لوله بدون درز Incoloy 825: مشخصات ASTM B163 برای سرویس مبدل حرارتی و کندانسور

هنگامی که یک مبدل حرارتی یا کندانسور باید چندین دهه از اسید سولفوریک، آب دریا یا گاز ترش زنده بماند، دو تصمیم همه چیز را تعیین می کند: آلیاژ لوله و مشخصاتی که بر اساس آن خریداری می شود. برای نیکل-وظیفه آلیاژ، یک ترکیب به معیار صنعت تبدیل شده است -آلیاژ 825(UNS N08825, DIN 2.4858, Incoloy® 825) به عنوان لوله بدون درز برای ASTM B163، مشخصات استاندارد برای کندانسور نیکل و آلیاژ نیکل بدون درز و لوله‌های مبدل{4} ارائه شده است.

این مقاله به سوالاتی که مهندسان، خریداران و تیم‌های تعمیر و نگهداری بیشتر می‌پرسند پاسخ می‌دهد: آلیاژ چیست، ASTM B163 به چه چیزی نیاز دارد، لوله‌ها چگونه ساخته و آزمایش می‌شوند، چگونه 825 با جایگزین‌هایی مانند 316L و آلیاژ 625 مقایسه می‌شود، و چگونه می‌توان لوله را به درستی برای پروژه خود مشخص کرد. هر بخش با یک نتیجه گیری مستقیم آغاز می شود، بنابراین حقایق کلیدی را می توان به سرعت استخراج و استناد کرد

Incoloy 825 (آلیاژ 825، UNS N08825) چیست؟

آلیاژ Incoloy 825 - رسماً آلیاژ 825، UNS N08825، DIN 2.4858 - یک محلول-محلولی-نیکل قوی-آهن-کروم با مولیبدن، مس، و تیتانیوم جامد است و یکی از مبدل‌های گرمایشی است که به صورت دستی قابل استفاده است. مواد شیمیایی تهاجمی

"Incoloy" یک علامت تجاری ثبت شده از شرکت فلزات خاص است. نام متالورژی عمومی آلیاژ 825 یا UNS N08825 است. خانواده Incoloy آلیاژهای نیکل-آهن-کروم را پوشش می‌دهد و 825 ​​محبوب‌ترین عضو آن برای خدمات خوردگی آبی است.

ترکیب اسمی تقریباً 40٪ نیکل، 21٪ کروم، و 22٪ آهن، به علاوه حدود 2.8٪ مولیبدن، 2.3٪ مس، و 1٪ تیتانیوم است [3]. محتوای نیکل بالا ساختار را کاملا آستنیتی نگه می دارد و مقاومت فوق العاده ای در برابر تنش کلرید-ترک خوردگی ایجاد می کند. افزودن تیتانیوم باعث تثبیت آلیاژ در برابر حساسیت و خوردگی بین دانه ای پس از جوشکاری می شود.

به عبارت ساده، آلیاژ 825 مانند یک "فولاد ضد زنگ فوق العاده" عمل می کند: در برابر خوردگی بسیار مقاوم تر از 316 لیتر در اسیدها و کلریدها، در عین حال انعطاف پذیر، جوش پذیر و آسان برای ساخت - دقیقاً همان ترکیبی که یک لوله مبدل نیاز دارد.

ASTM B163 چیست و چرا لوله‌های مبدل حرارتی آلیاژی 825 را کنترل می‌کند؟

ASTM B163 (مصوب به عنوان ASME SB-163) مشخصات استاندارد برای کندانسور نیکل و آلیاژ نیکل بدون درز و لوله های مبدل حرارتی است. این سندی است که نحوه ساخت لوله آلیاژی 825 را مشخص می کند، چه ویژگی هایی باید ثابت کند و چگونه باید برای سرویس مبدل آزمایش شود.

دامنه. B163 لوله‌های بدون درز نیکل و آلیاژهای نیکل را برای خدمات کندانسور و مبدل حرارتی می‌پوشاند که به‌صورت قطری بیرونی-و{5}متوسط ​​دیواری یا بیرونی-و{10}حداقلی ارائه می‌شود. اندازه های پوشش داده شده 3 اینچ (76.2 میلی متر) و قطر خارجی زیر، با حداقل ضخامت دیواره 0.148 اینچ (3.76 میلی متر) و زیر، یا ضخامت دیواره متوسط ​​0.165 اینچ (4.19 میلی متر) و زیر است.

