تصميم وتصنيع أوعية المفاعلات الكيميائية 316Ti و904L

إن تحديد 316Ti أو 904L ليس سوى نصف القرار المادي الخاص بوعاء مفاعل الخدمة الحمضية. أما النصف الآخر فيعود إلى المُصنع والمصمم: مقدار سمك الجدار الذي يتم التضحية به للتآكل، وما إذا كانت السفينة مصنوعة من سبيكة صلبة أو مكسوة، وكيف يتم لحام الفوهات ودعامات المحرض، وما هي أدلة الفحص التي تثبت أن الغلاف النهائي سيظل على قيد الحياة بعد تصميمه. تتناول هذه المقالة مسار التصميم والتصنيع لأوعية التفاعل المبنية من التيتانيوم 316Ti المثبت وفي 904L الأوستنيتي الفائق.

أسس التصميم لسفن خدمة الأحماض

التصميم وفقًا لرمز أوعية الضغط المعترف به، عادةً ما يكون كود ASME للغلايات وأوعية الضغط القسم الثامن القسم 1 أو EN 13445، مع الضغوط المسموح بها المأخوذة من جداول ضغط الكود عند درجة حرارة التصميم.

أضف بدلًا للتآكل بدلاً من الاعتماد على الحد الأدنى لسمك الكود. عادة ما تبرر الخدمة الحمضية من 1 إلى 3 ملم على الأسطح المبللة، مع الرقم الأكبر حيث تعمل السرعة أو التصريف أو التنظيف المتكرر على تسريع فقدان المعدن.

اضبط درجة حرارة التصميم أعلى من أعلى درجة حرارة موثوقة للعملية والتنظيف، بما في ذلك دورات البخار والتنظيف الكيميائي.

تأكد من المادة وفقًا لرمز السفينة: لوحة 316Ti مغطاة بمعيار ASTM A240، بينما تم تحديد لوحة ولوحة 904L بموجب ASTM B625 مع الأنابيب تحت ASTM B673 وB677، لذلك يجب أن تتطابق شهادة المادة مع الكود الذي تم تصميم السفينة بموجبه.

اختيار المواد حسب حالة الخدمة

حالة العملية	مادة السفينة الموصى بها
حمض الكبريتيك بتركيز منخفض وقريب من درجة الحرارة المحيطة	316Ti
حامض الكبريتيك بتركيز متوسط ​​إلى عالي، دافئ إلى ساخن	904L
حامض النيتريك، بما في ذلك الساخن والمغلي	904L
حمض الفوسفوريك ودرجات الأحماض الملوثة	904L
أحماض مختلطة أو تيارات حمضية مع آثار الكلوريد أو الفلورايد	904L
أحماض عضوية عند درجة حرارة معتدلة وكلوريد منخفض	316Ti

عندما تكون العملية مؤكسدة بشدة، عندما يمكن أن تتركز الكلوريدات في الشقوق، أو عندما يشتمل السطح المبلل على مساحات بخار ساخنة، فإن 904L هي المواصفات الأكثر أمانًا حتى لو بدا أن تحليل الطور السائل يناسب 316Ti.

تصنيع القشرة والرأس والفوهة

قم بلف وتشكيل اللوحة باستخدام أدوات مخصصة للفولاذ المقاوم للصدأ لمنع تلوث الحديد، والحفاظ على تشكيل درجات الحرارة خارج نطاق التحسس للعمل البارد.

يتم تشكيل الرؤوس والأقماع الساخنة فقط ضمن النطاق الموصى به، ثم يصلب المحلول لاستعادة مقاومة التآكل وإزالة إجهاد التشكيل.

تصميم تعزيز الفوهة وفقًا للكود المطبق؛ تعد اللحامات من الفوهة إلى الغلاف هي الموقع الأكثر شيوعًا للهجوم التفضيلي، لذا يفضل استخدام اللحامات ذات الاختراق الكامل مع التحولات السلسة.

بالنسبة للأوعية السميكة أو ذات الضغط العالي، فكر في استخدام ألواح مكسوة ملفوفة أو ملحومة بدلاً من السبائك الصلبة، باستخدام 904L أو 316Ti ككسوة ودعامة من الكربون أو الفولاذ منخفض السبائك من أجل القوة.

قم بتوفير أنصاف أقطار كبيرة على الأجزاء الداخلية والحواجز ودعامات المحرض بحيث تصل سوائل التنظيف إلى كل سطح ويتم التخلص من الشقوق.

بدل التآكل والتحكم في سمك

يتم تحديد السماكة من معادلة الكود للإجهاد المحيطي أو الطولي، باستخدام الضغط المسموح به عند درجة حرارة التصميم وكفاءة المفصل التي تعكس الفحص الشعاعي المطبق. يتم بعد ذلك إضافة بدل التآكل إلى القيمة المحسوبة ومراقبته على مدار عمر السفينة. من الناحية العملية، يكون رقم التحكم هو معدل التآكل المقاس: مع قراءات السُمك بالموجات فوق الصوتية المأخوذة عند نقاط مرجعية ثابتة، يمكن توقع العمر المتبقي وتعديل فترة الفحص وفقًا للخسارة المقاسة بدلاً من السماح الاسمي.

