압력 용기 를 위한 올바른 재료 를 선택하는 방법: 선택 가이드

압력 용기에 적합한 재료를 선택하는 방법: 선택 가이드

압력 용기에 적합한 재료를 어떻게 선택합니까?서비스 조건에서 매체와 부식성, 설계 온도, 염화물 및 pH 수준, 마모성 여부, 해당 코드 및 비용 목표 순으로 재료를 선택합니다. 일반적인 매핑은 건조하고 깨끗하며 부식되지 않는 서비스를 위한 탄소강입니다. 내식성 또는 위생이 필요한 경우에는 304 또는 316L 스테인리스 강, 염화물이 존재할 경우에는 316L이 선호됩니다. 최대 약 300°C의 고강도 및 염화물 처리용 이중 스테인리스; 그리고 공격적인 산을 위한 하스텔로이(Hastelloy) 또는 티타늄과 같은 이국적인 합금도 있습니다. 위생적이거나 부식성이 높은 작업의 경우 유리를 강철에 융합하거나 고무로 라이닝한 용기가 가장 비용 효율적인 경우가 많습니다. 왜냐하면 강철이 압력을 전달하는 동안 불활성 라이닝은 화학적 영향을 받지 않기 때문입니다. 재료는 평균이 아닌 최악의 신뢰할 수 있는 조건에 따라 선택되며, 1.5-3mm의 부식 허용량이 계산된 두께에 추가되므로 수명이 다한 용기는 여전히 규정을 충족합니다.

1. 소재를 결정하는 서비스 조건

다섯 가지 조건을 순서대로 확인하면 선택 범위가 빠르게 좁아집니다.

• 매체 및 부식성:이것이 첫 번째이자 지배적인 필터입니다. 중간 온도의 깨끗하고 건조한 비부식성 가스 또는 탄화수소에는 예상되는 일반 부식 속도에 부식 허용량이 추가된 가장 저렴한 옵션인 탄소강이 사용됩니다. 수성, 산성, 알칼리성 또는 할로겐화물을 함유한 모든 물질은 스테인리스 스틸 쪽으로 밀려나고 압력이 아닌 부식성이 재료를 고정시킵니다. 1.5-3mm의 부식 허용치는 탄소강 및 저합금강의 표준이므로 용기는 수명 종료 시 코드 두께를 유지합니다. 스테인레스강은 적절한 서비스에서 부식이 무시할 수 있기 때문에 스테인리스강 없이 사용되는 경우가 많지만 서비스가 실제로 적합한 경우에만 사용됩니다. 규칙은 최악의 신뢰할 수 있는 매체에 대해 지정하는 것입니다. 왜냐하면 평균 화학을 위해 제작된 용기는 최악의 흐름이 도착하는 곳에서 국지적으로 실패하기 때문입니다.
• 온도와 그 한계:온도는 온도가 상승함에 따라 감소하는 허용 응력과 재료 상한선을 모두 설정합니다. 탄소강의 온도는 약 450°C입니다. 그 위에는 저합금강이나 스테인레스 등급이 필요합니다. 304 및 316L 스테인리스는 약 800°C까지 유용한 강도를 유지하지만 감작 및 스케일링이 발생합니다. 듀플렉스 스테인리스는 2상 미세 구조가 그 이상에서는 부서지기 쉬울 수 있기 때문에 약 300°C로 제한됩니다. Hastelloy와 티타늄은 공격적이고 핫한 서비스를 위해 창을 확장합니다. 극저온 의무는 논리를 뒤집습니다. 탄소강은 약 -20°C 이하에서 부서지기 쉽고 견고함을 유지하는 저온 등급 또는 오스테나이트 스테인리스로 대체됩니다. 따라서 설계 온도는 응력 테이블과 재료 천장의 두 위치에 나타나며 둘 중 낮은 온도가 지배합니다.
• 염화물, pH 및 응력 부식 균열:염화물은 스테인리스강의 큰 적입니다. 염화물 응력 부식 균열과 구멍이 온도와 농도에 따라 달라지는 임계값(304의 경우 온도에서 대략 수백ppm, 316L의 경우 그 이상)을 초과합니다. 염화물이 불가피하고 따뜻한 곳에서는 316L이 취약하고 34-40 이상의 공식 저항을 갖는 이중 또는 초오스테나이트 스테인리스가 지정되거나 용기가 라이닝됩니다. 고무 라이닝 또는 유리 융합 강철 용기는 강철과 매체 사이에 불활성 장벽을 배치하여 문제를 완전히 회피합니다. pH도 ​​중요합니다. 강산성 또는 부식성 서비스는 강철과 일부 합금을 모두 공격하며 NACE MR0175 제한은 신맛이 나는 서비스에서 황화물 응력 균열이 가능한 곳에 적용됩니다. 염화물과 pH 검토는 종이 위에서는 완벽했지만 따뜻한 기수 서비스에서 깨졌던 스테인리스 용기의 전형적인 실패를 방지하는 것입니다.
• 마모, 침식 및 위생:매체가 고체, 모래, 촉매 또는 슬러리를 운반하는 경우 마모 및 침식이 바닥, 임펠러 및 방전을 공격하므로 젖은 경로에는 경화되거나 줄이 있는 표면, 고무 또는 세라믹 라이닝 또는 유리 융합 강철 층 및 값싸고 교체 가능한 마모 부품이 필요합니다. 위생은 거울 이미지입니다. 식품, 제약 및 음용수 서비스에는 매끄럽고 벗겨짐이 없으며 인증 가능한 표면, 0.8 마이크로미터 Ra 미만의 전해연마 또는 불활성을 위한 유리 융합 강철이 포함된 316L과 NSF/ANSI 61 또는 WRAS 인증이 필요합니다. 화학적으로 양호하지만 마모되거나 세척할 수 없는 용기는 여전히 제 역할을 하지 못하므로 합금이 완성되기 전에 이 두 가지 조건을 확인해야 합니다.