آنچه استاندارد کنترل می کند. B163 محدودیت‌های ترکیب شیمیایی را برای هر درجه مجاز (از جمله UNS N08825)، خواص مکانیکی مورد نیاز، شرایط عملیات حرارتی{3}}، تحمل‌های ابعادی، طرز کار و پرداخت، و مجموعه‌ای از آزمایش‌ها - آنالیز شیمیایی، کشش، سختی، مسطح شدن، شعله‌ور شدن غیر ساختاری، و آزمایش فشار را تعیین می‌کند.

چرا از نظر تجاری اهمیت دارد. سفارش "لوله Incoloy 825" بدون استاندارد، مواد شیمیایی، مکانیکی و آزمایش را غیرقابل اجرا می کند. مشخص کردن ASTM B163 / ASME SB-163 هر یک از این الزامات را قابل تأیید و ردیابی می کند و این اساس گواهی آزمایش آسیاب است که خریداران به آن اعتماد می کنند [9]. B163 در کنار مشخصات همراه مانند B161 (لوله و لوله بدون درز نیکل)، B165 (آلیاژ 400) و B829 (الزامات عمومی) قرار دارد. لوله های مبدل جوش داده شده توسط B704/B676 کنترل می شوند نه توسط B163.

ASTM B163 برای لوله بدون درز آلیاژی 825 به چه ترکیب شیمیایی نیاز دارد؟

ASTM B163 به لوله آلیاژی 825 نیاز دارد تا محدودیت های ترکیبی UNS N08825 را برآورده کند: نیکل 38.0-46.0٪، کروم 19.5-23.5٪، مولیبدن 2.5-3.5٪، مس 1.5-3.0٪، تیتانیوم 0.6-3.0٪، تعادل 2% آهن، 2% آهن (2% آهن)، 2% آهن (2% آهن) یا معادل 0.05٪، منگنز کمتر یا مساوی 1.0٪، سیلیکون کمتر یا مساوی 0.5٪، گوگرد کمتر یا مساوی 0.03٪، و آلومینیوم کمتر یا مساوی 0.2٪.

جدول 1 - ترکیب شیمیایی آلیاژ 825 (UNS N08825)، وزن %

به زبان ساده: نیکل با استرس مبارزه می کند-ترک خوردگی در کلریدها. کروم با اسیدهای اکسید کننده مبارزه می کند. مولیبدن با حفره شدن مبارزه می کند و به کاهش اسیدها کمک می کند. مس به غیر فعال شدن آلیاژ در اسید سولفوریک کمک می کند. و کربن "قفل" تیتانیوم تا لوله حساس نشود و پس از جوشکاری در امتداد مرزهای دانه خورده نشود. این تعادل پنج عنصری دلیل عملکرد بهتر 825 از فولاد ضد زنگ معمولی در سرویس مخلوط اسید-به علاوه-کلرید است.

ASTM B163 برای لوله بدون درز آلیاژی 825 به چه خواص مکانیکی نیاز دارد؟

در شرایط آنیل شده که در آن لوله مبدل آلیاژی 825 B163 به طور معمول عرضه می شود، حداقل ویژگی های مورد نیاز عبارتند از: استحکام کششی 85 ksi (586 مگاپاسکال)، 0.2٪ استحکام تسلیم انحرافی 35 ksi (241 مگاپاسکال)، و ازدیاد طول 30 درصد در 2 اینچ (50 میلی متر با سختی صخره ای) یا 4D.

جدول 2 - الزامات مکانیکی ASTM B163 برای لوله آلیاژی آنیل شده 825

B163 خلق و خوی (شرایط) را برای هر درجه ثابت می کند. آلیاژ 825 به صورت آنیل شده ارائه می شود که مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت ساخت را بهینه می کند و مواد لوله باید هنگام آزمایش در هر لات با این حداقل مقادیر مطابقت داشته باشد [1][2]. نیاز به کشیدگی 30 درصد زیبایی نیست: لوله‌های مبدل به صورت مکانیکی به صفحات لوله منبسط می‌شوند و اغلب گشاد می‌شوند، بنابراین شکل‌پذیری یک نیاز کاربردی است، در حالی که ترکیب 85/35 ksi استحکام کافی برای وظایف نازک-دیواره- با فشار بالا را فراهم می‌کند.

چگونه لوله بدون درز Incoloy 825 مطابق با ASTM B163 ساخته می شود؟

لوله بدون درز B163 آلیاژی 825 از یک شمش جامد شروع می شود، با اکستروژن یا سوراخ چرخشی به صورت گرم کار می شود، سپس به صورت سرد توسط پیلجر یا کشش به ابعاد نهایی کار می شود، محلول آنیل می شود و آب خاموش می شود، صاف می شود و تمام می شود - درز طولی جوش ندارد زیرا هیچ درز طولی ندارد.

