محیطهای دمای بالا
پیام بگذارید
هنگامی که یک بخاری کارتریجی را در دمای 550 درجه کار می کنید، تحت فشار زیادی از گرما و مواد شیمیایی است که می تواند با آن واکنش نشان دهد. مواد غلاف، که عمدتاً به دلیل استحکام آن در دماهای بالا انتخاب شده است، باید از داخل نیز در برابر آسیب های خارجی محافظت کند. اگر محیط عملیاتی را در نظر نگیرید، غلاف به سرعت و به روشی قابل پیش بینی از کار می افتد: از بیرون به داخل خورده می شود، معمولاً قبل از اینکه قسمت های داخلی به محدودیت های حرارتی خود برسند. برای استفاده موفقیت آمیز از این، باید بدانید که مکانیسم های خرابی چگونه کار می کنند و آلیاژهایی را انتخاب کنید که برای مقاومت در برابر آنها طراحی شده اند.
1. همیشه{1}}خطر فعلی: اکسیداسیون در دماهای بالا
هنگامی که فلز غلاف با اکسیژن موجود در هوا واکنش می دهد، اکسید می شود. این نه تنها در 550 درجه زنگ می زند. این ایجاد و گسترش سریع مقیاس اکسید فلزی است.
مکانیسم شکست: اکثر آلیاژها یک لایه اکسید ایجاد می کنند. مهمترین چیز این است که آیا این لایه محافظت می کند یا نه.
غیر محافظ (مثلاً روی فولاد کربن معمولی): اکسید (FeO، Fe2O3) متخلخل است و به فلز زیر آن نمیچسبد، که به اکسیژن اجازه میدهد آزادانه به فلز جدید جریان یابد. به سرعت رشد می کند، می شکند و باعث می شود که دیوارها نازک تر شوند و به مرور زمان از هم بپاشند.
محافظ (مثلاً روی آلیاژهایی که کروم میسازند): اکسید (Cr2O3) ضخیم است، به همه چیز میچسبد و سدی میسازد که اکسیداسیون بیشتر را بسیار کند میکند. آلیاژ "خود-منفعل می شود."
انتخاب مواد مقاوم در برابر اکسیداسیون:
فولاد ضد زنگ 321: خیلی خوب نیست. یک لایه کروم می سازد، اما 550 درجه بالاترین دمایی است که می تواند از خود محافظت کند. در طول زمان می تواند مقیاس زیادی داشته باشد.
فولاد ضد زنگ 310S: خوب. کروم بیشتر (25%) باعث پایداری و محافظت بیشتر مقیاس کروم می شود. در محیط های تمیز و اکسید کننده به خوبی کار می کند.
RA 330 / Incoloy 800HT: عالی. این آلیاژهای نیکل{3}}کروم یک لایه اکسیدی بسیار قوی و پایدار میسازند. RA 330 برای مقاومت در برابر اکسیداسیون، کربوریزاسیون و نیترید شدن تا 1150 درجه ساخته شده است.
آلومینا{0}}آلیاژهای تشکیل دهنده (مثلاً برخی از سیمهای FeCrAl در بخاری): برای سیم پیچ داخلی، آلیاژهای FeCrAl یک مقیاس آلومینا (Al2O3) حتی پایدارتر میسازند که در مقابل اکسیداسیون از داخل مقاومت بهتری دارد.
2. حمله شیمیایی: چیزی فراتر از اکسیژن
بسیاری از محیط های صنعتی دارای گونه های واکنش پذیر دیگری هستند که می توانند حمله را بدتر و خاص تر کنند.
کلر و HCl (از پی وی سی، فلوروپلیمرها و هوای شور): کلر بسیار مضر است. می تواند کلریدهای فلزی ناپایدار بسازد که اکسیدهای محافظ را تجزیه می کند، که می تواند باعث ایجاد حفره های وحشتناک و حملات بین دانه ها شود. فولادهای ضد زنگ در کلاس 300 بسیار ضعیف هستند.
راه حل: آلیاژهای مبتنی بر نیکل بسیار مهم هستند. Inconel 600 یا Hastelloy C-276 قوی تر هستند. در شرایط بسیار بد، یک بخاری معمولی ممکن است به پوشش محافظ ساخته شده از کاربید سیلیکون یا سرامیک نیاز داشته باشد.
گوگرد و H2S (در فرآوری سوخت و برخی پلاستیک ها): این مواد باعث سولفید شدن می شوند که باعث می شود سولفیدهای فلزی شکننده و شکسته شوند.
راه حل: آلیاژهای{0}}نیکل بالا مانند Incoloy 800H/HT یا RA 330 به خوبی کار می کنند. غلظت نیکل چیزی است که یک سولفید پایدار می سازد.
