. تُستخدم هذه الأنابيب في توليد البخار وغيرها من البيئات ذات الضغط العالي.
أستم A210:يغطي هذا المعيار الأنابيب الفولاذية متوسطة الكربون غير الملحومة لتطبيقات الغلايات والسخانات الفائقة. توفر الدرجات A-1 وC مستويات متفاوتة من القوة ومقاومة درجات الحرارة.
معايير ASTM A334 (الدرجات 1 و3 و6): أنابيب فولاذية كربونية ملحومة وغير ملحومة مصممة للخدمة في درجات حرارة منخفضة. تُستخدم هذه الدرجات في المبادلات الحرارية والمكثفات وغيرها من التطبيقات في درجات الحرارة المنخفضة.
EN 10216-2 (P235GH، P265GH TC1/TC2): المعيار الأوروبي لأنابيب الصلب غير الملحومة المستخدمة في تطبيقات الضغط، وخاصة في الغلايات والخدمة ذات درجات الحرارة العالية.

تُعد أنابيب الفولاذ الكربوني خيارًا ممتازًا لتطبيقات الغلايات والمبادلات الحرارية حيث تكون هناك حاجة إلى قوة عالية ومقاومة معتدلة للتآكل. ومع ذلك، بالنسبة للتطبيقات التي لا تنطوي فقط على درجات حرارة عالية للغاية ولكن أيضًا على بيئات تآكلية قاسية، غالبًا ما تكون أنابيب السبائك أو الفولاذ المقاوم للصدأ مفضلة بسبب مقاومتها ومتانتها الفائقة.

ثالثا. أنابيب الفولاذ السبائكي للغلايات والمبادلات الحرارية

تم تصميم أنابيب الفولاذ السبائكي لتطبيقات الغلايات والمبادلات الحرارية عالية الضغط ودرجة الحرارة. يتم خلط هذه الأنابيب بعناصر مثل الكروم والموليبدينوم والفاناديوم لتعزيز قوتها وصلابتها ومقاومتها للتآكل والحرارة. تُستخدم أنابيب الفولاذ السبائكي على نطاق واسع في التطبيقات الحرجة، مثل سخانات المياه الفائقة والموفرات والمبادلات الحرارية عالية الحرارة، نظرًا لقوتها الاستثنائية ومقاومتها للحرارة والضغط.

خصائص الفولاذ السبائكي:
مقاومة الحرارة العالية: تعمل عناصر السبائك مثل الكروم والموليبدينوم على تحسين أداء هذه الأنابيب في درجات الحرارة العالية، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية.
مقاومة محسنة للتآكل: توفر أنابيب الفولاذ السبائكي مقاومة أفضل للأكسدة والتآكل مقارنة بالفولاذ الكربوني، وخاصة في البيئات ذات درجات الحرارة العالية.
قوة معززة: تعمل عناصر السبائك أيضًا على زيادة قوة هذه الأنابيب، مما يسمح لها بتحمل الضغوط العالية في الغلايات وغيرها من المعدات الحيوية.

المعايير والدرجات الرئيسية:

معايير ASTM A213 (الدرجات T5، T9، T11، T22، T91، T92): تغطي هذه المواصفة أنابيب الفولاذ السبائكي الفريتية والأوستنيتية غير الملحومة للاستخدام في الغلايات، ومسخنات الحرارة الفائقة، والمبادلات الحرارية. تختلف الدرجات في تركيب السبائك الخاصة بها ويتم اختيارها بناءً على متطلبات درجة الحرارة والضغط المحددة.
T5 وT9: مناسب للخدمة في درجات الحرارة المتوسطة إلى العالية.
T11 وT22: يستخدمان بشكل شائع في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية، حيث يوفران مقاومة محسنة للحرارة.
T91 وT92: سبائك متطورة عالية القوة مصممة للخدمة في درجات الحرارة العالية للغاية في محطات الطاقة.
EN 10216-2 (16Mo3، 13CrMo4-5، 10CrMo9-10، 15NiCuMoNb5-6-4، X20CrMoV11-1): المعايير الأوروبية لأنابيب الفولاذ السبائكي الملحومة المستخدمة في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية. تُستخدم هذه الأنابيب عادةً في الغلايات، ومسخنات الحرارة الفائقة، وموفرات الطاقة في محطات الطاقة.
16Mo3: فولاذ سبائكي ذو خصائص جيدة في درجات الحرارة المرتفعة، مناسب للاستخدام في الغلايات وأوعية الضغط.
13CrMo4-5 و10CrMo9-10: سبائك الكروم والموليبدينوم التي توفر مقاومة ممتازة للحرارة والتآكل للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية.