2. 재료 옵션 및 각 사용 시기

후보 목록은 짧습니다. 선택은 위의 조건을 따릅니다.

• 탄소강 및 저합금강:공기 저장소, 증기 드럼 및 염화물이 없는 탄화수소 증기 서비스와 같이 비용이 지배적인 비부식성, 고온 또는 고압 서비스에 대한 기본값입니다. 강력하고 저렴하며 이해하기 쉽고 코드가 풍부하며 벽이 두꺼운 고압 용기를 지탱할 수 있는 허용 응력이 있습니다. 약점은 부식이므로 부식 허용치를 추가하고 용기를 건조한 상태로 유지하거나 코팅합니다. 수성, 산성 또는 위생 용도에는 적합하지 않습니다. 신맛이 나는 균열이 가능한 경우 NACE에 따라 특정 미립자, 저유황 등급 및 용접 후 열처리가 지정됩니다. 동일한 압력에서 더 저렴한 대안이 없기 때문에 매체가 허용할 때마다 탄소강이 승리합니다.
• 스테인리스 304, 316L 및 듀플렉스:304는 낮은 염화물을 사용하여 약간 부식성이 있거나 위생적인 ​​서비스에 사용되는 입구 스테인레스입니다. 몰리브덴이 포함된 316L은 내식성, 식품, 제약 및 해양 서비스 분야에 사용되며 염화물이 존재하는 모든 곳에서 304보다 선호됩니다. 약 25-35에 해당하는 공식 저항은 중간 온도까지 대부분의 수성 작업을 처리하지만 뜨거운 농축 염화물에는 적합하지 않습니다. 듀플렉스 2205와 슈퍼 듀플렉스는 약 2배의 강도와 34 이상의 공식 저항을 추가하여 약 300°C의 온도 한도 내에서 담수화 및 해양과 같이 염화물이 풍부하고 고압 또는 중량에 민감한 서비스에 이상적입니다. 이 등급은 선택, 균형 비용, 내식성 및 강도의 실용적인 중간입니다.
• 엑조틱스, 라이닝 및 유리 융합 강철:극단적인 경우, Hastelloy C276은 약 650°C까지 산화성 산에 저항하고, 티타늄은 300°C 이상의 뜨거운 염화물과 바닷물에 저항하며, 이러한 외래종은 더 싼 것이 없는 곳에서 일반적으로 고체 외래종은 비싸기 때문에 중요한 부품의 클래드 또는 견고한 라이닝으로 사용됩니다. 대부분 부식성 또는 위생 작업에 대한 비용 효과적인 대답은 라이닝 용기입니다. 마모 및 많은 산을 위한 고무 라이닝 또는 강철에 유리를 융합하는 경우 0.8~1.2 마이크로미터의 불활성 유리 층이 820~930°C에서 강철에 융합되어 화학적 불활성, 인증 가능한 위생 표면 및 긴 수명을 이국적인 합금 비용의 일부로 제공합니다. 유리 융합 강철은 매체가 부식성이 있거나 순수하게 유지되어야 하지만 강철이 압력을 처리하고 유리가 화학 작용을 처리하기 때문에 압력이 적당할 때마다 실용적인 선택입니다.