کربوه کردن اتمسفرها (به عنوان مثال، در عملیات حرارتی با گاز گرماگیر): کربن به داخل غلاف پخش می شود و کاربیدهای کروم داخلی می سازد (که کروم را تخلیه می کند) و فلز را بسیار شکننده می کند (گرد و غبار فلز).
راه حل: آلیاژهایی با مقدار زیادی نیکل و کروم. آلومینیوم و تیتانیوم Incoloy 800HT را تثبیت می کنند و آن را در برابر کربوریزاسیون بسیار مقاوم می کنند.
اتمسفرهای نیتروژن دهی (مانند آنهایی که از آمونیاک استفاده می کنند): نیتروژن مانند کربورسازی به داخل نفوذ می کند و مواد را بسیار سخت و شکننده می کند.
مجدداً، برای رفع مشکل به آلیاژهای{0}نیکل بالا مانند Incoloy یا Inconel نیاز است.
3. فاجعه نفوذ رطوبت: خطری برای همه
این فقط یک حالت شکست شیمیایی نیست. همچنین یک الکتروشیمیایی و مکانیکی است. عایق MgO که آب را جذب می کند مانند فتیله عمل می کند.
مکانیسم: هنگامی که بخاری خنک می شود، رطوبت هوا از طریق هر سوراخ ریز در مهر و موم انتهایی به داخل آن مکیده می شود. هنگامی که دستگاه دوباره راه اندازی می شود، آبی که در داخل محبوس شده بود به بخار تبدیل می شود که فشار زیادی را در داخل ایجاد می کند. این می تواند:
عایق MgO را بشکنید که باعث از کار افتادن برق می شود.
غلاف را بشکن
هنگامی که برق روشن می شود، باعث ایجاد خطای زمین فوری (اندازه گیری مگاهم کم) می شود.
تنها پاسخ واقعی، آب بندی هرمتیک است. برای هر بخاری که در محیط مرطوب کار می کند یا چرخه حرارتی زیادی را پشت سر می گذارد، آب بندی هرمتیک-به-فلز یا سرامیک{3}}به{4}}فلز ضروری است. این یک مهر و موم محکم{6}} خلاء است که روی آن لحیم کاری میشود و رطوبت را تا پایان عمر بخاری حفظ میکند. برای استفاده در محیط های متغیر در 550 درجه، آب بندی استاندارد اپوکسی یا پودر فشرده کار نمی کند.
4. استراتژی دفاع یکپارچه محیط زیست
برای انتخاب بخاری مناسب باید یک ممیزی جامع از محیط عملیاتی انجام دهید:
تجزیه و تحلیل اتمسفر: چه گازها و بخارهایی در هوا وجود دارد؟ (O2، H2O، Cl2، H2S، NH3، هیدروکربن ها).
چرخه ای در مقابل وظیفه مداوم: دوچرخه سواری استرس گرمایی بیشتری بر لایه های اکسید محافظ وارد می کند و احتمال نفوذ رطوبت را بیشتر می کند.
آلاینده های بیرونی: آیا غبار روغن، اسپری نمک یا گرد و غبار خشن وجود دارد؟
طبق این ممیزی:
310S SS دارای مهر و موم هرمتیک است که تمیز، خشک و اکسید کننده است.
RA 330 یا Incoloy 800HT با مهر و موم هرمتیک می تواند شرایط چرخه ای، مرطوب و اکسید کننده را مدیریت کند.
کلر و گوگرد: اینکونل 600 یا بهتر، با مهر و موم هرمتیک.
کربور کننده/نیتریدینگ: Incoloy 800HT با مهر و موم هرمتیک.
نتیجه گیری: نه فقط دما، بلکه محیط
یک بخاری کارتریج 550 درجه باید طوری طراحی شود که در محیط شیمیایی خاصی که در آن مورد استفاده قرار می گیرد کار کند. مشخصات باید به وضوح نوع مهر و موم انتهایی و آلیاژ مورد نیاز برای غلاف را بر اساس ممیزی محیطی بیان کند. هزینه اضافی یک غلاف RA 330 بر روی یک غلاف 310S، یا یک مهر و موم هرمتیک بر روی یک درزگیر معمولی، در مقایسه با هزینه خرابی برنامهریزی نشده، خرابیهای ناایمن و نیاز به تعمیر مکرر موارد ناچیز است.
مهندسان نه تنها یک بخاری، بلکه یک جزء بقای تضمین شده را با تبدیل کردن مقاومت محیطی به عنصر اصلی طراحی، بسیار شبیه به وات و ولتاژ، انتخاب می کنند. این بخاری را از یک نقطه خرابی شناخته شده به یک پایه قابل اعتماد برای فرآیندی با دمای بالا{1} قوی که می تواند هزاران ساعت حتی در سخت ترین تنظیمات صنعتی کار کند، تغییر می دهد.