تعتبر أنابيب الفولاذ السبائكي الخيار الأمثل للبيئات ذات درجات الحرارة العالية والضغط العالي حيث قد لا يوفر الفولاذ الكربوني أداءً كافياً للغلاية والمبادل الحراري.

رابعا - أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ للغلايات والمبادلات الحرارية

تتميز أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ بمقاومة استثنائية للتآكل، مما يجعلها مثالية لتطبيقات الغلايات والمبادلات الحرارية التي تنطوي على سوائل تآكلية ودرجات حرارة عالية وبيئات قاسية. تُستخدم على نطاق واسع في المبادلات الحرارية والمسخنات الفائقة والغلايات، حيث تكون مقاومة التآكل مطلوبة أيضًا في درجات الحرارة العالية للحصول على الأداء الأمثل.

خصائص الفولاذ المقاوم للصدأ:
مقاومة التآكل: تأتي مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل من محتواه من الكروم، والذي يشكل طبقة أكسيد واقية على السطح.
قوة عالية في درجات الحرارة المرتفعة: يحافظ الفولاذ المقاوم للصدأ على خصائصه الميكانيكية حتى في درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعله مناسبًا لأجهزة التسخين الفائقة وغيرها من التطبيقات التي تتطلب حرارة عالية.
متانة طويلة الأمد: تضمن مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل والأكسدة عمر خدمة طويل، حتى في البيئات القاسية.

المعايير والدرجات الرئيسية:

معايير ASTM A213 / معايير ASTM A249:تغطي هذه المعايير الأنابيب الفولاذية المقاومة للصدأ الملحومة وغير الملحومة للاستخدام في الغلايات وأجهزة التسخين الفائقة والمبادلات الحرارية. تشمل الدرجات الشائعة ما يلي:
TP304 / TP304L (EN 1.4301 / 1.4307): تُستخدم درجات الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي على نطاق واسع لمقاومتها للتآكل وقوتها.
TP310S / TP310MoLN (EN 1.4845 / 1.4466): درجات من الفولاذ المقاوم للصدأ ذات درجات الحرارة العالية مع مقاومة ممتازة للأكسدة.
TP316 / TP316L (EN 1.4401 / 1.4404): درجات تحتوي على الموليبدينوم مع مقاومة متزايدة للتآكل، وخاصة في بيئات الكلوريد.
TP321 (EN 1.4541): درجة مستقرة من الفولاذ المقاوم للصدأ تستخدم في البيئات ذات درجات الحرارة العالية لمنع التآكل بين الحبيبات.
TP347H / TP347HFG (EN 1.4550 / 1.4961): درجات مستقرة عالية الكربون للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية مثل أجهزة التسخين الفائقة والغلايات.
UNS N08904 (904L) (EN 1.4539): فولاذ مقاوم للصدأ فائق الأوستنيتي يتمتع بمقاومة ممتازة للتآكل، وخاصة في البيئات الحمضية.
معايير ASTM A269:يغطي أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي الملحومة وغير الملحومة للحصول على خدمة مقاومة للتآكل بشكل عام.
ASTM A789:معيار لأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوجة، يوفر مزيجًا من مقاومة التآكل الممتازة والقوة العالية.
UNS S31803، S32205، S32750، S32760: درجات الفولاذ المقاوم للصدأ دوبلكس وفائق دوبلكس، توفر مقاومة فائقة للتآكل، وخاصة في البيئات التي تحتوي على الكلوريد.
EN 10216-5:المعيار الأوروبي الذي يغطي أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ بدون اللحامات، بما في ذلك الدرجات التالية:
1.4301 / 1.4307 (TP304 / TP304L)
1.4401 / 1.4404 (TP316 / TP316L)
1.4845 (TP310S)
1.4466 (TP310MoLN)
1.4539 (UNS N08904 / 904L)

تعتبر أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ متعددة الاستخدامات للغاية وتُستخدم في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك المبادلات الحرارية والغلايات وأجهزة التسخين الفائقة، حيث لا تكون مقاومة التآكل والقوة في درجات الحرارة العالية مطلوبة فحسب، بل إنها ضرورية أيضًا للأداء الأمثل.

