أنبوب Incoloy 825 غير الملحوم: مواصفات ASTM B163 لخدمة المبادل الحراري والمكثف

عندما يجب أن يتحمل المبادل الحراري أو المكثف حامض الكبريتيك، أو مياه البحر، أو الغاز الحامض لعقود من الزمن، هناك قراران يقرران كل شيء: سبيكة الأنبوب، والمواصفات التي تم شراؤها مقابلها. بالنسبة لسبائك النيكل-، أصبحت مجموعة واحدة معيارًا صناعيًا -سبيكة 825(UNS N08825، DIN 2.4858، Incoloy® 825) يتم توفيره كأنبوب غير ملحوم وفقًا لمعيار ASTM B163، وهي المواصفات القياسية لمكثف النيكل وسبائك النيكل غير الملحومة وأنابيب المبادل الحراري -.

تجيب هذه المقالة على أكثر الأسئلة التي يطرحها المهندسون والمشترون وفرق الصيانة: ما هي السبيكة، وما الذي يتطلبه ASTM B163 فعليًا، وكيف يتم تصنيع الأنابيب واختبارها، وكيف يمكن مقارنة 825 بالبدائل مثل 316L وAlloy 625، وكيفية تحديد الأنبوب بشكل صحيح لمشروعك. يبدأ كل قسم بخاتمة مباشرة، بحيث يمكن استخلاص الحقائق الأساسية والاستشهاد بها بسرعة

ما هو Incoloy 825 (سبائك 825، UNS N08825)؟

Incoloy 825 - رسميًا سبيكة 825، UNS N08825، DIN 2.4858 - عبارة عن سبيكة-محلول-من النيكل المقوى-حديد-سبائك كروم مع الموليبدينوم والنحاس والتيتانيوم، وهي واحدة من أكثر سبائك النيكل المحددة على نطاق واسع للمبادلات الحرارية والمكثفات التي تتعامل مع المواد الكيميائية القوية.

"Incoloy" هي علامة تجارية مسجلة لشركة Special Metals Corporation؛ التسمية المعدنية العامة هي سبيكة 825، أو UNS N08825. تغطي عائلة Incoloy سبائك النيكل-الحديد-الكروم، ويعد 825 العضو الأكثر شهرة في خدمة التآكل المائي.

التركيب الاسمي هو تقريبًا 40% نيكل، و21% كروم، و22% حديد، بالإضافة إلى حوالي 2.8% موليبدينوم، و2.3% نحاس، و1% تيتانيوم. يحافظ المحتوى العالي من النيكل على الهيكل الأوستنيتي بالكامل ويعطي مقاومة متميزة لإجهاد الكلوريد -التشقق الناتج عن التآكل؛ تعمل إضافة التيتانيوم على تثبيت السبيكة ضد التحسس والتآكل الحبيبي بعد اللحام.

بعبارات بسيطة، تتصرف السبائك 825 مثل "الفولاذ المقاوم للصدأ الفائق": فهي أكثر مقاومة للتآكل-من 316L في الأحماض والكلوريدات، ومع ذلك لا تزال قابلة للطرق، وقابلة للحام، وسهلة التصنيع - وهي التركيبة التي يحتاجها أنبوب المبادل تمامًا.

ما هو ASTM B163، ولماذا يحكم أنابيب المبادل الحراري للسبائك 825-؟

ASTM B163 (تم اعتمادها باسم ASME SB-163) هي المواصفات القياسية لمكثف النيكل وسبائك النيكل وأنابيب المبادل الحراري؛ إنها الوثيقة التي تحدد كيفية تصنيع أنبوب Alloy 825، وما هي الخصائص التي يجب إثباتها، وكيف يجب اختباره لخدمة المبادل.

نِطَاق. يغطي B163 الأنابيب غير الملحومة من النيكل وسبائك النيكل لخدمة المكثف والمبادل الحراري-، والتي يتم توفيرها كقطر خارجي-قطر-و-متوسط-قطر جداري أو خارجي-قطر-و-حد أدنى-أنبوب جداري. الأحجام المغطاة هي 3 بوصات (76.2 ملم) وأقل في القطر الخارجي، مع الحد الأدنى لسماكة الجدار 0.148 بوصة (3.76 ملم) وتحت، أو متوسط ​​سمك الجدار 0.165 بوصة (4.19 ملم) وأقل.

ما الضوابط القياسية. تحدد B163 حدود التركيب الكيميائي لكل درجة مسموح بها (بما في ذلك UNS N08825)، والخواص الميكانيكية المطلوبة، وحالة المعالجة الحرارية-، وتفاوتات الأبعاد، والتصنيع والتشطيب، ومجموعة محددة من الاختبارات - التحليل الكيميائي، والتوتر، والصلابة، والتسطيح، والحرق، واختبار الضغط أو الفحص غير المدمر المكافئ.