بدون درز در مقابل جوش داده شده. لوله مبدل جوش داده شده (B704/B676) از نوار و درز-جوش داده شده تشکیل شده است. لوله بدون درز از یک سوراخ سوراخ شده یا اکسترود شده تشکیل شده است. برداشتن درز جوش رایج ترین محل شکست لوله را در سرویس حرارتی چرخه ای حذف می کند، دیواره ای یکنواخت ایجاد می کند و یکپارچگی فشار را حفظ می کند.

مسیر پردازش معمولی: سوراخ کردن چرخشی یا اکستروژن یک شمش آهنگری ← قلاب سرد و کشیدن در چند گذر با بازپخت میانی ← بازپخت محلول نهایی (تقریباً 940–1010 درجه / 1725–1850 درجه فارنهایت برای 825) و به دنبال آن صاف کردن و تمیز کردن سطح داخلی → خاموش کردن و تمیز کردن داخلی و خارجی [9]. آنیل نهایی ریزساختار آستنیتی تثبیت شده و مقاومت بهینه در برابر خوردگی را بازیابی می کند.

برای سرویس مبدل، وضعیت سطح به اندازه مواد شیمیایی مهم است: سوراخ داخلی تمیز (ترشی شده یا روشن{0}}تمام شده) از آلودگی مایعات فرآیند جلوگیری می کند و عملکرد خوردگی را بهبود می بخشد. این روش استاندارد آسیاب برای لوله‌های درجه-کندانسور است.

ASTM B163 به چه آزمایش و بازرسی نیاز دارد؟

ASTM B163 تجزیه و تحلیل شیمیایی، آزمایش کشش، بررسی سختی، آزمایش‌های مسطح و شعله‌ور شدن، و آزمایش فشار (هیدرواستاتیک یا هوا-زیر-آب) یا معاینه غیرمخرب معادل را الزامی می‌کند. تولیدکنندگان مسئول علاوه بر این، شناسایی مواد مثبت (PMI) را انجام می‌دهند و گواهینامه‌های EN 10204 3.1/3.2 میل را صادر می‌کنند.

تست با آزمایش، هر نیاز چه چیزی را جلب می کند:

• تجزیه و تحلیل شیمیایی - محدودیت های ترکیب UNS N08825 را در هر گرما (لات) تأیید می کند.
• تست کشش - استحکام کششی، استحکام تسلیم، و حداقل ازدیاد طول در هر لات را تأیید می‌کند.
• سختی - راکول یا معادل آن، تایید کننده شرایط آنیل شده است.
• آزمایش صاف کردن - ثابت می‌کند که می‌توان لوله را بدون ترک صاف کرد. بررسی کارایی
• آزمایش شعله ور شدن - که در آن لوله ها باز یا منبسط می شوند، شکل پذیری انتهایی را ثابت می کند.
• آزمایش فشار - هیدرواستاتیک (یا هوا-زیر-آب) روی هر لوله، مگر اینکه روش NDE جایگزین شود. آزمایش جریان گردابی یا اولتراسونیک 100٪ پوشش حجمی بدون آب را ارائه می دهد.

بهترین روش تامین کننده برای وظیفه مبادله - 100% PMI در مورد لوله تمام شده، تأیید ابعاد و طول، و گواهینامه EN 10204 3.1 (3.2 با-شاهد شخص ثالث). خریداران باید این موارد را در سفارش خرید بنویسند نه اینکه آنها را فرض کنند.

چرا Incoloy 825 را نسبت به 316L، آلیاژ 20 یا آلیاژ 625 برای مبدل های حرارتی و کندانسور انتخاب کنید؟

آلیاژ 825 بهترین تعادل عملکرد{1} را برای مبدل هایی ارائه می دهد که باید اسیدهای مخلوط، کلریدها، آب دریا یا گاز ترش را مدیریت کنند: 316L در این وظایف ناموفق است، آلیاژ 20 پنجره شیمی باریک تری را پوشش می دهد، و آلیاژ 625 قوی تر و پرهزینه تر از آن چیزی است که معمولاً سرویس مبدل نیاز دارد.

جدول 3 - مقایسه آلیاژ برای خدمات مبدل حرارتی و کندانسور{1}

316L در آب خوش خیم ارزان و خوب است، اما تحت تنش کلرید-ترک خوردگی و در اسید سولفوریک بالاتر از غلظت های متوسط ​​- که دو شایع ترین خرابی مبدل هستند، به سرعت از بین می رود. آلیاژ 20 برای اسید سولفوریک ساخته شده است و در آنجا عملکرد خوبی دارد، اما محدوده کلی آن کمتر از 825 است و در خدمات آب دریا و ترش کمتر است. آلیاژ 625 عملکرد فوق‌العاده‌ای را ارائه می‌دهد اما تقریباً دو برابر 825 هزینه دارد و استحکام بالاتر آن برای انبساط لوله-نیازی نیست.