V. سبائك النيكل المستخدمة في الغلايات والمبادلات الحرارية

تعد السبائك القائمة على النيكل من أكثر المواد المتاحة مقاومة للتآكل، وتُستخدم عادةً في تطبيقات الغلايات والمبادلات الحرارية التي تنطوي على درجات حرارة شديدة وبيئات تآكلية وظروف ضغط عالية. توفر سبائك النيكل مقاومة ممتازة للأكسدة والكبريتيد والتكرير، مما يجعلها مثالية للمبادلات الحرارية والغلايات وأجهزة التسخين الفائقة في البيئات القاسية.

خصائص السبائك المعتمدة على النيكل:
مقاومة استثنائية للتآكل: تتمتع سبائك النيكل بمقاومة التآكل في البيئات الحمضية والقلوية والكلوريدية.
الاستقرار في درجات الحرارة العالية: تحافظ سبائك النيكل على قوتها ومقاومتها للتآكل حتى في درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية.
مقاومة الأكسدة والكبريتيد: تتمتع سبائك النيكل بمقاومة للأكسدة والكبريتيد، والتي يمكن أن تحدث في البيئات ذات درجات الحرارة العالية التي تتضمن مركبات تحتوي على الكبريت.

المعايير والدرجات الرئيسية:

معايير ASTM B163 / معايير ASTM B407 / معايير ASTM B444:تغطي هذه المعايير السبائك القائمة على النيكل المستخدمة في الأنابيب غير الملحومة في الغلايات والمبادلات الحرارية وأجهزة التسخين الفائقة. تشمل الدرجات الشائعة ما يلي:
Inconel 600 / 601: مقاومة ممتازة للأكسدة والتآكل الناتج عن درجات الحرارة العالية، مما يجعل هذه السبائك مثالية للسخانات الفائقة والمبادلات الحرارية عالية الحرارة.
Inconel 625: يوفر مقاومة فائقة لمجموعة واسعة من البيئات المسببة للتآكل، بما في ذلك البيئات الحمضية والغنية بالكلوريد.
Incoloy 800 / 800H / 800HT: يستخدم في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية بسبب مقاومته الممتازة للأكسدة والتكرير.
Hastelloy C276 / C22: تشتهر سبائك النيكل والموليبدينوم والكروم هذه بمقاومتها المتميزة للتآكل في البيئات شديدة التآكل، بما في ذلك الوسائط الحمضية والمحتوية على الكلوريد.
معايير ASTM B423:يغطي الأنابيب غير الملحومة المصنوعة من سبائك النيكل والحديد والكروم والموليبدينوم مثل السبائك 825، والتي توفر مقاومة ممتازة للتشقق الناتج عن التآكل الإجهادي والتآكل العام في بيئات مختلفة.
EN 10216-5: المعيار الأوروبي للسبائك القائمة على النيكل المستخدمة في الأنابيب غير الملحومة للتطبيقات عالية الحرارة والتآكل، بما في ذلك الدرجات مثل:
2.4816 (إنكونيل 600)
2.4851 (إنكونيل 601)
2.4856 (إنكونيل 625)
2.4858 (سبيكة 825)

غالبًا ما يتم اختيار السبائك القائمة على النيكل للتطبيقات الحرجة حيث تكون مقاومة التآكل والأداء في درجات الحرارة العالية ضرورية، مثل محطات الطاقة والمعالجة الكيميائية ومصافي النفط والغاز والغلايات والمبادلات الحرارية.

6. سبائك التيتانيوم والزركونيوم للغلايات والمبادلات الحرارية

توفر سبائك التيتانيوم والزركونيوم مزيجًا فريدًا من القوة ومقاومة التآكل وخصائص خفيفة الوزن، مما يجعلها مثالية لتطبيقات محددة في المبادلات الحرارية والمكثفات والغلايات.