لماذا يهم تجاريا. طلب "أنبوب Incoloy 825" بدون معيار يترك الكيمياء والميكانيكا والاختبار غير قابل للتنفيذ. إن تحديد ASTM B163 / ASME SB-163 يجعل كل واحد من هذه المتطلبات قابلاً للتحقق والتتبع، وهو أساس شهادة اختبار المطحنة التي يعتمد عليها المشترون [9]. يقع B163 جنبًا إلى جنب مع المواصفات المصاحبة مثل B161 (أنابيب وأنبوب النيكل غير الملحومة)، وB165 (سبائك 400)، وB829 (المتطلبات العامة)؛ تخضع أنابيب المبادل الملحومة لـ B704/B676، وليس لـ B163.

ما هو التركيب الكيميائي الذي يتطلبه ASTM B163 للأنبوب غير الملحوم من سبيكة 825؟

يتطلب ASTM B163 أنبوب سبيكة 825 لتلبية حدود تكوين UNS N08825: النيكل 38.0-46.0%، الكروم 19.5-23.5%، الموليبدينوم 2.5-3.5%، النحاس 1.5-3.0%، التيتانيوم 0.6-1.2%، توازن الحديد (الحد الأدنى 22%)، مع الكربون أقل من أو يساوي 0.05%، المنغنيز أقل من أو يساوي 1.0%، السيليكون أقل من أو يساوي 0.5%، الكبريت أقل من أو يساوي 0.03%، الألومنيوم أقل من أو يساوي 0.2%.

جدول 1 - التركيب الكيميائي للسبائك 825 (UNS N08825)، الوزن %

بلغة واضحة: النيكل يحارب الإجهاد-والتآكل في الكلوريدات؛ يحارب الكروم الأحماض المؤكسدة. الموليبدينوم يحارب التنقر ويساعد في تقليل الأحماض. يساعد النحاس السبائك على تخميل حامض الكبريتيك. والتيتانيوم "يحبس" الكربون حتى لا يصبح الأنبوب حساسًا ويتآكل على طول حدود الحبوب بعد اللحام. إن توازن العناصر الخمسة- هذا هو سبب تفوق 825 على الفولاذ المقاوم للصدأ العادي في حمض مختلط -بالإضافة إلى- خدمة الكلوريد.

ما هي الخواص الميكانيكية التي يتطلبها ASTM B163 للأنبوب غير الملحوم من سبيكة 825؟

في الحالة الملدنة التي يتم فيها توفير أنبوب المبادل B163 Alloy 825 بشكل طبيعي، فإن الحد الأدنى من الخصائص المطلوبة هي: قوة الشد 85 كيلو لكل بوصة مربعة (586 ميجا باسكال)، 0.2% قوة الخضوع المعوضة 35 كيلو بوصة مربعة (241 ميجا باسكال)، والاستطالة 30% في 2 بوصة (50 مم) أو 4D، مع التحقق من الصلابة بواسطة Rockwell أو طريقة مماثلة.

جدول 2 - المتطلبات الميكانيكية ASTM B163 لأنبوب السبائك 825 الملدنة

B163 يعمل على إصلاح الحالة المزاجية (الحالة) لكل درجة؛ يتم تصنيع السبائك 825 ملدنة، مما يحسن مقاومة التآكل وقابلية التصنيع، ويجب أن تتوافق مادة الأنبوب مع هذه القيم الدنيا عند اختبارها لكل دفعة [1] [2]. متطلبات الاستطالة بنسبة 30% ليست تجميلية: يتم توسيع أنابيب المبادل ميكانيكيًا إلى صفائح أنبوبية وغالبًا ما يتم توهجها، لذا تعد الليونة متطلبًا وظيفيًا، في حين توفر مجموعة 85/35 كيلو باسكال قوة كافية لجدار -رفيع، ومهام الضغط العالي-.

كيف يتم تصنيع الأنبوب غير الملحوم Incoloy 825 وفقًا لمعيار ASTM B163؟

يبدأ الأنبوب غير الملحوم من سبيكة B163 825 من قطعة صلبة، ويتم العمل عليه على الساخن عن طريق البثق أو الثقب الدوار، ثم يتم العمل على البارد عن طريق الحفر أو الرسم إلى الأبعاد النهائية، ويتم تلدين المحلول وتبريده بالماء، وتقويمه، وإنهائه - لا يحتوي على خط لحام طولي لأنه لم يتم تصنيع أي شيء.