قانون سرانگشتی مهندسی: اگر وظیفه "تهاجمی اما نه افراطی" باشد، 825 معمولاً از نظر فنی کافی و از نظر اقتصادی انتخاب هوشمندانه است - و در بسیاری از طرح ها کاهش مستقیم-در ارتقاء از 316L است.

لوله های بدون درز Incoloy 825 در کجاها در خدمات مبدل و کندانسور حرارت استفاده می شود؟

لوله های بدون درز آلیاژی 825 هر جا که مبدل یا کندانسور باید در برابر اسیدها، کلریدها، آب دریا یا جریان های فرآیند ترش مقاومت کند، استفاده می شود: خنک کننده های اسید سولفوریک و فسفریک، مبدل های خنک شده آب دریا، پالایشگاه ها و ترش ها تجهیزات پردازش و بازفرآوری سوخت هسته ای.

خدمات فرآوری شیمیایی - اسید سولفوریک (مقاومت در برابر اسید تقریباً 60 درصد در دمای محیط و دامنه وسیع در دمای بالا)، اسید فسفریک، اسید نیتریک و اسیدهای آلی: خنک‌کننده‌های اسیدی، کندانسورها و تبخیرکننده‌ها.

نفت و گاز - ترش-گاز و نفت-خنک کننده ها و کندانسورهای چاه، واحدهای آمین و مبدل های حرارتی آب تولید شده-. تعادل مس نیکل-مولیبدن-در برابر ترکیبات H2S/CO2/کلرید مقاومت می‌کند.

مبدل‌های خنک‌شده و اواپراتورها و کندانسورهای - دریایی و فراساحلی، که در آنها مولیبدن به علاوه مس، عملکرد خوبی در آب دریا با مقاومت در برابر تنش-در برابر خوردگی دارد.

کنترل آلودگی - دودکش‌ها-اسکرابرهای گوگردزدایی گاز، مبدل‌های حرارتی مجدد دودکش‌ها و سیستم‌های خاموشی.

حل‌کننده‌های هسته‌ای - و تجهیزات فرآیندی در بازفرآوری سوخت که مخلوط‌های سولفوریک و نیتریک را مدیریت می‌کنند.

چگونه باید لوله بدون درز Incoloy 825 را برای پروژه خود مشخص و واجد شرایط کنید؟

"ASTM B163 (ASME SB-163)، UNS N08825، آنیل شده" را با قطر بیرونی، ضخامت دیوار و پایه دیوار (حداقل یا متوسط)، طول، تلورانس ها و الزامات آزمایشی که به صورت مکتوب ذکر شده است، مشخص کنید و به گواهی EN 10204 3.1/3.2 میل به اضافه PMI در هنگام دریافت نیاز دارید.

• استاندارد و درجه - را بنویسید "ASTM B163 / ASME SB-163, UNS N08825, annealed"; هرگز «فقط Incoloy 825» را سفارش ندهید.
• ابعاد - قطر و دیوار بیرونی دقیق را مشخص می‌کند و بیان می‌کند که دیوار حداقل-دیوار است یا متوسط-پایه دیوار. آنها تحمل ها و جرم های متفاوتی دارند.
• طول و شرایط انتهایی - طول مشخص شده، مربع-انتهای برش، صافی و کلاس تحمل.
• تست گزینه - هیدرواستاتیک در مقابل گردابی-جریان/التراسونیک، صاف شدن و شعله ور شدن، و PMI 100٪.
• سند - EN 10204 3.1 گواهی (3.2 با-شاهد شخص ثالث) و قابلیت ردیابی کامل به گرما و شماره های لات.
• بازرسی دریافتی - شماره گرمای گواهی را با علامت‌های لوله مطابقت می‌دهد، PMI را روی نمونه‌ها اجرا می‌کند، ابعاد و وضعیت سطح را تأیید می‌کند (بدون خط و خش، سوراخ، یا تعمیر جوش).
• مشکلاتی برای جلوگیری از - جایگزینی "معادل" بدون تایید، حداقل-دیوار در مقابل متوسط-آشفتگی دیوار، پذیرش لوله بدون گواهی قابل ردیابی، و ذخایر غیر بازپخت نشده که شعله ور یا مسطح نمی شود.