Jak wybrać odpowiedni materiał do zbiornika ciśnieniowego: przewodnik wyboru

Jak wybrać odpowiedni materiał na zbiornik ciśnieniowy: przewodnik po wyborze

Jak wybrać odpowiedni materiał na zbiornik ciśnieniowy?Materiał wybierasz z warunków serwisowych, w następującej kolejności: jakie jest medium i jak jest korozyjne, temperatura projektowa, poziom chlorków i pH, czy obciążenie jest ścierne, oraz obowiązujący kod i docelowy koszt. Typowym mapowaniem jest stal węglowa do pracy w stanie suchym, czystym i niekorodującym; Stal nierdzewna 304 lub 316L, gdzie wymagana jest odporność na korozję lub higiena, przy czym preferowana jest stal 316L, gdy obecne są chlorki; stal typu duplex zapewniająca wysoką wytrzymałość i działanie chlorków do około 300°C; oraz stopy egzotyczne, takie jak Hastelloy lub tytan, w przypadku agresywnych kwasów. W przypadku zastosowań higienicznych lub wysoce korozyjnych naczynie ze stali stopionej szkłem lub wyłożone gumą jest często najbardziej opłacalne, ponieważ chemia nie ma wpływu na obojętną wykładzinę, podczas gdy stal przenosi ciśnienie. Materiał wybiera się na podstawie najgorszego wiarygodnego stanu, a nie średniego, a do obliczonej grubości dodaje się naddatek na korozję w wysokości 1,5–3 mm, tak aby po zakończeniu okresu eksploatacji zbiornik nadal spełniał wymagania norm.

1. Warunki świadczenia usług określające materiał

Pięć warunków, sprawdzanych w kolejności, pozwala szybko zawęzić wybór:

• Średnia i korozyjność:Jest to filtr pierwszy i dominujący. Czyste, suche, niekorozyjne gazy lub węglowodory w umiarkowanej temperaturze są dostarczane przez stal węglową, najtańszą opcję, z dodatkiem na korozję dodanym w celu uzyskania oczekiwanej ogólnej szybkości korozji. Wszystko, co wodne, kwaśne, zasadowe lub zawierające halogenki, naciska na stal nierdzewną, a korozyjność, a nie ciśnienie, powoduje utrwalenie materiału. Naddatek na korozję wynoszący 1,5–3 mm jest standardem w przypadku stali węglowej i niskostopowej, dzięki czemu zbiornik zachowuje grubość kodu po zakończeniu okresu użytkowania; stale nierdzewne są często używane bez nich, ponieważ ich korozja jest znikoma w przypadku właściwej eksploatacji, ale tylko wtedy, gdy usługa naprawdę im odpowiada. Zasadą jest określenie najgorszego wiarygodnego medium, ponieważ statek zbudowany dla przeciętnego składu chemicznego zawiedzie lokalnie tam, gdzie dotrze najgorszy strumień.
• Temperatura i jej granice:Temperatura wyznacza zarówno dopuszczalne naprężenie, które maleje wraz ze wzrostem temperatury, jak i strop materiału. Stal węglowa wytrzymuje temperaturę około 450°C; powyżej tego potrzebne są stale niskostopowe lub gatunki nierdzewne. Stal nierdzewna 304 i 316L zachowuje użyteczną wytrzymałość do około 800°C, ale ulega uczuleniu i osadzaniu się kamienia; stal dupleksowa jest ograniczona do około 300°C, ponieważ jej dwufazowa mikrostruktura może powyżej tej temperatury stać się krucha; Hastelloy i tytan wydłużają okno, zapewniając agresywną, gorącą obsługę. Praca kriogeniczna odwraca logikę: stal węglowa staje się krucha poniżej około -20°C i jest zastępowana przez gatunki niskotemperaturowe lub austenityczną stal nierdzewną, która pozostaje twarda. Dlatego też temperatura obliczeniowa pojawia się w dwóch miejscach: w tabeli naprężeń i w suficie materiałowym, przy czym obowiązuje niższa z nich.
• Chlorki, pH i pękanie korozyjne naprężeniowe:Chlorek jest wielkim wrogiem stali nierdzewnej, powodującym pękanie korozyjne naprężeniowe i wżery powyżej progu zależnego od temperatury i stężenia, około kilkuset ppm w temperaturze dla 304 i nieco więcej dla 316L. Tam, gdzie chlorki są nieuniknione i są ciepłe, stosuje się stal 316L, która jest podatna na uszkodzenia i wymagana jest stal duplex lub superaustenityczna o odporności na wżery równoważna powyżej 34-40 lub zbiornik jest wyłożony wykładziną. Zbiorniki wyłożone gumą lub stopionym szkłem pozwalają całkowicie ominąć ten problem, tworząc obojętną barierę pomiędzy stalą a medium. pH również ma znaczenie: działanie silnie kwaśne lub żrące szkodzi zarówno stali, jak i niektórym stopom, a wartości graniczne NACE MR0175 mają zastosowanie tam, gdzie możliwe jest pękanie naprężeniowe siarczkowe w środowisku kwaśnym. Przegląd chlorków i pH zapobiega klasycznej awarii naczynia ze stali nierdzewnej, które było idealne na papierze, ale pękło w ciepłym, słonawym środowisku.
• Ścieranie, erozja i higiena:Jeśli w medium znajdują się ciała stałe, piasek, katalizator lub szlam, ścieranie i erozja atakują dno, wirnik i wylot, więc zwilżona ścieżka wymaga utwardzonej lub wyłożonej powierzchni, wykładziny gumowej lub ceramicznej lub warstwy stopionego szkła ze stalą oraz tanich wymiennych części eksploatacyjnych. Higiena jest lustrzanym odbiciem: przemysł spożywczy, farmaceutyczny i wodociągowy wymagają gładkiej, nierozpływającej się, certyfikowanej powierzchni, 316L z elektropoleracją Ra poniżej 0,8 mikrometra lub szkła stopionego ze stalą w celu zapewnienia obojętności, plus certyfikat NSF/ANSI 61 lub WRAS. Naczynie, które jest chemicznie czyste, ale ściera się lub nie można go oczyścić, nadal nie spełni swoich obowiązków, dlatego przed ukończeniem stopu sprawdza się te dwa warunki.