سلس مقابل ملحومة. يتكون أنبوب المبادل الملحوم (B704/B676) من شريط ودرزة - ملحومة؛ يتكون الأنبوب غير الملحوم من تجويف مثقوب أو مقذوف. تؤدي إزالة وصلة اللحام إلى إزالة موقع فشل الأنبوب الأكثر شيوعًا في الخدمة الحرارية الدورية، مما يوفر جدارًا موحدًا، ويحافظ على سلامة الضغط الكاملة.

طريق المعالجة النموذجي: الثقب الدوار أو البثق للقضبان المطروقة ← الحفر على البارد والسحب في ممرات متعددة مع التلدين المتوسط ​​← التلدين بالمحلول النهائي (حوالي 940–1010 درجة / 1725–1850 درجة فهرنهايت لـ 825) متبوعًا بالتبريد بالماء ← الاستقامة ← تنظيف وفحص السطح الداخلي والخارجي [9]. يستعيد الصلب النهائي البنية المجهرية الأوستنيتي المستقرة بالكامل والمقاومة المثلى للتآكل.

بالنسبة لخدمة المبادل، فإن حالة السطح مهمة بقدر أهمية الكيمياء: فالتجويف الداخلي النظيف (مخلل أو لامع-منتهي) يتجنب تلويث سوائل العملية ويحسن أداء التآكل. هذه هي ممارسة المطحنة القياسية لأنبوب درجة المكثف-.

ما الاختبار والتفتيش الذي يتطلبه ASTM B163؟

يتطلب ASTM B163 التحليل الكيميائي، واختبار الشد، وفحوصات الصلابة، واختبارات التسطيح والحرق، واختبار الضغط (الهيدروستاتيكي أو الهواء-تحت- الماء) أو ما يعادله من فحص غير مدمر؛ بالإضافة إلى ذلك، تقوم الشركات المصنعة المسؤولة بإجراء تحديد إيجابي للمواد (PMI) وإصدار شهادات EN 10204 3.1/3.2 mill.

اختبار تلو الآخر، ما يمسكه كل مطلب:

• يتحقق التحليل الكيميائي - من حدود تركيبة UNS N08825 لكل حرارة (دفعة).
• اختبار الشد - يتحقق من قوة الشد، ومقاومة الخضوع، والحد الأدنى للاستطالة لكل قطعة.
• الصلابة - روكويل أو ما يعادلها، مما يؤكد حالة التلدين.
• اختبار التسطيح - يثبت إمكانية تسطيح الأنبوب دون أن يتشقق؛ فحص قابلية التشغيل.
• اختبار الحرق - حيث يتم توسيع الأنابيب أو توسيعها، يثبت ليونة النهاية.
• اختبار الضغط - الهيدروستاتيكي (أو الهواء-تحت-الماء) على كل أنبوب، ما لم يتم استبدال طريقة الاقتراب من الموت؛ يوفر اختبار التيار الدوامي- أو اختبار الموجات فوق الصوتية تغطية حجمية بنسبة 100% بدون ماء.

أفضل ممارسات المورد فيما يتعلق بواجب المبادل - 100% PMI على الأنبوب النهائي، والتحقق من الأبعاد والطول، وشهادة EN 10204 3.1 (3.2 مع شاهد - طرف ثالث). يجب على المشترين كتابة هذه الأشياء في أمر الشراء بدلاً من تحملها.

لماذا تختار Incoloy 825 بدلاً من 316L أو Alloy 20 أو Alloy 625 للمبادلات الحرارية والمكثفات؟

تقدم Alloy 825 أفضل توازن أداء من حيث التكلفة- للمبادلات التي يجب أن تتعامل مع الأحماض المختلطة أو الكلوريدات أو مياه البحر أو الغاز الحامض: تفشل 316L في هذه الواجبات، وتغطي Alloy 20 نافذة كيميائية أضيق، كما أن Alloy 625 أقوى وأكثر تكلفة مما تتطلبه خدمة المبادلات عادةً.

جدول 3 - مقارنة السبائك لخدمة المبادل الحراري والمكثف-.

316L غير مكلف وجيد في المياه الحميدة، ولكنه يفشل بسرعة تحت إجهاد الكلوريد -التكسير التآكلي وفي حامض الكبريتيك بتركيزات أعلى من المعتدلة - وهما أكثر فشلين شائعين في المبادلات. تم تطوير سبيكة 20 لحمض الكبريتيك وتعمل بشكل جيد هناك، ولكن نطاقها الإجمالي أضيق من 825 وهي أقل ثباتًا في مياه البحر والخدمة الحامضة. تقدم Alloy 625 أداءً متميزًا ولكن تكلفتها تبلغ ضعف تكلفة 825 تقريبًا، كما أنها لا تحتاج إلى قوتها العالية لتوسيع صفائح الأنبوب.

