คำถามที่ 1: ASTM B161 ระบุมาตรฐานสำหรับท่อและท่อไร้ตะเข็บนิกเกิล อะไรคือคุณสมบัติพื้นฐานโดยธรรมชาติของนิกเกิลบริสุทธิ์ (UNS N02200) ที่ทำให้ท่อที่ผลิตตามข้อกำหนดนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในการจัดการกับสารเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อนและในระบบที่มีความบริสุทธิ์สูง-
ความเหมาะสมของท่อ ASTM B161 Nickel 200 ในสภาพแวดล้อมที่มีความต้องการสูงเหล่านี้เกิดจากคุณสมบัติองค์ประกอบของนิกเกิล ซึ่งได้รับการรักษาและรับประกันตามข้อกำหนดเฉพาะนี้ ต่างจากโลหะผสมที่มีคุณสมบัติได้มาจากส่วนผสมขององค์ประกอบ คุณค่าของนิกเกิลบริสุทธิ์อยู่ที่ความเรียบง่ายและความสม่ำเสมอ
คุณสมบัติที่สำคัญคือ:
ความต้านทานต่อการกัดกร่อนของสารกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม: นี่คือเหตุผลหลักในการใช้งาน นิกเกิลพัฒนาฟิล์มพาสซีฟออกไซด์ (NiO) ที่เสถียร ติดแน่น และหายได้เอง-ได้เองในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง ฟิล์มนี้มีความเสถียรสูงในโซเดียมไฮดรอกไซด์เข้มข้น (โซดาไฟ) โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ และด่างแก่อื่นๆ แม้ในอุณหภูมิและความเข้มข้นสูงซึ่งสแตนเลสจะถูกโจมตีอย่างรวดเร็ว ท่อที่ทำจากนิกเกิล 200 จึงเป็นวัสดุที่เลือกใช้สำหรับท่อระเหย ท่อส่ง และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนในอุตสาหกรรมแปรรูปสารเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อน
มีความบริสุทธิ์สูงและการปนเปื้อนต่ำ: เนื่องจากโลหะบริสุทธิ์ (99.5% Ni นาที ต่อ ASTM B160 สำหรับแท่ง มีความบริสุทธิ์ที่คล้ายคลึงกันกับท่อ) จึงทำให้เกิดสิ่งเจือปนน้อยที่สุดในกระแสกระบวนการ นี่เป็นสิ่งสำคัญในอุตสาหกรรมอาหารและยา ซึ่งการปนเปื้อนของไอออนของโลหะอาจทำให้ผลิตภัณฑ์เสียได้ และในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งก๊าซและสารเคมีที่มีความบริสุทธิ์สูง-จะต้องไม่มีการปนเปื้อน โครงสร้างที่ไร้รอยต่อตามมาตรฐาน ASTM B161 ช่วยให้มั่นใจได้ว่าไม่มีรอยเชื่อมที่อาจเป็นจุดที่มีศักยภาพในการดักจับสิ่งเจือปนหรือทำให้เกิดการกัดกร่อน
การนำความร้อนและไฟฟ้าที่ดี: แม้ว่าจะไม่นำไฟฟ้าได้เท่ากับทองแดง แต่นิกเกิลก็มีการนำความร้อนที่ดีและมีความต้านทานการกัดกร่อนที่เหนือกว่าอย่างมาก ทำให้ท่อ ASTM B161 เหมาะสำหรับท่อแลกเปลี่ยนความร้อนในบริการที่มีฤทธิ์กัดกร่อนและสำหรับชิ้นส่วนไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องการความต้านทานการกัดกร่อนโดยเฉพาะ
2. ลักษณะ "ไร้รอยต่อ" ใน ASTM B161 เป็นตัวสร้างความแตกต่างที่สำคัญ สำหรับท่อที่กำหนดไว้สำหรับเครื่องระเหยที่มีฤทธิ์กัดกร่อนแรงดันสูง- เหตุใดจึงมีการระบุท่อไร้ตะเข็บไว้เป็นทางเลือกที่ถูกกว่าแบบเชื่อม (เย็บตะเข็บ)
ข้อกำหนดของท่อไร้ตะเข็บบนรอยเชื่อมเป็นกลยุทธ์-การลดความเสี่ยงโดยตรงสำหรับ-บริการแรงดันสูงและการกัดกร่อน การตัดสินใจดังกล่าวได้รับแรงผลักดันจากความจำเป็นในการกำจัดจุดที่อาจเกิดความล้มเหลวที่สอดคล้องกันมากที่สุด ซึ่งได้แก่ ตะเข็บเชื่อมตามยาว