압력 용기 재질 선택 매트릭스

자주 묻는 질문(FAQ)

Q: 압력 용기에 탄소강 대신 스테인리스강을 선택해야 하는 경우는 언제입니까?

A: 매체가 수성, 산성, 알칼리성, 염화물이 존재하거나 서비스가 식품, 약품 또는 식수이고 인증 가능한 위생 표면이 필요한 경우에는 일반적으로 316L인 스테인리스를 선택하십시오. 탄소강은 부식 허용치가 저렴한 비용으로 경미한 일반 부식을 처리하는 공기 저장소 및 건식 탄화수소 증기와 같은 건조하고 깨끗한 비부식성 작업에만 적합한 선택입니다. 결정적인 테스트는 부식성과 위생입니다. 용기가 녹슬거나 탄소강 사양에 맞게 청소할 수 없는 경우 스테인리스가 필요하며, 염화물이 존재하는 모든 곳에서는 316L이 304보다 선호됩니다. 왜냐하면 304는 놀라울 정도로 낮은 농도에서 염화물 응력 부식 균열에 취약하기 때문입니다.

Q: 염화물 응력 부식 균열이란 무엇이며 어떻게 방지합니까?

A: 이는 잔류 용접 응력을 포함한 인장 응력과 일반적으로 따뜻한 수성 염화물 함유 서비스에서 염화물 이온이 결합된 작용으로 스테인레스 스틸에 형성되는 갑작스럽고 종종 치명적인 균열입니다. 염화물이 따뜻하고 농축된 표준 오스테나이트 스테인리스를 사용하지 않음으로써 이를 피할 수 있습니다. 대신에 피팅 저항이 34-40 이상인 듀플렉스 또는 슈퍼 오스테나이트 스테인리스를 지정하고, 염화물 수준을 낮추고, 용접 후 열처리를 통해 잔류 응력을 줄이거나, 가장 확실하게는 용기에 고무 또는 유리 융합 강철을 사용하여 강철이 염화물과 만나지 않도록 합니다. 고전적인 실패는 서류상으로는 괜찮았지만 따뜻한 기수 서비스에서 갈라진 316L 용기입니다. 이것이 바로 스테인레스를 선택하기 전에 염화물 검토가 필수인 이유입니다.

Q: 유리 융합 강철이 압력 용기에 적합합니까?

A: 네, 서비스에 딱 맞습니다. 유리 융합 강철은 약 0.8~1.2 마이크로미터 거칠기의 불활성 유리 층을 820~930°C에서 강철에 융합시켜 만들어지므로 강철은 압력을 견디고 유리는 화학 작용을 처리합니다. 이는 물과 폐수, 식품 및 화학 물질 저장에서 흔히 발생하는 적당한 압력에서 부식성, 위생적 또는 마모성 작업에 탁월하며, 인증 가능한 NSF/ANSI 61 또는 WRAS 표면을 제공하면서 이국적인 합금을 피하므로 비용 효율적입니다. 두꺼운 벽의 단조 또는 용접 강철이 필요한 고압 또는 고온 공정 용기에는 사용되지 않지만, 압력보다는 부식이나 오염이 적이 되는 많은 작업의 경우 최고의 엔지니어링과 최저 수명 비용의 선택인 경우가 많습니다.

Q: 온도는 압력 용기 재료 선택에 어떤 영향을 줍니까?

A: 온도는 두 가지에 영향을 미칩니다. 즉, 온도가 상승함에 따라 감소하는 허용 설계 응력(벽이 두꺼워지거나 더 강한 등급이 필요함)과 재료 천장입니다. 탄소강의 온도는 약 450°C입니다. 그 이상에는 저합금 또는 스테인리스 등급이 필요합니다. 304 및 316L은 약 800°C까지 강도를 유지하지만 스케일링 및 감작을 겪고, 듀플렉스는 2상 구조가 부서지기 때문에 약 300°C로 제한되며, 하스텔로이 또는 티타늄은 공격적인 고온 서비스를 위해 창을 확장합니다. 극저온 내구성은 우려를 뒤집습니다. 탄소강은 약 -20°C 이하에서 부서지기 쉽고 강성을 유지하는 저온 또는 오스테나이트 스테인리스로 대체됩니다. 따라서 설계 온도는 응력 테이블과 재료 한계 모두에 나타나며 둘 중 낮은 온도가 선택을 좌우합니다.