Ինչպե՞ս ընտրել քիմիական արդյունաբերության համար նախատեսված ստեղնաշարային խողովակներ

Ստեղնաշարային պողպատի դասերի և դրանց քիմիական դիմադրության հասկացությունը

Հիմնական ստեղնաշարային պողպատի դասեր (304, 316) և դրանց քիմիական կազմը

Քիմիական մշակման ընթացքում օգտագործվող ստալե խողովակները կոռոզիայի դիմադրություն ապահովելու համար հիմնված են համաձուլվածքի ճշգրիտ բաղադրության վրա: 304-րդ սորտը պարունակում է 18–20% քրոմ և 8–10,5% նիկել, իսկ 316-րդ սորտը՝ 2–3% մոլիբդեն՝ 16–18% քրոմի և 10–14% նիկելի հետ միասին: Այս տարրերը կայուն պասիվ օքսիդային շերտ են կազմում, որը պաշտպանում է թթվային և լցոն միջավայրերից:

Օստենիտային ստալ. Ինչու՞ են 304-րդ և 316-րդ սորտերը տիրապետում քիմիական մշակման ոլորտում

Արդյունաբերական խողովակների մեծամասնությունը հիմնված է աուստենիտային չժանգոտվող պողպատների վրա, ինչպիսիք են 304-ը և 316-ը, որոնք կազմում են մոտավորապես բոլոր տեղադրումների երեք քառորդը, քանի որ դրանք չեն մագնիսանում, լավ են ծռվում և առաջարկում են լավ գնի ու որակի հարաբերակցություն: Դրանք այսքան հատուկ դարձնող բանը դրանց կենտրոնացված խորանարդաձև կառուցվածքն է, որը իրականում ավելի լավ դիմադրում է լարվածության կոռոզիոն ճեղքերին, քան ֆերիտային կամ մարտենսիտային համաձուլվածքները: Կոռոզիայի դիմադրության մասին հետազոտություններում հրապարակված տվյալների համաձայն՝ այս պողպատները կարող են հարմարվել ավելի քան հարյուր տարբեր արդյունաբերական քիմիական նյութերի հետ շփմանը՝ առանց քայքայվելու: Նման քիմիական դիմադրությունն է բացատրում, թե ինչու են այդքան շատ գործարաններ վերադառնում այս նյութերին՝ չնայած սկզբնական ավելի բարձր արժեքին:

Մոլիբդենի դերը 316-րդ չժանգոտվող պողպատի խողովակի քլորիդների դիմադրությունը բարձրացնելու գործում

Մոլիբդենի ավելացումը գնահատական 316 խառնուրդային պողպատի մեջ զգալիորեն բարձրացնում է խոռոչային կոռոզիայի դիմադրությունը քլորիդների ազդեցության դեպքում: Դա տեղի է ունենում այն պատճառով, որ մոլիբդենը կազմում է պաշտպանական մոլիբդատային իոններ, որոնք վնասված պասիվ շերտերը վերականգնում են մոտ ութ անգամ ավելի արագ, քան քրոմի օքսիդները՝ իրենց հնարավորություններով առանց այլ տարրերի օգնության: Այս հատկության շնորհիվ 316 աստիճանի պողպատը դառնում է նախընտրելի ընտրություն ծովային ջրի սառեցման համակարգերի կամ այն սարքավորումների համար, որոնք օգտագործում են աղաթթվի լուծույթներ: Իրական փորձարկումները նույնպես հաստատում են այս առավելությունները: Իրական ծովային քիմիական մշակման կայաններում մենք դիտել ենք, որ 316 խառնուրդային պողպատի խողովակները սովորաբար շահագործման համար պիտանի են տասներկուից տասնհինգ տարի: Սա զգալիորեն տարբերվում է ստանդարտ 304 խառնուրդային պողպատից, որը համադրելի շահագործման պայմաններում միայն երեքից հինգ տարի է ծառայում՝ մինչև փոխարինման անհրաժեշտություն առաջանալը:

304-ի և 316-ի կոռոզիայի դիմադրության համեմատությունը ագրեսիվ քիմիական միջավայրում

304-ը և 316-ը երկուսն էլ դիմադրում են ազոտական և ծծմբական թթուների չափավոր կոնցենտրացիաներին, սակայն 316-ը գերազանցում է 304-ը մի քանի հիմնարար ոլորտներում.