اللحام والمعالجة الحرارية وترميم الأسطح

تأهيل جميع الإجراءات وفقًا للقسم التاسع من ASME أو EN ISO 15614-1، مع تأهيل الإجراء الذي يغطي نطاق السُمك الفعلي والمواضع المستخدمة في المتجر وفي الميدان.

لحام 316Ti مع ER316Ti إلى AWS A5.9 و904L مع ER385 إلى AWS A5.9؛ استخدم ERNiCrMo-3 إلى AWS A5.14 للمفاصل المتباينة والمقيدة للغاية، مع الزبد حيثما يتعلق الأمر بالفولاذ الكربوني.

احتفظ بمدخلات حرارة منخفضة وقم بتغطية درجة حرارة التداخل عند أو أقل من 100 درجة، باستخدام خرز سترينجر وبدون نسج واسع.

المعالجة الحرارية بعد اللحام غير مطلوبة لأي من السبائك. يتم الاحتفاظ بتليين المحلول عند درجة 1040 - 1120 لـ 316Ti ودرجة 1100 - 1150 لـ 904L للمواد الحساسة عن طريق التشكيل الساخن أو عن طريق مدخلات حرارية خارج المواصفات.

الانتهاء من الأسطح المبللة عن طريق الطحن، ثم تخليلها طبقاً للمواصفة ASTM A380 وتخميلها طبقاً للمواصفة ASTM A967؛ تحقق باستخدام اختبار الفيروكسيل أو ما يعادله من الحديد الحر على الأسطح الحرجة.

التفتيش والاختبار والمراقبة أثناء الخدمة

الفحص الحجمي للطبقات الرئيسية عن طريق التصوير الشعاعي، وفحص السطح عن طريق اختبار الاختراق، بالنسب التي يتطلبها كود السفينة.

الاختبار الهيدروستاتيكي عند الضغط المحدد بالكود، باستخدام الماء مع محتوى الكلوريد الخاضع للرقابة، يليه تجفيف شامل للأجزاء الداخلية للسفينة.

رسم خرائط للسمك بالموجات فوق الصوتية عند كل فحص داخلي، عند نقاط مرجعية ثابتة على القذائف والرؤوس والفوهات ومناطق الاصطدام.

اختبار اختراق اللحامات عند التحولات، مع إيلاء اهتمام خاص للوصلات من الفوهة إلى الغلاف ومرفقات الدعم.

التعرض لكوبون التآكل والتحليل الطيفي للمقاومة الكهروكيميائية حيث تكون كيمياء العملية متغيرة، وتحقيقات تخلل الهيدروجين الكهروكيميائي في خدمة توليد الهيدروجين.

تحديد المواد الإيجابية للوحة والمطروقات وأغطية اللحام للتأكد من عدم دخول أي مادة مختلطة إلى السفينة.

الأسئلة المتداولة

س: ما مقدار التآكل المسموح به في وعاء مفاعل الخدمة الحمضية؟
الممارسة الشائعة هي من 1 إلى 3 ملم على الأسطح المبللة، وهو الرقم الأعلى حيث تؤدي السرعة أو المواد الصلبة العالقة أو التنظيف الكيميائي المتكرر إلى تسريع فقدان المعدن. ثم يتم تعديل البدل من بيانات سمك الجدار المقاسة.

س: هل يحتاج وعاء 316Ti إلى معالجة حرارية بعد اللحام؟
لا. تعمل إضافة التيتانيوم على تثبيت الدرجة ضد التحسس، لذا فإن التلدين بمحلول ما بعد اللحام غير ضروري في معظم الخدمات ويتم حجزه للمواد المتأثرة بالتشكيل الساخن أو مدخلات الحرارة الزائدة.

س: هل يمكن استخدام 904L ككسوة بدلاً من اللوح الصلب؟
نعم. توفر اللوحة المغطاة باللفائف أو اللحام المتراكبة مع 904L على دعامة من الكربون أو الفولاذ منخفض السبائك أداء التآكل للسبائك مع قوة وهيكل تكلفة الفولاذ الداعم.

س: ما هي رموز التصميم التي تنطبق على أوعية المفاعلات 316Ti و904L؟
ASME القسم الثامن القسم 1 هو الأكثر شيوعًا للمشاريع عبر الحدود، مع EN 13445 كبديل أوروبي. يجب أن تكون مواصفات المادة مقبولة بواسطة الكود المختار لنموذج المنتج الذي يتم شراؤه.

س: ما هي درجة الحرارة القصوى التصميمية لهذه المواد السفينة؟
ما يقرب من 400 درجة لـ 316Ti و450 درجة لـ 904L في الخدمة الحمضية المستمرة. التعرض لفترة طويلة فوق حوالي 600 درجة يؤدي إلى خطر هشاشة مرحلة سيجما في كلا السبائك.

س: كم مرة يجب فحص وعاء مفاعل الخدمة الحمضية؟
عادةً ما يتم إجراء الفحص الداخلي الأول في وقت مبكر من الخدمة لتحديد معدل التآكل، وبعد ذلك يتم تعيين الفاصل الزمني من فقدان الجدار المقاس، مع رسم خرائط للسمك بالموجات فوق الصوتية واختبار اختراق اللحام في كل دورة.