كيفية اختيار مادة حزمة أنابيب الحمل الحراري بشكل صحيح

يتطلب الاختيار الصحيح لمادة حزمة أنابيب الحمل الحراري مراعاة شاملة لظروف تشغيل الغلاية وبيئة التشغيل والاقتصاد ومتطلبات عملية التصنيع. فيما يلي الخطوات والعوامل الرئيسية لاختيار مادة حزمة أنابيب الحمل الحراري:

1. فهم ظروف التشغيل
درجة الحرارة: توجد حزمة أنابيب الحمل الحراري عادةً في بيئة غاز المداخن ذات درجة الحرارة المتوسطة والعالية (حوالي 300-800 درجة مئوية، اعتمادًا على نوع الغلاية وموقع حزمة الأنابيب). يجب اختيار مادة يمكنها تحمل نطاق درجة الحرارة هذا لتجنب الزحف في درجات الحرارة العالية أو انخفاض القوة.
الضغط: يحدد ضغط وسيط العمل داخل الأنبوب (مثل الماء أو البخار) (ضغط منخفض أو ضغط متوسط أو ضغط فائق الارتفاع) متطلبات قوة المادة. تتطلب الغلايات ذات الضغط العالي استخدام مواد ذات قوة أعلى.
طريقة الدوران: تتطلب الغلايات ذات الدوران الطبيعي أو الدوران القسري أو الغلايات ذات التدفق المباشر متطلبات مختلفة لمقاومة المادة للإجهاد.

2. مراعاة بيئة غاز المداخن
التآكل: قد يحتوي غاز المداخن على كبريتيدات أو كلوريدات أو أكاسيد، مما قد يؤدي إلى التآكل في درجات الحرارة العالية أو التآكل الناتج عن نقطة الندى في درجات الحرارة المنخفضة. يجب اختيار مادة مقاومة للتآكل، مثل الفولاذ منخفض السبائك أو الفولاذ المقاوم للصدأ.
التآكل: قد يتسبب الرماد المتطاير في غلايات حرق الفحم في تآكل حزمة الأنابيب، خاصة في مناطق غاز المداخن ذات التدفق العالي. يجب اختيار مادة ذات صلابة عالية أو يمكن معالجة سطحها لزيادة الصلابة.
تراكم الرماد: بعض أنواع الوقود (مثل الفحم عالي الرماد) عرضة لتراكم الرماد، مما يؤثر على كفاءة نقل الحرارة. يجب مراعاة خصائص سطح المادة (مثل النعومة) أو تدابير الحماية الإضافية (مثل تصميم الزعانف).

3. اختيار المواد الشائعة
اعتمادًا على نوع الغلاية وظروف التشغيل، فيما يلي المواد الشائعة لحزمة أنابيب الحمل الحراري:

فولاذ الكربون (مثل فولاذ 20#، SA-106B):
مناسب للغلايات ذات الضغط المنخفض ودرجة الحرارة المنخفضة (مثل الغلايات الصناعية الصغيرة).
المزايا: تكلفة منخفضة، أداء معالجة جيد.
العيوب: مقاومة محدودة لدرجات الحرارة العالية والتآكل، مناسبة لدرجات حرارة غاز المداخن أقل من 400 درجة مئوية.

فولاذ منخفض السبائك (مثل 15CrMo، 12Cr1MoV، SA-213 T11/T22):
مناسب للغلايات ذات الضغط المتوسط والضغط العالي، ودرجة حرارة غاز المداخن بين 400-600 درجة مئوية.
المزايا: قوة جيدة في درجات الحرارة العالية ومقاومة للأكسدة، نسبة أداء إلى سعر عالية.
العيوب: حساس للتآكل في درجات الحرارة العالية، يجب التحكم في تركيبة غاز المداخن.

فولاذ عالي السبائك/فولاذ مقاوم للصدأ (مثل SA-213 TP304، TP321، TP347):
مناسب للغلايات ذات الضغط الفائق الارتفاع والحرجة أو البيئات عالية التآكل (مثل غلايات حرق النفايات).
المزايا: مقاومة ممتازة للتآكل في درجات الحرارة العالية ومقاومة للأكسدة، مناسبة لدرجات حرارة غاز المداخن أعلى من 600 درجة مئوية.
العيوب: تكلفة عالية نسبيًا، صعوبة في المعالجة.