ท่อไร้ตะเข็บซึ่งผลิตโดยการเจาะแท่งเหล็กแข็งแล้วจึงอัดรีดหรือเจาะเข้าไป จะมีโครงสร้างเกรนที่เป็นเนื้อเดียวกันต่อเนื่องกันรอบๆ เส้นรอบวงทั้งหมด โครงสร้างที่ครบถ้วนนี้มีข้อได้เปรียบที่สำคัญหลายประการในเครื่องระเหยแบบกัดกร่อน:
การกำจัด-ความไม่ต่อเนื่องที่เกี่ยวข้องของการเชื่อม: ท่อเชื่อมมีโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน- (HAZ) โดยมีโครงสร้างทางโลหะวิทยาที่แตกต่างจากโลหะฐาน บริเวณนี้อาจไวต่อการกัดกร่อนได้มากกว่า ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการกัดกร่อนของรอยเชื่อมพิเศษ นอกจากนี้ รอยเชื่อมอาจมีการเจือปนขนาดเล็ก- ความพรุน หรือการแปรผันขององค์ประกอบที่สร้างเซลล์กัลวานิกและทำให้เกิดรูพรุนหรือแตกร้าว
ความสมบูรณ์ของแรงดันที่เหนือกว่า: การไหลของเกรนที่สม่ำเสมอในท่อไร้รอยต่อให้ความแข็งแรงเชิงกลที่สม่ำเสมอในทุกทิศทาง ส่งผลให้พิกัดแรงดันระเบิดสูงขึ้น และต้านทานการคืบคลานได้ดีขึ้นภายใต้-แรงดันและอุณหภูมิในระยะยาว ในเครื่องระเหยแรงดันสูง-ความเป็นเนื้อเดียวกันนี้-ไม่สามารถต่อรองได้ในเรื่องความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือ
ความต้านทานการกัดกร่อนสม่ำเสมอ: ความต้านทานการกัดกร่อนของท่อจะเหมือนกันทุกจุด ไม่มี "จุดอ่อน" ในรูปแบบของรอยเชื่อมที่สามารถสึกกร่อนได้เร็วกว่า ส่งผลให้เกิดความล้มเหลวก่อนเวลาอันควรและการหยุดทำงานโดยไม่ได้วางแผนไว้ สำหรับโรงงานที่แปรรูปสารกัดกร่อนเข้มข้นที่ร้อน การปิดระบบโดยไม่ได้วางแผนเนื่องจากท่อรั่วจะมีค่าใช้จ่ายสูงกว่าความแตกต่างของราคาเริ่มต้นระหว่างท่อไร้รอยต่อและท่อเชื่อมแบบทวีคูณ
โดยสรุป แม้ว่าท่อนิกเกิลแบบเชื่อมอาจเหมาะสำหรับการใช้งานที่มีแรงดันต่ำ- แต่โครงสร้างที่ไร้รอยต่อที่กำหนดสำหรับการใช้งานที่สำคัญใน ASTM B161 ให้ความสมบูรณ์ทางโครงสร้างและการกัดกร่อน-ที่จำเป็นเพื่อให้มั่นใจในความปลอดภัยในการปฏิบัติงานและอายุการใช้งานที่ยาวนาน
3. จากมุมมองของการผลิตและการติดตั้ง อะไรคือความท้าทายที่สำคัญและข้อควรระวังที่จำเป็นเมื่อทำการดัด เชื่อม และการติดตั้งท่อ ASTM B161 Nickel 200 ในชุดอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน
การทำงานกับนิกเกิลบริสุทธิ์ต้องใช้เทคนิคเฉพาะที่แตกต่างจากที่ใช้กับเหล็กกล้าหรือสเตนเลส โดยมีสาเหตุหลักมาจากความเหนียวสูง ค่าการนำความร้อนต่ำ และความไวต่อการชุบแข็งสูง
ความท้าทายและข้อควรระวังที่สำคัญ:
การดัดและการขึ้นรูป:
ความท้าทาย: งานนิกเกิล-แข็งตัวเร็วมาก การพยายามงอท่อเร็วเกินไปหรือมีรัศมีการโค้งงอไม่ถูกต้องอาจทำให้เกิดการแตกร้าวที่รัศมีด้านนอกของการโค้งงอได้
ข้อควรระวัง: การดัดควรทำในสภาวะอบอ่อน (อ่อน) ใช้เครื่องดัดแบบใช้กำลัง-พร้อมการควบคุมและการทำงานที่ราบรื่น สำหรับการโค้งงอที่แคบ มักจำเป็นต้องดัดแมนเดรลเพื่อป้องกันไม่ให้ท่อยุบและเพื่อรองรับผนังด้านใน การอบอ่อนความเครียดระดับกลาง-อาจจำเป็นระหว่างการขึ้นรูปหลายครั้ง