• Քլորիդային լուծույթներ (304-ի համար 300 միլիոն մեկից, իսկ 316-ի համար՝ 1000 միլիոն մեկից)
• Ացետիկ թթու 60°C (140°F) վերևում
• Ֆտորիդային խառնուրդներ պարունակող ֆոսֆորական թթու
  Բլենճի արտադրության ընթացքում 316 խողովակները ցուցաբերում են 0.002 մմ/տարի կոռոզիայի արագություն՝ երեք անգամ ցածր, քան 304-ի 0.006 մմ/տարին՝ հիմնված ASTM G48 փորձարկման ստանդարտների վրա:

Կոռոզիայի դիմադրության գնահատում իրական աշխարհի քիմիական ազդեցության պայմաններում

Նյութերի համատեղելիության գնահատում քիմիական նյութերի հետ. pH, կոնցենտրացիա և ռեակտիվություն

Ճիշտ ստալինգյան պողպրակ ընտրելը նշանակում է հաշվի առնել, թե որ քիմիական նյութեր կանցնեն դրա միջով՝ ներառյալ pH-ի մակարդակը, կոնցենտրացիայի չափը և այն, թե ինչպես են դրանք փոխազդում միմյանց հետ: Վերցրեք, օրինակ, 316L-ը՝ այն բավականին լավ դիմադրում է pH-ից ցածր թթուներին, եթե քլորիդը չափավոր է, օրինակ՝ 2000 մաս միլիոնից ցածր՝ ինչպես ցույց է տվել անցյալ տարվա «Կոռոզիայի դիմադրություն» զեկույցը: Հակառակ դեպքում, եթե գործ ունենք pH 10-ից բարձր հիմնային միջավայրի հետ, ապա սովորական 304-ը 38 տոկոսով ավելի արագ է ցուցադրում խնդիրներ, քան մոլիբդենով հարստացված 316-ի տարբերակները, ինչը նշված էր NACE International-ի կողմից 2023 թվականին: Երբ որոշում ենք, թե ինչն է ամենալավը, ինժեներները պետք է ստուգեն ինչպես անվտանգության տեղեկատվական թերթիկները, այնպես էլ ASTM G48 ստանդարտին համապատասխան ճեղքային կոռոզիայի փորձարկման արդյունքները՝ համոզվելու համար, որ ապագայում ոչինչ չի կոտրվի:

Ջերմաստիճանի, լարվածության և շրջակա միջավայրի տատանումների ազդեցությունը կոռոզիայի վրա

Երբ խոսքը շահագրգիռ է ստենդից պողպրակների մասին, կոռոզիայի արագությունը կտրուկ աճում է, երբ ջերմաստիճանները գերազանցում են 60 աստիճան Ցելսիուսը, կամ մոտ 140 Ֆարենհայտ: Այս էֆեկտը ավելի է խորանում այն տեղերում, որտեղ առկա է քլոր, և կրկնվող տաքացման ու սառեցման ցիկլերը կարող են 304-րդ տիպի ստենդից պողպրակի ամրությունը կրճատել գրեթե երկու երրորդով: Հատուկ փորձարկման պայմաններում կատարված հետազոտությունները ցույց են տվել նաև մի շատ հետաքրքիր փաստ. այն պողպրակները, որոնք օրական ենթարկվում են 28 աստիճան Ցելսիուսից ավելի ջերմաստիճանային փոփոխությունների, կորցնում են իրենց պաշտպանիչ շերտը մոտ հինգ անգամ ավելի արագ, քան այն պողպրակները, որոնք պահվում են հաստատուն ջերմաստիճանի պայմաններում: Բացի այդ, առկա է նաև մեխանիկական լարվածության հարցը՝ առաջացած թրթռոցների և կտրուկ ճնշման ցատկերի պատճառով: Այս գործոնները զգալիորեն մեծացնում են լարվածութային կոռոզիայի ճեղքերի առաջացման հավանականությունը, ինչը հատկապես վատ լուր է 3 մմ-ից (կամ մոտ 0,12 դյույմ) բարակ պատերով պողպրակների համար: Ինժեներները պետք է հաշվի առնեն այս բոլոր գործոնները, երբ նախագծում են համակարգեր, որոնք գործում են ծայրահեղ պայմաններում:

Ուսումնասիրություն. Սխալ ստանդարտի ստենած խողովակների ընտրության պատճառով նյութի անցանկալի փոփոխություն

Միջին Արևմուտքում գտնվող մի քիմիական մշակման գործարան անսպասելիորեն կորցրեց մոտ 2,1 միլիոն դոլար՝ հիդրոքլորային թթվի համակարգում օգտագործելով 304 ստենած խողովակներ, որոնք աշխատում էին մոտ 70 աստիճան Ցելսիուսով, կամ մոտ 158 Ֆարենհեյթով: Ընդամենը 11 ամիս անց ստուգումները ցույց տվեցին, որ խողովակների պատերի հաստությունը շարքի մոտ 2 միլիմետրով նվազել էր, որը գերազանցում էր արդյունաբերական ստանդարտներով ընդունված անվտանգ սահմանները: Մետաղագետների ավելի խորը հետազոտությունները ցույց տվեցին, որ խնդիրը հանդիսանում էր ինտերկրիստալին կոռոզիան, որն առաջանում է այն պատճառով, որ այս խողովակների կազմության մեջ չկար մոլիբդեն: Խնդիրը լուծելու համար ընկերությունը փոխարինեց բոլոր խողովակները 316L ստանդարտի նյութով և համոզվեց, որ նրանց հենարանային կառուցվածքները համապատասխանում էին ANSI B31.3 պահանջներին: Այս փոփոխություններից հետո առնվազն երեք տարի շարունակ կոռոզիայի հետ կապված խնդիրներ չեն առաջացել:

Համապատասխան ստեղնաձողի պողպատե խողովակների դասերի համընկնումը կիրառման հատուկ պայմանների հետ

Ճիշտ դասի ընտրությունը՝ հիմնված գործընթացի պահանջների և ենթարկման ռիսկերի վրա

Նյութի ընտրությունը պետք է ճշգրիտ համապատասխանի քիմիական ազդեցության պրոֆիլներին: 304-րդ դասը բավարար է սննդի մշակման ընթացքում թույլ թթվայնության համար, իսկ 316-րդ դասը անհրաժեշտ է քլորիդներով հարուստ միջավայրերում, ինչպիսին օվկիանոսի ջրով սառեցվող ռեակտորներն են: Ըստ 2023 թվականի ASM International ուսումնասիրության՝ 316-րդ դասը ցուցաբերել է 74% ավելի ցածր փոսային կոռոզիայի արագություն, քան 304-րդ դասը, երբ ենթարկվել է 5% NaCl-ի 60°C ջերմաստիճանում:

Երբ ընտրել 316-րդ դասը 304-ի փոխարեն՝ գործնական որոշումների կայացումը քիմիական գործարաններում

Մոլիբդենը շատ կարևոր դեր է խաղում 316-ի ստվածական պողպատում երկարատև շահագործման ընթացքում, երբ առկա են քլորիդներ կամ երբ ջերմաստիճանները բավականին բարձր են: Վերցրեք օրինակ Հյուստոնում գտնվող սարքավորումը: Նրանք 80 աստիճան Ցելսիուսով ծծմբական թթվով աշխատելիս 304-րդ ստվածական պողպատի խողովակների ձախողման հետ են столկնել մոտ 14 ամիս ընթացքում: Նույն ժամանակ նույն կառուցվածքում օգտագործված 316-րդ ստվածական պողպատը ավելի քան 6 տարի անխնդիր է աշխատել: Արդյունաբերության մեծամասնության տեխնիկական տեղեկատվությունները խորհուրդ են տալիս օգտագործել 316-րդ ստվածական պողպատը, երբ համակարգում լուծված քլորիդի քանակը գերազանցում է 200 մասը միլիոնից կամ երբ շահագործման ջերմաստիճանները հաճախ գերազանցում են 50 աստիճան Ցելսիուսը: Դա տրամաբանական է՝ հաշվի առնելով այն, ինչ տեսանք հարավում տեղի ունեցածի հետ կապված:

Կատարողականի և արժեքի հավասարակշռում. խողովակների ընտրության ընթացքում խուսափելով ավելցորդ կառուցվածքներից

Չնայած 316-րդ ստեղնաշարի պողպատը հակամարման դեմ դիմադրությամբ ավելի լավ է, քան 304-րդը, սակայն նրա գինը մոտ կեսով ավելի բարձր է՝ համաձայն անցյալ տարվա WestLake Metals տվյալների: Քանի որ գների տարբերությունը զգալի է, նյութերի օգտագործման համար խելացի պլանավորումը դառնում է շատ կարևոր: Օրինակ՝ մեկ դեղագործական կայանք կարողացավ ավելի լավ կառավարել իր բյուջեն՝ 316-րդ ստեղնաշարի օգտագործումը սահմանափակելով միայն 20-25% խողովակների համար, որոնք շփվում էին խիստ ստերիլացնող քիմիական նյութերի հետ: Այս մոտեցումը նյութերի ծախսերը կրճատեց մոտ 290 հազար դոլարով տարեկան: Նյութեր ընտրելիս ինժեներները պետք է ընտրեն ASTM A312 սերտիֆիկացված տարբերակներ, որոնք իրականում համապատասխանում են գործընթացի պահանջներին՝ առանց չափից ավելի ծախսելու: Երբեմն ավելի էժան այլընտրանքները նույնպես լավ աշխատում են, եթե միջավայրը չափավոր է:

Բարձր ջերմաստիճանի և մեխանիկական լարվածության համարժեքությունը քիմիական մշակման ընթացքում

ASTM A213 պողպատե խողովակների աշխատանքային հատկությունները ջերմային ցիկլերի պայմաններում

ASTM A213 ստանդարտը ներառում է այնպիսի շինարվեստային աուստենիտային պողպրակներ, որոնք նախատեսված են բարձր ջերմաստիճանային կիրառությունների համար, որտեղ պայմանները լուրջ են՝ արդյունաբերական միջավայրում ջերմափոխանակիչներ և ռեկտիֆիկացիոն աշտարակներ: Նշանակակից T316-ի դեպքում այս նյութը կարող է դիմակայել 8000-ից մինչև 10000 ջերմային ցիկլերի՝ սենյակային ջերմաստիճանից մինչև մոտ 315 աստիճան Ցելսիուս, առանց այն խզվածքների առաջացման, որոնք հետագայում խնդիրներ են ստեղծում: T316-ի առանձնահատկությունը նրա ցածր ածխածնի պարունակությունն է՝ 0,08 տոկոսի կամ նրանից ցածր: Այս հատկանիշը կանխում է կարբիդների առաջացումը ջերմաստիճանի կտրուկ փոփոխությունների դեպքում: Իսկ ինչո՞ւ է սա կարևոր: Կարբիդների քանակի կրճատումը նշակային կոռոզիոն ճեղքերի առաջացման հնարավորությունը նվազեցնում է այն միջավայրերում, որտեղ կոռոզիան արդեն առկա խնդիր է: Սա շատ կարևոր է սարքավորումների հուսալիության համար ծայրահեղ պայմաններում:

Մեխանիկական լարվածության և ջերմային ընդարձակման ազդեցությունը խողովակի ամբողջականության վրա

200°C-ում 316 չժանգոտվող պողպատը ընդարձակվում է 16,5 մկմ/մ·Կ արագությամբ, ինչը սահմանափակված համակարգերում առաջացնում է 350 ՄՊա-ից ավելի լայնական ուժեր: 2023 թվականի քիմիական ռեակտորի վերլուծությունը ցույց տվեց, որ անհամապատասխան հենարանների տարածքները սթրեսային կոռոզիայի ռիսկը 42%-ով ավելացնում են ASME B31.3-ին համապատասխան տեղադրումների համեմատ: Արդյունավետ նվազեցման միջոցառումներն են՝

• Առանցքային և լայնական ընդարձակման հանգույցների ռազմավարական տեղադրում
• Լարվածությունը թոթափելու համար կորացված հատվածներում կատարված կայծակից հետո ջերմային обработում
• Իրական ժամանակում լարվածության հսկումը բարձր ռիսկային գոտիներում

Նախագծման համար հաշվի առնելիք համակարգերը, որոնք ունեն փոփոխվող շահագործման պայմաններ