2. Opcje materiałów i kiedy ich używać

Krótka lista jest krótka; wybór jest zgodny z powyższymi warunkami:

• Stal węglowa i niskostopowa:Opcja domyślna dla zastosowań niekorozyjnych, pracujących w wyższych temperaturach lub pod wyższym ciśnieniem, gdzie dominują koszty, takich jak zbiorniki powietrza, bębny parowe i usługi oparte na parach węglowodorów bez chlorków. Jest mocny, tani, dobrze poznany i bogaty w kody, z dopuszczalnymi naprężeniami, które podtrzymują grubościenne zbiorniki wysokociśnieniowe. Jego słabością jest korozja, dlatego dodaje się naddatek na korozję i naczynie utrzymuje się w stanie suchym lub powlekanym; nie nadaje się do zastosowań wodnych, kwasowych lub higienicznych. Tam, gdzie możliwe jest pękanie w wyniku działania kwasu, określa się określone gatunki drobnoziarniste, o niskiej zawartości siarki i obróbkę cieplną po spawaniu zgodnie z NACE. Stal węglowa wygrywa, gdy pozwala na to medium, po prostu dlatego, że nie ma tańszej alternatywy przy tym samym ciśnieniu.
• Stal nierdzewna 304, 316L i Duplex:304 to wejście ze stali nierdzewnej, stosowane do zastosowań lekko korozyjnych lub higienicznych z niską zawartością chlorków; Stal 316L z molibdenem jest najlepszym materiałem zapewniającym odporność na korozję oraz stosowanym w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym i morskim, preferowanym zamiast 304 wszędzie tam, gdzie występują chlorki. Jego odporność na wżery wynosząca około 25-35 radzi sobie z większością zastosowań wodnych do umiarkowanej temperatury, ale nie jest przeznaczona do gorących stężonych chlorków. Duplex 2205 i super duplex zapewniają mniej więcej dwukrotnie większą wytrzymałość i odporność na wżery powyżej 34, co czyni je idealnymi do zastosowań bogatych w chlorki, wysokociśnieniowych lub wrażliwych na ciężar, takich jak odsalanie i prace na morzu, w granicach temperatur około 300°C. Gatunki te stanowią pragmatyczny środek wyboru, równoważący koszt, odporność na korozję i wytrzymałość.
• Egzotyki, podszewki i szkło stapiane ze stalą:W skrajnym przypadku Hastelloy C276 jest odporny na kwasy utleniające do około 650°C, tytan jest odporny na gorące chlorki i wodę morską powyżej 300°C, a te egzotyczne materiały są stosowane tam, gdzie nie ma nic tańszego, zazwyczaj jako platerowane lub solidne wyłożenie krytycznych części, ponieważ solidne egzotyczne są drogie. Częściej opłacalnym rozwiązaniem w przypadku zastosowań związanych z korozją lub higieną jest naczynie z wykładziną: gumową wykładziną odporną na ścieranie i wiele kwasów lub szkło stapiane ze stalą, gdzie warstwa szkła obojętnego o grubości 0,8–1,2 mikrometra jest stapiana ze stalą w temperaturze 820–930°C, co zapewnia obojętność chemiczną, certyfikowaną higieniczną powierzchnię i długą żywotność za ułamek kosztu egzotycznego stopu. Stapianie szkła ze stalą jest pragmatycznym wyborem, gdy medium jest żrące lub musi pozostać czyste, ale ciśnienie jest niewielkie, ponieważ stal wytrzymuje ciśnienie, a szkło radzi sobie z chemią.