การเชื่อม:
ความท้าทาย: ค่าการนำความร้อนต่ำของนิกเกิลทำให้ความร้อนรวมตัวกันที่บริเวณรอยเชื่อมแทนที่จะกระจายออกไป นำไปสู่สระเชื่อมที่ใหญ่ขึ้นและอาจเกิดการแตกร้าวจากความร้อนได้ แรงตึงผิวสูงอาจทำให้รอยเชื่อมมีรอยเชื่อมไม่ดี
ข้อควรระวัง:
ความสะอาด: นี่เป็นสิ่งสำคัญยิ่ง ต้องถอดจาระบี น้ำมัน และหมึกพิมพ์ทั้งหมดออก การปนเปื้อนใดๆ (โดยเฉพาะกำมะถันและตะกั่ว) อาจทำให้เกิดการเปราะและการแตกร้าวได้
การออกแบบข้อต่อ: ใช้ช่องว่างรูตแบบเปิดเพื่อให้เจาะได้เต็มที่
เทคนิค: ใช้การเชื่อมอาร์กทังสเตนแก๊ส (GTAW/TIG) พร้อมชีลด์อาร์กอนบริสุทธิ์ รักษาความยาวส่วนโค้งให้สั้นและใช้เทคนิค "ลาก" โลหะตัวเติมควรเป็น ERNi-1
การป้อนความร้อน: ใช้ stringer bead ที่มีการป้อนความร้อนต่ำถึงปานกลาง และหลีกเลี่ยงการทอผ้ามากเกินไปเพื่อลด{0}}บริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน
การติดตั้ง Tube- ถึง- Tubesheet:
ความท้าทาย: ปลายท่อต้องขยายเข้าไปในรูของแผ่นท่อเพื่อสร้างรอยรั่ว-ผนึกแน่นหนาโดยไม่-ทำให้นิกเกิลตึงเกินไป ซึ่งอาจ-แข็งตัวและแตกร้าวได้
ข้อควรระวัง: รูแผ่นท่อควรมีพื้นผิวเรียบและสะอาด กระบวนการขยายท่อควรได้รับการควบคุมอย่างระมัดระวัง โดยทั่วไปจะเป็นเปอร์เซ็นต์ของความหนาของผนังท่อ โดยใช้เครื่องขยายแบบลูกกลิ้งเพื่อให้แน่ใจว่ามีการปิดผนึกที่สม่ำเสมอและควบคุมได้โดยไม่ทำให้ท่อบางลง-
4. ในบริบทของมาตรฐานวัสดุสากล ASTM B161 สำหรับท่อนิกเกิลเปรียบเทียบกับมาตรฐานที่คล้ายกันเช่น ASME SB-161 เป็นอย่างไร ความหมายเชิงปฏิบัติสำหรับวิศวกรที่ระบุวัสดุนี้สำหรับส่วนประกอบภาชนะรับความดันคืออะไร?
ความสัมพันธ์ระหว่าง ASTM B161 และ ASME SB-161 เป็นจุดชี้แจงทั่วไปในด้านวิศวกรรมและการจัดซื้อจัดจ้าง
การเปรียบเทียบ:
ASTM B161 เป็นข้อกำหนดวัสดุที่พัฒนาโดย ASTM International โดยกำหนดข้อกำหนดสำหรับตัววัสดุเอง: องค์ประกอบทางเคมี คุณสมบัติทางกล กระบวนการผลิต (ไร้รอยต่อ) การอบชุบ ขนาด และการทดสอบ โดยตอบคำถามที่ว่า "ท่อนี้ทำมาจากอะไร และมีคุณสมบัติเฉพาะอะไรบ้าง"
ASME SB-161 คือการนำมาตรฐาน ASTM B161 ของสมาคมวิศวกรเครื่องกลแห่งอเมริกามาใช้ในการก่อสร้าง ASME Boiler และ Pressure Vessel Code "B" หมายถึงวัสดุที่ไม่ใช่เหล็ก ข้อกำหนดทางเทคนิคสำหรับท่อจะเหมือนกับ ASTM B161
ความหมายเชิงปฏิบัติ:
ความแตกต่างที่สำคัญคือเขตอำนาจศาลและการรับรองทางกฎหมาย ท่อตามมาตรฐาน ASTM B161 เป็นท่อนิกเกิลคุณภาพสูง-เหมาะสำหรับใช้ในอุตสาหกรรมทั่วไป อย่างไรก็ตาม ท่อที่มีการประทับตราและรับรองตาม ASME SB-161 ได้รับการอนุมัติตามกฎหมายให้ใช้ในภาชนะรับความดันหรือหม้อต้มน้ำที่ถูกสร้างขึ้นตามรหัส ASME ซึ่งเป็นข้อกำหนดทางกฎหมายในอเมริกาเหนือส่วนใหญ่และภูมิภาคอื่นๆ มากมายสำหรับอุปกรณ์ที่มีความสำคัญด้านความปลอดภัย