Այն սարքավորումներում, որտեղ ջերմաստիճանը ամեն ժամվա ընթացքում փոփոխվում է մոտ 50 աստիճան Ցելսիուսով, շահույթ են բերում շահագործման ծախսերի կրճատումները, երբ օգտագործվում են դեֆորմացիայի լարվածության դիմադրող կոնստրուկցիաներ: Այդ տնտեսությունը շատ արդյունաբերական գործողությունների համար կարող է հասնել տարեկան գրեթե երկու հարյուր հազար դոլարի: Արդյունաբերության ղեկավար ընկերությունները սովորաբար 316L չժանգոտվող պողպատի հիանալի սահունակության դիմադրությունը (որը պահպանում է իր կառուցվածքը նույնիսկ մոտ 500 աստիճան ջերմաստիճաններում) համադրում են ռեակտորային անոթների մեջ տեղադրված հատուկ օղակաձև սառեցման համակարգերի հետ: Վերջերս ներդրված նորագույն մշակումներից է բաղադրիչների երկայնքով տեղադրված լազերային կապարի կապերը, որոնք մեծացրել են սարքավորումների ճնշման դիմադրությունը կրկնվող տաքացման և սառեցման ցիկլերի ընթացքում: NACE TM0177-2016 ստանդարտին համապատասխան փորձարկումները հաստատել են այս բարելավումները՝ ցույց տալով այդպիսի համակարգերի ամենամեծ անվտանգ շահագործման ճնշման մոտ մեկ երրորդով աճ:

Չժանգոտվող պողպատե խողովակների համար արդյունաբերական ստանդարտներին և վավերագրություններին համապատասխանություն

Պողպատե խողովակների համար ASTM ստանդարտներ՝ A312, A269 և A249

Քիմիական արդյունաբերության մեջ օգտագործվող պողպատե խողովակները համապատասխանում են Ամերիկյան փորձարկման նյութերի ընկերության (ASTM) սահմանած ստանդարտներին: A312 ստանդարտը վերաբերում է ուղղահայաց և ամբողջական աուստենիտային խողովակներին՝ ապահովելով դրանց կազմության և ամրության պահպանումը նույնիսկ չափազանց բարձր ջերմաստիճանների կամ քայքայիչ նյութերի ազդեցության դեպքում: Սովորական շահագործման համար ASTM A269-ն սահմանում է ընդունելի չափսերի պահանջները: Մինչդեռ A249-ը նախատեսված է այն խողովակների համար, որոնք օգտագործվում են թերմուղերում և ջերմափոխանիներում, որտեղ կարևորագույն է կատարողականը: Արտադրողները պարտավոր են հետևել բոլոր այս ստանդարտներին և իրականացնել խիստ որակի ստուգումներ, ներառյալ ջրով ճնշման փորձարկումներ և տարբեր մեխանիկական փորձարկումներ՝ ապահովելով, որ ամեն ինչ համապատասխանում է սպեցիֆիկացիաներին մինչև առաքումը:

ASME համապատասխանություն՝ SB677 և B31.3 պահանջներ քիմիական արդյունաբերության համար

ASME ստանդարտները կարևոր դեր են խաղում տարբեր արդյունաբերություններում կառուցվածքային ամբողջականությունը պահպանելու և ապահովելու համար, որ սարքավորումները անվտանգ աշխատեն տարբեր պայմաններում: SB677 ստանդարտը կոնկրետ վերաբերում է անընդհատ ֆերիտային խողովակների սպեցիֆիկացիաներին, իսկ B31.3 հայտնի պրոցեսային խողովակաշարի կոդը ընդգրկում է նախագծման պարամետրերը, արտադրման մեթոդները և խողովակաշարերի համար կարևոր անվտանգության համար կարևոր համարվող տարրեր: Վերցրեք, օրինակ, B31.3-ը, որը պահանջում է առնվազն 1,5-ից 1 անվտանգության արժեք, երբ գործ ունենք թթվային միջավայրում ենթարկվող նյութերի հետ: Այս սպեցիֆիկացիան անմիջական ազդեցություն է թողնում նախագծման փուլերում ինժեներների կողմից պահանջվող պատերի հաստությունների հաշվարկման վրա: ASME-ի վկայագրում ունեցող արտադրողները պարտավոր են պահպանել իրենց լցումների տեխնիկայի և ջերմային մշակման գործընթացների մանրամասն գրառումներ: Այս փաստաթղթերի պահանջները իրականում մեծ տարբերություն են կազմում այն գործընթացներում, որտեղ հաճախ տեղի է ունենում քլորիդների ազդեցություն, քանի որ ճիշտ գրառումների վարումը դառնում է երկարաժամկետ հուսալիության գնահատման համար անհրաժեշտ:

Ինչու են սերտիֆիկատները կարևոր. Ապահովելով անվտանգությունը, հետևողականությունը և կանոնակարգային համապատասխանությունը

Երրորդ կողմի սերտիֆիկացիան ստանալը նշանակում է կարևոր ASTM և ASME ստանդարտների պահանջների համապատասխանությունը ստուգելը, ինչպես նաև մատակարարված նյութերի ամբողջական պատմությունը ստանալը՝ մետաղագործական փորձարկման զեկուցումների միջոցով, որոնք բոլորս էլ գիտենք MTR-ների տեսքով: Նախագծերը, որոնք իրականում օգտագործում են սերտիֆիկացված խողովակներ, տեսնում են մոտ 37 տոկոսով պակաս անսպասելի կանգներ մյուսների համեմատ, ըստ անցյալ տարվա մեծ արդյունաբերական ստուգման: Եվ մի մոռացեք այն մասին, որ հեշտությունների տեղափոխման ժամանակ կարևոր է հետևել EPA և OSHA կանոններին: Ճիշտ է, սերտիֆիկացված խողովակները սկզբնապես ավելի թանկ են 12-18 տոկոսով, սակայն մտածեք այս մասին՝ շատ ընկերություններ հաստատում են, որ նրանք խուսափում են գրեթե բոլոր այն խճճված ամբիոնային հարցերից, որոնք հետագայում կարող են հետ վերադառնալ: Վերջերս հրապարակված ուսումնասիրությունները նույնպես ամրապնդում են սա:

FAQ բաժին

Ո՞րն է տարբերությունը 304 և 316 կարգախմբի ստալինգ պողպատների միջև

304-րդ ստանդարտը պարունակում է 18–20% քրոմ և 8–10,5% նիկել, իսկ 316-րդ ստանդարտը՝ 2–3% մոլիբդեն, 16–18% քրոմ և 10–14% նիկել: 316-րդ ստանդարտն ավելի մեծ կոռոզիոն հակադիմադրություն է ցուցաբերում քլորիդներով հարուստ միջավայրերում մոլիբդենի առկայության շնորհիվ:

Ինչո՞ւ է մոլիբդեն ավելացվում 316-րդ ստանդարտի խառը մետաղին:

Մոլիբդենը բարձրացնում է կոռոզիայի դիմադրությունը, հատկապես քլորիդների նկատմամբ, առաջացնելով պաշտպանիչ մոլիբդատային իոններ: Այս իոնները վնասված օքսիդային շերտերը վերականգնում են ավելի արդյունավետ, քան միայն քրոմը:

Ինչպե՞ս է ջերմաստիճանը ազդում խառը մետաղի կոռոզիայի դիմադրության վրա:

Կոռոզիայի արագությունը մեծանում է ջերմաստիճանի հետ միասին, հատկապես 60°C-ից բարձր: Բարձրագույն ջերմաստիճանային տատանումները կարող են արագացնել պաշտպանիչ օքսիդային շերտերի քայքայումը և մեծացնել լարվածության կոռոզիոն ճեղքերի առաջացման ռիսկը:

Ինչո՞ւ են սերտիֆիկատները կարևոր խառը մետաղի խողովակների դեպքում:

Սերտիֆիկատները երաշխավորում են ASTM և ASME ստանդարտներին համապատասխանությունը, անվտանգությունը, հետևողականությունը և օգնում են համաձայնեցնել կանոնակարգային ուղեցույցների հետ: Սերտիֆիկացված խողովակների օգտագործումը կարող է կրճատել անսպասելի կանգները և ժամանակի ընթացքում նվազագույնի հասցնել ամբողջականության հետ կապված խնդիրները: