چهار ماده مناسب برای ظرف‌های فشار

به عنوان تجهیزات خاصی که مقابل فشار داخلی یا خارجی مقاومت می‌کند، ظرف‌های فشار در حوزه‌های شیمی، نفت، داروسازی، انرژی، غذا، فضایی و سایر زمینه‌ها به طور گسترده استفاده می‌شوند. از آنجا که این ظرف‌ها غالباً در شرایط کاری حدی مثل دمای بالا، فشار بالا و خوردگی قرار می‌گیرند، تقاضاهای بسیار بالایی برای انتخاب مواد دارند. انتخاب مواد نه تنها به امنیت و قابلیت اعتماد ظرف‌های فشار مربوط است، بلکه به صورت مستقیم بر هزینه تولید و عمر کاربردی آنها تأثیر می‌گذارد. این مقاله به طور جزئی در مورد مواد ایده‌آل برای تولید ظرف‌های فشار بحث خواهد کرد.

پایه‌های اساسی برای مواد ظرف‌های فشار

به عنوان تجهیزات فشاربر فرآوری بلندمدت، ماده مورد استفاده در ظرف فشار باید ابتدا ویژگی‌های مکانیکی عالی داشته باشد. این شامل نیروی کشش بالا، پلاستیسیته خوب، سختی برخورد و مقاومت ضد خستگی است. ماده نباید تحت فشار بالا شکسته شود و باید قادر به جذب انرژی باشد به جای اینکه زمانی که تحت تأثیر نیروی خارجی قرار می‌گیرد شکسته شود. علاوه بر این، پایداری گرمایی و مقاومت در برابر دمای بالا نیز از شاخص‌های مهم برای ارزیابی مواد هستند، به ویژه در رآکتورهای دمای بالا و تجهیزات تعویض گرما، که در آنها ماده باید ساختار و ویژگی‌های مکانیکی ثابت خود را حفظ کند.

مقاومت در برابر خوردگی نیاز دیگری کلیدی است. بسیاری از ظرف‌های فشار برای ذخیره یا واکنش با ماده‌های خوردگی‌زاچونعمدات اcidoهای قوی، قلیای قوی، محلول‌های شور، حلال‌های آلی و غیره استفاده می‌شوند. مقاومت ماده در برابر خوردگی به طور مستقیم عمر کاربردی و عامل ایمنی تجهیزات را تعیین می‌کند. باید این ماده همچنین عملکرد جوش‌دهی مناسب و توانایی پردازش و شکل‌دهی داشته باشد تا نیازهای تولید ساختارهای پیچیده را برآورده کند.

چه موادی می‌توانند برای تولید ظرف‌های فشار استفاده شوند؟

فولاد کربنی:

فولاد کربنی معمولاً ماده‌ای که بیشترین استفاده را در ظرف‌های فشار دارد، به دلیل دارا بودن ویژگی‌های مکانیکی مناسب، قابلیت جوش‌پذیری قوی، عملکرد پردازشی مناسب و قیمت کم انتخاب می‌شود. مواد فولاد کربنی متداول شامل Q235، Q345، A516Gr.70 و غیره است.

مقاومت تنش فولاد کربنی متوسط است، که مناسب برای ساخت بخش‌های بیشتر حامل فشار است، به ویژه در محیطی با دمای عادی و بدون رسانه‌های خوردگی قوی. پذیرش خوب آن در تولید، فرآوری و جوشکاری را آسان می‌کند و به طور قابل توجهی فرآیند تولید را ساده می‌کند. علاوه بر این، مواد فولاد کربنی دارای استانداردها و سیستم‌های تأمین کامل در داخل و خارج از کشور هستند که کنترل کیفیت را آسان می‌کند.

اما نقص‌های فولاد کربنی نیز واضح است. مقاومت ضد خوردگی آن ضعیف است و در محیط‌های اسیدی، قلیایی یا شور، به راحتی زنگ زد می‌شود. اگر اقدامات مناسب ضد خوردگی انجام نشود، احتمالاً سوراخ شدن و رشح رخ می‌دهد. علاوه بر این، صلبی آن در محیط‌های دمای پائین به طور چشمگیری کاهش می‌یابد و خطر شکستن Brittle وجود دارد که کاربرد آن را در مواقع دمای پائین محدود می‌کند.