Matryca wyboru materiału zbiornika ciśnieniowego

Często zadawane pytania (FAQ)

P: Kiedy w przypadku zbiornika ciśnieniowego powinienem wybrać stal nierdzewną zamiast stali węglowej?

Odp.: Wybierz stal nierdzewną, zwykle 316L, gdy medium jest wodne, kwaśne, zasadowe, występują chlorki lub gdy używana jest woda spożywcza, farmaceutyczna lub pitna i wymaga certyfikowanej powierzchni higienicznej. Stal węglowa jest właściwym wyborem tylko do zastosowań w warunkach suchych, czystych i niekorozyjnych, takich jak zbiorniki powietrza i suche opary węglowodorów, gdzie naddatek na korozję radzi sobie z niewielką korozją ogólną przy niskich kosztach. Decydującym testem jest korozja i higiena: jeśli zbiornik rdzewieje lub nie można go oczyścić zgodnie ze specyfikacją ze stali węglowej, wymagana jest stal nierdzewna, a wszędzie tam, gdzie występują chlorki, preferowany jest 316L zamiast 304, ponieważ 304 jest podatny na pękanie korozyjne naprężeniowe chlorkowe przy zaskakująco niskich stężeniach.

P: Co to jest pękanie korozyjne naprężeniowe chlorków i jak go uniknąć?

Odp.: Jest to nagłe, często katastrofalne pęknięcie, które powstaje w stali nierdzewnej pod wpływem połączonego działania naprężeń rozciągających, w tym szczątkowych naprężeń spawalniczych i jonów chlorkowych, zwykle w ciepłej, wodnej wodzie zawierającej chlorki. Można tego uniknąć, nie stosując standardowej stali austenitycznej, w której chlorki są ciepłe i stężone; zamiast tego wybierz stal duplex lub superaustenityczną o odporności na wżery równoważną powyżej 34-40, obniż poziom chlorków, zmniejsz naprężenia szczątkowe poprzez obróbkę cieplną po spawaniu lub, co najbardziej niezawodne, wyłóż zbiornik gumą lub szkłem stopionym ze stalą, aby stal nigdy nie zetknęła się z chlorkiem. Klasyczną awarią jest zbiornik 316L, który na papierze był w porządku, ale pękł w ciepłej, słonawej temperaturze, dlatego przed wybraniem stali nierdzewnej obowiązkowy jest przegląd chlorków.

P: Czy szkło stopione ze stalą nadaje się do zbiornika ciśnieniowego?

Odp.: Tak, jeśli chodzi o usługę, która odpowiada. Szkło stapiane ze stalą powstaje poprzez stapianie obojętnej warstwy szkła o grubości około 0,8–1,2 mikrometra ze stalą w temperaturze 820–930°C, dzięki czemu stal wytrzymuje ciśnienie, a szkło radzi sobie z chemią. Doskonale nadaje się do zastosowań związanych z korozją, higieną lub ścieraniem przy umiarkowanym ciśnieniu, powszechnie stosowanych w wodzie i ściekach, magazynowaniu żywności i chemikaliów, i jest opłacalny, ponieważ pozwala uniknąć stosowania egzotycznych stopów, zapewniając jednocześnie certyfikowaną powierzchnię NSF/ANSI 61 lub WRAS. Nie stosuje się go w zbiornikach procesowych pracujących pod wysokim ciśnieniem lub w wysokiej temperaturze, gdzie wymagana jest grubościenna kuta lub spawana stal, ale w przypadku wielu zadań, w których wrogiem jest korozja lub zanieczyszczenie, a nie ciśnienie, często jest to wybór najlepiej zaprojektowany i charakteryzujący się najniższymi kosztami eksploatacji.

P: W jaki sposób temperatura wpływa na wybór materiału zbiornika ciśnieniowego?

Odp.: Temperatura wpływa na dwie rzeczy: dopuszczalne naprężenie projektowe, które maleje wraz ze wzrostem temperatury, w związku z czym ściana musi pogrubić się lub konieczna jest mocniejsza klasa, oraz materiał sufitu. Stal węglowa wytrzymuje temperaturę około 450°C; powyżej tego wymagane są gatunki niskostopowe lub nierdzewne. Stale 304 i 316L zachowują wytrzymałość do około 800°C, ale ulegają osadzaniu się kamienia i uczuleniu, stopy duplex są ograniczone do około 300°C, ponieważ ich dwufazowa struktura staje się krucha, a Hastelloy lub tytan wydłużają czas pracy, umożliwiając agresywną pracę na gorąco. Praca kriogeniczna odwraca problem: stal węglowa staje się krucha poniżej około -20°C i jest zastępowana przez niskotemperaturową lub austenityczną stal nierdzewną, która pozostaje twarda. Dlatego też temperatura obliczeniowa pojawia się zarówno w tabeli naprężeń, jak i w granicy materiału, a wybór zależy od niższej z nich.