القاعدة الهندسية الأساسية: إذا كانت المهمة "عدوانية ولكن ليست متطرفة"، فإن 825 عادةً ما يكون الاختيار الكافي تقنيًا والذكي اقتصاديًا - وفي العديد من التصميمات يعد انخفاضًا مباشرًا-في الترقية من 316L.

أين يتم استخدام أنابيب Incoloy 825 غير الملحومة في خدمة المبادلات الحرارية والمكثفات-؟

تُستخدم الأنابيب غير الملحومة من سبيكة 825 في أي مكان يجب أن يقاوم فيه المبادل أو المكثف الأحماض، أو الكلوريدات، أو مياه البحر، أو تيارات العمليات الحامضية: مبردات حمض الكبريتيك والفوسفوريك، ومياه البحر -المبادلات المبردة، ومبردات ومكثفات الغاز المصفاة والحامضة-، وإزالة الكبريت من غاز المداخن-، والمعالجة الكيميائية، ومعدات إعادة معالجة الوقود النووي.

المعالجة الكيميائية - خدمة حمض الكبريتيك (مقاومة ما يصل إلى 60% تقريبًا من الحمض عند درجة الحرارة المحيطة ونطاقات واسعة عند درجة حرارة مرتفعة)، وحمض الفوسفوريك، وحمض النيتريك، والأحماض العضوية: مبردات الأحماض، والمكثفات، والمبخرات.

النفط والغاز - الغاز الحامض-الغاز والنفط-مبردات ومكثفات الآبار، وحدات الأمين، والمبادلات الحرارية للمياه المنتجة-؛ يقاوم توازن النحاس والنيكل-الموليبدينوم- تركيبات H₂S/CO₂/كلوريد.

- مياه البحر البحرية والبحرية-المبادلات المبردة ومبخرات ومكثفات تحلية المياه، حيث يوفر الموليبدينوم بالإضافة إلى النحاس أداءً جيدًا لمياه البحر مع مقاومة الإجهاد-للتآكل.

التحكم في التلوث - المداخن-أجهزة غسل الغاز وإزالة الكبريت، والمداخن-مبادلات إعادة تسخين الغاز، وأنظمة التبريد.

المذيبات النووية - ومعدات المعالجة في إعادة معالجة الوقود التي تتعامل مع مخاليط الكبريتيك والنيتريك.

كيف يجب عليك تحديد وتأهيل أنبوب Incoloy 825 غير الملحوم لمشروعك؟

حدد "ASTM B163 (ASME SB-163)، UNS N08825، الملدن" مع القطر الخارجي، وسمك الجدار وأساس الجدار (الحد الأدنى أو المتوسط)، والطول، والتفاوتات، ومتطلبات الاختبار المنصوص عليها كتابيًا، وتتطلب شهادة EN 10204 3.1/3.2 mill بالإضافة إلى مؤشر مديري المشتريات (PMI) عند الاستلام.

• المعيار والصف - اكتب "ASTM B163 / ASME SB-163، UNS N08825، صلب"؛ لا تطلب أبدًا "Incoloy 825 فقط".
• الأبعاد - القطر الخارجي والجدار بالضبط، وحدد ما إذا كان الجدار هو الحد الأدنى-جدار أم متوسط-أساس الجدار؛ أنها تحمل التحمل والكتلة المختلفة.
• الطول وحالة النهاية - الطول المحدد، المربع-الأطراف المقطوعة، فئة الاستقامة والتسامح.
• اختبار خيار - الهيدروستاتيكي مقابل الدوامة-التيار/الموجات فوق الصوتية، والتسطيح والتوهج، و100% من مؤشر مديري المشتريات (PMI).
• الوثائق شهادة - EN 10204 3.1 (3.2 مع شاهد طرف ثالث-) وإمكانية التتبع الكامل للحرارة وأرقام الدفعة.
• استلام الفحص - قم بمطابقة رقم الحرارة المعتمد مع علامات الأنبوب، وتشغيل مؤشر مديري المشتريات (PMI) على العينات، والتحقق من الأبعاد وحالة السطح (عدم وجود خدوش أو حفر أو إصلاح لحام).
• مخاطر تجنب - البدائل "المكافئة" بدون موافقة، والحد الأدنى-من ارتباك الجدار مقابل المتوسط-وقبول الأنبوب بدون شهادة يمكن تتبعها، والمخزون غير الملدن-الذي يفشل في الحرق أو التسطيح.