مواد مركبة مقاومة للتآكل:
في المناطق ذات التآكل العالي، يمكن استخدام الأنابيب المركبة ذات اللحام السطحي (مثل سبائك النيكل) أو طلاء السيراميك بالرش.
المزايا: إطالة عمر الخدمة، تقليل الصيانة.
العيوب: تكلفة تصنيع عالية.

4. موازنة الاقتصاد والأداء
التكلفة الأولية: فولاذ الكربون هو الأقل تكلفة، وتزداد تكلفة الفولاذ السبائكي والفولاذ المقاوم للصدأ تدريجيًا. يجب الاختيار بناءً على الميزانية والعمر المتوقع.
تكاليف التشغيل والصيانة: يمكن للمواد المقاومة للتآكل والتآكل أن تقلل من تكرار التوقف عن العمل للصيانة، مما يقلل من تكاليف الصيانة طويلة الأجل.
العمر المتوقع: يجب إعطاء الأولوية للمواد عالية الأداء للغلايات ذات الضغط العالي أو درجة الحرارة العالية لضمان التشغيل الآمن على المدى الطويل، بينما يمكن للغلايات ذات الضغط المنخفض اختيار مواد اقتصادية بشكل مناسب.

5. مراعاة أداء التصنيع والمعالجة
قابلية اللحام: يجب لحام حزمة أنابيب الحمل الحراري بالرأس أو لوحة الأنابيب، وقابلية لحام المادة (مثل قوة اللحام، وميل التشقق) أمر بالغ الأهمية. يتمتع الفولاذ منخفض السبائك وفولاذ الكربون بقابلية لحام جيدة، ويتطلب الفولاذ عالي السبائك عملية لحام خاصة.
أداء ثني الأنابيب: غالبًا ما تحتاج حزمة أنابيب الحمل الحراري إلى الانحناء والتشكيل، ويجب أن تتمتع المادة بليونة ومتانة جيدتين لتجنب تشقق الانحناء.
متطلبات المعالجة الحرارية: تتطلب بعض أنواع الفولاذ السبائكي معالجة حرارية (مثل التطبيع والتلطيف) لتحسين الأداء، ويجب تقييم تعقيد عملية التصنيع.

6. المعايير والمواصفات المرجعية
اتبع معايير الصناعة ذات الصلة، مثل:
الصين: GB/T 5310 (أنابيب فولاذية غير ملحومة للغلايات ذات الضغط العالي)، GB/T 3087 (أنابيب فولاذية غير ملحومة للغلايات ذات الضغط المنخفض والمتوسط).
الدولية: ASME SA-213 (أنابيب فولاذية غير ملحومة من الفريت والأوستنيت للغلايات)، ASTM A106 (أنابيب فولاذية كربونية غير ملحومة للاستخدام في درجات الحرارة العالية).
بناءً على معلمات تصميم الغلاية، ارجع إلى المواد الموصى بها في المعايير وتأكد من أن المادة تلبي متطلبات الشهادة.

7. الجمع بين الخبرة العملية
نوع الوقود: تختلف تركيبة غاز المداخن للغلايات التي تعمل بالفحم أو الزيت أو الغاز الطبيعي أو الكتلة الحيوية اختلافًا كبيرًا. على سبيل المثال، تتطلب الغلايات التي تعمل بالزيت مواد أكثر مقاومة للتآكل الكبريتي.
تغيرات ظروف التشغيل: ضع في اعتبارك ما إذا كانت الغلاية تبدأ وتتوقف بشكل متكرر (تتطلب مقاومة الإجهاد الحراري) أو تتقلب حمولة التشغيل (تتطلب مقاومة الزحف).
البيانات التاريخية: ارجع إلى سجلات تشغيل الغلايات من نفس النوع لفهم أداء المواد الشائعة وأنماط الفشل وتحسين الاختيار.

8. تدابير الحماية الإضافية
إذا كان من الصعب على المادة نفسها تلبية المتطلبات تمامًا، فيمكن تحسين الأداء بالطرق التالية:
المعالجة السطحية: مثل رش طلاء مقاوم للتآكل والتآكل أو النيترة أو تقوية الدرفلة.
تحسين الهيكل: إضافة أكمام مقاومة للتآكل أو زعانف أو عناصر اضطراب لتقليل التآكل وتراكم الرماد.
تحسين التشغيل: عن طريق التحكم في سرعة تدفق غاز المداخن أو نفخ الرماد بانتظام، يتم تقليل تآكل وتآكل المادة.