ดังนั้น วิศวกรที่ระบุท่อสำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่จะเป็นส่วนหนึ่งของภาชนะรับความดันที่ได้รับการรับรองจะต้องระบุ "ASME SB-161, Nickel Seamless Tube, UNS N02200" ในเอกสารการออกแบบและใบสั่งซื้อ ผู้ผลิตจะต้องจัดเตรียมรายงานการทดสอบวัสดุที่ผ่านการรับรอง (CMTR) ซึ่งอ้างอิงถึงข้อกำหนด ASME SB-161 อย่างชัดเจน การใช้ท่อที่ตรงตามมาตรฐาน ASTM B161 สำหรับการใช้งานดังกล่าวจะต้องไม่เป็นไปตามข้อกำหนดและเป็นความรับผิดชอบที่สำคัญ
5. แม้ว่า Nickel 200 จะดีเยี่ยมสำหรับการใช้งานหลายประเภท แต่ก็มีข้อจำกัดในการดำเนินงานที่เฉพาะเจาะจงและสำคัญเกี่ยวกับอุณหภูมิและบรรยากาศ ข้อจำกัดนี้คืออะไร และอาจระบุวัสดุนิกเกิลทางเลือกใดบ้างสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูง-ที่สูงกว่าเกณฑ์นี้
ข้อจำกัดในการดำเนินงานที่สำคัญที่สุดสำหรับนิกเกิล 200 (UNS N02200) คือความเปราะบางต่อการเปราะของกำมะถันและการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง
การแตกตัวของกำมะถัน: นิกเกิลมีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับกำมะถันสูงมาก เมื่อสัมผัสกับบรรยากาศที่มีซัลเฟอร์- (เช่น จากการเผาไหม้เชื้อเพลิง ก๊าซในกระบวนการ หรือแม้แต่วัสดุฉนวนบางชนิด) ที่อุณหภูมิสูงกว่าประมาณ 315 องศา (600 องศา F) ซัลเฟอร์จะกระจายเข้าสู่ขอบเขตของเม็ดนิกเกิล มันก่อให้เกิดเฟสยูเทคติกนิกเกิลซัลไฟด์นิกเกิลเปราะ- ซึ่งช่วยลดความเหนียวและความต้านทานแรงดึงของวัสดุลงอย่างมาก ซึ่งนำไปสู่การแตกร้าวตามขอบเกรนและความล้มเหลวร้ายแรงภายใต้ภาระ
การออกซิเดชัน: แม้ว่านิกเกิล 200 จะมีความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่ดีที่อุณหภูมิต่ำกว่า ซึ่งสูงกว่าประมาณ 600 องศา (1112 องศา F) แต่จะเริ่มออกซิไดซ์ในอัตราที่สูงจนไม่อาจยอมรับได้ ทำให้เกิดเป็นสเกลที่ไม่-ป้องกันที่จะหลุดออกไป
ทางเลือก: นิกเกิล 201 (UNS N02201)
สำหรับการใช้งานที่ต้องการความต้านทานการกัดกร่อนของนิกเกิลบริสุทธิ์แต่ที่อุณหภูมิสูงอย่างต่อเนื่อง ทางเลือกที่ระบุคือนิกเกิล 201 ซึ่งอยู่ภายใต้มาตรฐานเดียวกัน ASTM B161
นิกเกิล 201 เป็นเกรดคาร์บอนต่ำ-ของนิกเกิลบริสุทธิ์ ปริมาณคาร์บอนสูงสุดจะลดลงจาก 0.15% ในนิกเกิล 200 เหลือ 0.02% ในนิกเกิล 201 ที่อุณหภูมิสูง คาร์บอนในนิกเกิล 200 สามารถตกตะกอนออกมาที่ขอบเกรนเป็นกราไฟท์ การก่อตัวของกราไฟท์นี้ทำให้ขอบเขตของเกรนอ่อนลง และเมื่อรวมกับกำมะถันที่เข้าโจมตี ก็สามารถเร่งการเปราะให้เร็วขึ้นได้
การระบุนิกเกิล 201 ช่วยให้วิศวกรสามารถใช้นิกเกิลบริสุทธิ์ได้อย่างปลอดภัยในบรรยากาศที่เป็นกลางหรือลดลงที่อุณหภูมิสูงถึงประมาณ 600 องศา (1112 องศา F) เนื่องจากปริมาณคาร์บอนต่ำจะป้องกันการเกิดกราไฟต์นี้ และให้ความเสถียรทางโครงสร้างจุลภาคในระยะยาว-ดีกว่า สำหรับการบริการในบรรยากาศออกซิไดซ์หรือสูงกว่าอุณหภูมินี้ โลหะผสมนิกเกิล-โครเมียม เช่น อัลลอย 600 หรือ 601 จะเป็นตัวเลือกที่เหมาะสม