بنابراین، فولاد کربنی عمدتاً در موقعیت‌های زیر استفاده می‌شود:

• تانک‌های ذخیره‌سازی فشرده‌ساز هوای;
• سیستم‌های تصفیه آب;
• بویلرها;
• تانک‌های نگهداری روغن، غیره.

برای بهبود مقاومت ضد خوردگی فولاد کربنی، اغلب از روش‌هایی مانند پوشش دادن یا سپری کردن استفاده می‌شود. هرچند فولاد کربنی دارای نقص است، اما عملکرد هزینه‌ای کلی عالی آن، آن را همچنان به عنوان یک ماده اساسی در ساخت ظرف‌های فشاری قابل استفاده می‌کند.

فولاد آلیاژی:

فولاد آلیاژی نوعی ماده است که با اضافه کردن عناصر آلیاژی مانند کروم، نیکل و مولیبدن به فولاد کربنی، عملکرد آن را بهبود می‌بخشد. بزرگترین مزیت آن، قدرت مکانیکی بالا، مقاومت حرارتی خوب و مقاومت ضد خوردگی معقول است. فولادهای آلیاژی متداول شامل 15CrMoR، 12Cr1MoV، SA387Gr.11، Gr.22، غیره هستند که به طور گسترده در ظرف‌های فشاری با دمای بالا و فشار بالا مانند بویلرهای بخار، واکنش‌گرهای شیمیایی، غیره استفاده می‌شوند.

پس از افزودن کروم و مولیبدن، مقاومت ضد اکسیداسیون و استحکام جابه‌جایی فولاد آلیاژی به طور قابل توجهی بهبود می‌یابد، به گونه‌ای که حتی در محیط‌های دما و فشار بالا، پایداری مناسبی حفظ می‌کند. برخی از فولادهای آلیاژی می‌توانند مقاومت علیه خوردگی را نسبت به محیط‌های خاصی فراهم کنند، مانند 12Cr1MoV که در محیط‌های دما بالا و حاوی سولفید هیدروژن عملکرد خوبی دارد.

هرچند فولاد آلیاژی عملکرد برجسته‌ای دارد، اما هزینه تولید آن به طور قابل توجهی بیشتر از فولاد کربنی معمولی است و دشواری پردازش آن نیز بیشتر است. در حین لاستیک کاری، پارامترهای فرآیند باید به صورت دقیق کنترل شوند و معالجه حرارتی انجام شود تا از شکستگی حرارتی و شکستگی تنشی ناشی از خوردگی جلوگیری شود. علاوه بر این، برخی از فولادهای آلیاژی به شکنندگی هیدروژن حساس هستند و باید در تجهیزات ذخیره‌سازی هیدروژن با احتیاط استفاده شوند.

فولاد صلب:

فولاد ضد زنگ می‌تواند برای تولید ظرف‌های فشار استفاده شود، به ویژه در زمینه‌های شیمیایی، دارویی و غذایی، و مقاومت عالی آن نسبت به خوردگی آن را به انتخاب اول تبدیل می‌کند. فولادستنلس اصلًا به چهار گروه اوتستنیتی، فریتیک، مارتنسیتیک و فولادستنلس دوپلکس تقسیم می‌شود. پرتگال‌های اوتستنیتی مانند 304، 316L که به دلیل قابلیت جوش‌پذیری خوب، سختی و مقاومت علیه خوردگی گسترده‌ترین کاربرد را دارند، بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند.

استیل صنعتی 316L به دلیل محتوای بالای مولیبد خود مقاومت خوبی نسبت به محیط‌های کلردار دارد و به ویژه برای ظرف‌های فشار در محیط‌های نمکی یا آب دریا مناسب است. فولادستنلس دوپلکس (مانند 2205، 2507) مزایای ساختارهای اوتستنیتی و فریتیک را ترکیب می‌کند، مقاومت بالاتری نسبت به خوردگی نقطه‌ای دارد و به تدریج موقعیت خود را در برخی زمینه‌های سنتی فولادستنلس اوتستنیتی جایگزین کرده است.

نکته اصلی ضد فولاد، قیمت بالای آن است، به ویژه برای مدل هایی که محتوای نیکل و مولیبدنم بالا است. علاوه بر این، ترکیب بین دانه ها در حین لاسته گذاری به راحتی تشکیل می شود و نیاز به درمان جابجایی یا مدل های کربن پایین (مثل 316L) دارد. در محیط تقلیل زیاد، ضد فولاد ممکن است خطر تخریب استرسی داشته باشد و باید مدل مواد به صورت هدفمند انتخاب شود.