خصائص سبائك التيتانيوم:
نسبة عالية من القوة إلى الوزن: التيتانيوم قوي مثل الفولاذ ولكنه أخف وزناً بشكل كبير، مما يجعله مناسباً للتطبيقات الحساسة للوزن.
مقاومة ممتازة للتآكل: تتمتع سبائك التيتانيوم بمقاومة عالية للتآكل في مياه البحر والبيئات الحمضية والوسائط المحتوية على الكلوريد.
مقاومة جيدة للحرارة: تحافظ سبائك التيتانيوم على خصائصها الميكانيكية في درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعلها مناسبة لأنابيب المبادل الحراري في محطات الطاقة والمعالجة الكيميائية.
خصائص سبائك الزركونيوم:
مقاومة ممتازة للتآكل: تتمتع سبائك الزركونيوم بمقاومة عالية للتآكل في البيئات الحمضية، بما في ذلك حمض الكبريتيك وحمض النيتريك وحمض الهيدروكلوريك.
الاستقرار في درجات الحرارة العالية: تحافظ سبائك الزركونيوم على قوتها ومقاومتها للتآكل في درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعلها مثالية لتطبيقات المبادلات الحرارية ذات درجات الحرارة العالية.

المعايير والدرجات الرئيسية:

معايير ASTM B338:تغطي هذه المواصفة الأنابيب المصنوعة من سبائك التيتانيوم الملحومة وغير الملحومة للاستخدام في المبادلات الحرارية والمكثفات. تشمل الدرجات الشائعة ما يلي:
الصف 1 / الصف 2: درجات التيتانيوم النقية تجارياً ذات مقاومة ممتازة للتآكل.
الدرجة 5 (Ti-6Al-4V): سبيكة تيتانيوم ذات قوة معززة وأداء عالي في درجات الحرارة العالية.
معايير ASTM B523:يغطي أنابيب سبيكة الزركونيوم الملحومة وغير الملحومة للاستخدام في المبادلات الحرارية والمكثفات. تشمل الدرجات الشائعة ما يلي:
الزركونيوم 702: سبيكة زركونيوم نقية تجارياً تتمتع بمقاومة ممتازة للتآكل.
الزركونيوم 705: درجة من الزركونيوم المخلوط مع خصائص ميكانيكية محسنة واستقرار في درجات الحرارة العالية.

تُستخدم سبائك التيتانيوم والزركونيوم بشكل شائع في البيئات شديدة التآكل مثل محطات تحلية مياه البحر وصناعات المعالجة الكيميائية ومحطات الطاقة النووية والغلايات والمبادلات الحرارية بسبب مقاومتها الفائقة للتآكل وخصائصها خفيفة الوزن.

7. النحاس وسبائك النحاس المستخدمة في الغلايات والمبادلات الحرارية

يتم استخدام النحاس وسبائكه، بما في ذلك النحاس الأصفر والبرونز والنحاس والنيكل، على نطاق واسع في المبادلات الحرارية والمكثفات والغلايات بسبب التوصيل الحراري الممتاز ومقاومته للتآكل.

خصائص سبائك النحاس:
موصلية حرارية ممتازة: تشتهر سبائك النحاس بموصليتها الحرارية العالية، مما يجعلها مثالية للمبادلات الحرارية والمكثفات.
مقاومة التآكل: تتمتع سبائك النحاس بمقاومتها للتآكل في الماء، بما في ذلك مياه البحر، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات البحرية وتحلية المياه.
الخصائص المضادة للميكروبات: تتمتع سبائك النحاس بخصائص طبيعية مضادة للميكروبات، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات في الرعاية الصحية ومعالجة المياه.

المعايير والدرجات الرئيسية:

معايير ASTM B111:تغطي هذه المواصفة الأنابيب النحاسية وأنابيب سبائك النحاس غير الملحومة للاستخدام في المبادلات الحرارية والمكثفات والمبخرات. تشمل الدرجات الشائعة ما يلي:
C44300 (نحاس الأميرالية): سبيكة من النحاس والزنك ذات مقاومة جيدة للتآكل، وخاصة في تطبيقات مياه البحر.
C70600 (نحاس - نيكل 90/10): سبيكة نحاس - نيكل تتمتع بمقاومة ممتازة للتآكل في مياه البحر والبيئات البحرية.
C71500 (نحاس - نيكل 70/30): سبيكة أخرى من النحاس - النيكل ذات محتوى نيكل أعلى لتعزيز مقاومة التآكل.

يتم استخدام النحاس وسبائك النحاس على نطاق واسع في تطبيقات الغلايات البحرية والمبادلات الحرارية ومحطات الطاقة وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء بسبب الموصلية الحرارية الممتازة ومقاومتها للتآكل بمياه البحر.

بالإضافة إلى الغلاية والمبادل الحراري، فإن المكثفات، والسخانات الفائقة، وسخانات الهواء الأولية، والموفرات هي أيضًا مكونات حيوية تعمل على تحسين كفاءة الطاقة بشكل كبير. على سبيل المثال، يعمل المكثف على تبريد غازات العادم من كل من الغلاية والمبادل الحراري، بينما يعمل السخان الفائق، من ناحية أخرى، على زيادة درجة حرارة البخار لتحسين الأداء. وفي الوقت نفسه، يستخدم سخان الهواء الأولي غازات العادم لتسخين الهواء الوارد، وبالتالي تعزيز الكفاءة الإجمالية لنظام الغلاية والمبادل الحراري. أخيرًا، تلعب الموفرات دورًا حاسمًا من خلال استعادة الحرارة المهدرة من غازات المداخن لتسخين المياه مسبقًا، مما يقلل في النهاية من استهلاك الطاقة ويعزز كفاءة كل من الغلاية والمبادل الحراري.

ثامناً: الخاتمة: اختيار المواد المناسبة للغلاية والمبادل الحراري

تشكل الأنابيب غير الملحومة جزءًا لا يتجزأ من أداء الغلايات والمبادلات الحرارية والمكثفات وأجهزة التسخين الفائق وأجهزة التسخين المسبق للهواء والموفرات في الصناعات مثل توليد الطاقة والنفط والغاز والمعالجة الكيميائية. يعتمد اختيار المواد للأنابيب غير الملحومة على متطلبات التطبيق المحددة، بما في ذلك درجة الحرارة والضغط ومقاومة التآكل والقوة الميكانيكية.

الفولاذ الكربوني تقدم القدرة على تحمل التكاليف والقوة لتطبيقات درجات الحرارة والضغط المعتدلة.
سبائك الصلب يوفر أداءً وقوة فائقة في درجات الحرارة العالية في الغلايات وأجهزة السخان الفائق.
الفولاذ المقاوم للصدأ يوفر مقاومة ممتازة للتآكل والمتانة في المبادلات الحرارية وأجهزة تسخين الحرارة الفائقة.
سبائك أساسها النيكل هي الخيار الأفضل للبيئات شديدة التآكل ودرجات الحرارة العالية.
سبائك التيتانيوم والزركونيوم مثالية للتطبيقات خفيفة الوزن والقابلة للتآكل بدرجة عالية.
النحاس وسبائك النحاس يتم تفضيلها لتوصيلها الحراري ومقاومتها للتآكل في المبادلات الحرارية والمكثفات.

تلعب أنظمة الغلايات والمبادلات الحرارية دورًا حاسمًا في العديد من الصناعات من خلال نقل الحرارة بكفاءة من وسط إلى آخر. تعمل الغلايات والمبادلات الحرارية معًا لتوليد الحرارة ونقلها، مما يوفر الحرارة الأساسية لإنتاج البخار في محطات الطاقة وعمليات التصنيع.

من خلال فهم خصائص وتطبيقات هذه المواد، يمكن للمهندسين والمصممين اتخاذ قرارات مستنيرة، مما يضمن التشغيل الآمن والفعال لمعداتهم. عند اختيار المواد للغلاية والمبادل الحراري، من الأهمية بمكان مراعاة المتطلبات المحددة لتطبيقك. بالإضافة إلى ذلك، يجب عليك استشارة المعايير ذات الصلة لضمان التوافق والأداء الأمثل.