بنابراین، ضد فولاد عمده در موقعیت های زیر استفاده می شود:

• リアクタ؛
• Tankage ذخیره دارویی;
• تانک ذخیره گاز خالص، و غیره.

تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم:

فلز تیتانیوم به دلیل چگالی پایین، مقاومت ویژه بالا و مقاومت بسیار عالی در برابر فرسایش، به عنوان یک ماده محبوب برای ساخت ظرف فشارهای پیشرفته در نظر گرفته شده است. تیتانیوم پایداری عالی در برابر انواع مختلف محیط های فرسایشی بسیار مثل اسید نیتریک، اسیدهای آلی، گاز کلر مرطوب، آب دریا و غیره دارد و به ویژه برای استفاده بلندمدت در محیط های اکسیده و خنثی مناسب است.

مواد تیتانیوم معمول شامل تیتانیوم خالص (مانند TA1، TA2) و آلیاژهای تیتانیوم (مانند TC4) است. تیتانیوم خالص دارای قابلیت گرده کشی و شکل‌دهی عالی است و به طور گسترده در ظرف‌هایی با نیاز به مقاومت بالا به زد و بخورد اما با قدرت کمتر، مانند تانک‌های ذخیره آب شور، حوضک‌های کروم‌کاری، رآکتورهای شیمیایی و غیره، استفاده می‌شود. آلیاژهای تیتانیوم هم قدرت و هم مقاومت به زد و بخورد دارند و مناسب برای قطعات تحمل فشار یا موقعیت‌هایی با تنش بالا هستند.

مواد تیتانیوم گران قیمت، سخت پردازش و دارای نیازهای محیطی بسیار بالا در حین گرده کشی (نیاز به محافظت با گاز اینرت) هستند، بنابراین عموماً در محصولات فناوری پیشرفته و ارزش‌افزوده استفاده می‌شوند. در حوزه‌های هوافضا، هواپیما، مهندسی دریایی عمیق، تجهیزات تحلیه آب دریا، تجهیزات پزشکی و غیره، مواد تیتانیوم نقشی جایگزین‌ناپذیر به‌طور فزاینده‌ای ایفا می‌کنند.

چگونه انتخاب کنم؟

در مهندسی واقعی، انتخاب مواد تحت شرایط کار مختلف تغییر می‌کند. با در نظر گرفتن برج دی‌سولفوراسیون در پالایشگاه به عنوان مثال، محیط آن شامل مولفه‌های بسیار خوردگی‌زا مانند هیدروژن سولفید، آمونیاک و کلریدهاست. بنابراین، انتخاب مناسب‌تر است 316L استیل ضد زنگ یا فولاد استنلس دوپلکس 2205. در بخارچرخه‌های نیروگاه‌ها، بخار با دمای بالا و فشار زیاد نیازمند مصالح آلیاژ مقاوم به دما است و اغلب از فولاد آلیاژی مانند 12Cr1MoV یا SA387 استفاده می‌شود.

در صنعت سماد، واکنشگرهای فشار بالا که در واحد تولید آمونیاک استفاده می‌شوند، اغلب از مواد ویژه مانند تیتانیوم ترکیبی و هاستلوی ترکیبی استفاده می‌کنند؛ در صنعت پردازش غذا، برای تضمین بهداشت و تمیزی، از مواد فولاد استنلس اوتستنیتی مانند 304L و 316L استفاده می‌شود.

بنابراین، در کاربردهای مهندسی، انتخاب مواد باید با فشار کاری تجهیزات، دمای کاری، نوع محیط، چرخه عملیاتی، اقتصاد و سازگاری با استاندارد ترکیب شود. نیاز است به انواع عوامل مختلف توجه کرد تا موادی را انتخاب کنیم که هم از لحاظ ایمنی و قابلیت اعتماد مناسب باشند و هم از نظر اقتصادی معقول.

HNJBL یک تولیدکننده و تأمین‌کننده حرفه‌ای فولاد است. محصولات اصلی شرکت ما شامل فولاد کربنی، فولاد ضدآب و هوایی، فولاد مقاوم به سوزن خوردن، پروفیل‌های فولادی، فولاد پوشش‌داده شده و غیره می‌باشد. مشخصات کامل، کیفیت ثابت و مقدار کافی.

  +86 17611015797 (WhatsApp )        

  [email protected]