أكواع أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ | 180º, 90º, أو 45 درجة و 22.5 درجة

كوع أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ, المصنعة في تكويناتها الدقيقة من $180^{\circ}$, $90^{\circ}$ (كلاهما $\text{SR}$ و $\text{LR}$), $45^{\circ}$, والدقيقة $22.5^{\circ}$ زاوية, يعد بشكل لا لبس فيه العنصر الأكثر إجهادًا وتعقيدًا تقنيًا في أي نظام أنابيب ضغط حديث, بمثابة حلقة الوصل حيث تجتمع ديناميكيات الموائع مع الحمل الميكانيكي ويتم اختبار علوم المواد إلى أقصى حدودها المطلقة. إنه هنا, عند نقطة تغيير الاتجاه, أن تدفق السوائل ينتقل من الحركة الصفائحية أو المضطربة المستقرة إلى تدفقات ثانوية معقدة, إحداث تقلبات الضغط الموضعية الشديدة, أنماط التآكل والتآكل شديدة العدوانية, وتركيز الضغط الكبير الذي يحدد بشكل أساسي السلامة التشغيلية وطول عمر القناة بأكملها. الاختيار الاستراتيجي للفولاذ المقاوم للصدأ، وهو عبارة عن عائلة من السبائك تتميز بحد أدنى من محتوى الكروم $10.5\%$, ضمان تشكيل عنيد, الطبقة السلبية لأكسيد الكروم ذاتية الشفاء - ليست مجرد تفضيل ولكنها ضرورة هندسية, ضروري لمقاومة التهديدات المتعددة للأكسدة في درجات الحرارة العالية, تكسير التآكل الناتج عن الكلوريد (CSCC), والتآكل العام للشقوق الذي من شأنه أن يقضي بسرعة على المواد الأقل مقاومة في البيئات السائدة في المعالجة الكيميائية, الطاقة النووية, ومنشآت النفط والغاز البحرية, تبرير التعقيد الفني والتكلفة الكامنة في المنتج.

إن القرار الهندسي الأساسي المتضمن في هذه التركيبات هو التمييز بين نصف القطر الطويل (LR) كوع, حيث نصف قطر الانحناء ($\text{R}$) تم تأسيسه ك $1.5$ أضعاف قطر الأنبوب الاسمي ($\text{R} = 1.5\text{D}$), ونصف القطر القصير (ريال سعودي) كوع, مقيد ل $\text{R} = 1\text{D}$, وهو اختلاف هندسي يؤثر بشكل عميق على كل من ديناميكيات الموائع وملف الضغط الميكانيكي لنظام الأنابيب. على $\text{LR}$ كوع, من خلال توفير ألطف بيند, يقلل من قوى الطرد المركزي المؤثرة على السائل المتدفق, وبالتالي تقليل انخفاض الضغط الموضعي وفقدان الرأس, مما يؤدي إلى كفاءة هيدروليكية فائقة وتقليل استهلاك طاقة المضخة على المدى الطويل, مع توزيع إجهاد الطوق الميكانيكي وعزم الانحناء في نفس الوقت على طول قوس أكبر, مما أدى إلى انخفاض كبير في عامل تكثيف الإجهاد ($\text{SIF}$). على العكس, على $\text{SR}$ كوع, تم تحديده فقط للقيود المكانية حيث يكون مظروف التثبيت مقيدًا, يفرض تغييرا مفاجئا في زخم السوائل, مما يؤدي إلى تدرجات سرعة أعلى, زيادة التآكل الداخلي/التآكل (ه / ج) معدلات, فقدان الضغط أكبر بكثير, ومرتفعة بشكل ملحوظ $\text{SIF}$, الأمر الذي يتطلب دراسة متأنية أثناء تحليل إجهاد الأنابيب ($\text{ASME B31.1 / B31.3}$) للتأكد من أن الأنابيب المستقيمة المجاورة تتمتع بالمرونة والدعم اللازمين لإدارة الضغوط الموضعية للغاية التي يفرضها المنحنى الأكثر إحكامًا, مما يوضح أن اختيار نصف القطر يعد بمثابة مقايضة حاسمة بين أثر التثبيت والأداء التشغيلي على المدى الطويل.

يتم تضخيم التعقيد بشكل أكبر من خلال مجموعة واسعة من درجات الفولاذ المقاوم للصدأ المحتملة المستخدمة, تتراوح عبر العائلات المعدنية الأساسية - الأوستنيتي ($\text{304L}, \text{316L}, \text{904L}$), الحديدي, دوبلكس ($\text{S31803}, \text{S32750}$), وMartensitic - تم اختيار كل منهما بدقة لمواجهة آليات الفشل المحددة المتأصلة في بيئة الخدمة المقصودة. درجات العمود الفقري, مثل $\text{316L}$ (الأوستنيتي منخفض الكربون مع الموليبدينوم), يتم اختيارها لمقاومتها الفائقة للتآكل والشقوق في الوسائط المحتوية على الكلوريد, بسبب الموليبدينوم ($\text{Mo}$) المحتوى الذي يعزز استقرار الفيلم السلبي, تحسن حاسم على القاعدة $\text{304L}$. للبيئات العدوانية للغاية, مثل خدمة مياه البحر عالية الكلوريد أو الوسائط شديدة الحموضة, درجات سوبر دوبلكس مثل $\text{S32750}$ تم تكليفهم, الجمع بين القوة العالية للطور الحديدي ومقاومة التآكل للطور الأوستنيتي, يتضح من ارتفاع ** الرقم المكافئ لمقاومة التنقر ($\text{PREN}$) ** عادة ما يتجاوز $40$, مما يوفر مقاومة لا مثيل لها لكل من التآكل العام والتكسير الناتج عن إجهاد الكلوريد, وضع الفشل خطير بشكل خاص في المناطق الساخنة, البيئات شديدة الملوحة. . عملية التصنيع, سواء كان تشكيل المغزل للمرفقين غير الملحومين أو التشكيل الكروي/الساخن للمرفقين $180^{\circ}$ عودة الانحناءات, يجب التحكم فيها بخبرة للحفاظ على توازن الطور الدقيق وحدود الحبوب الخالية من الرواسب التي تتطلبها هذه السبائك المتقدمة, وخاصة درجات الدوبلكس والسوبر دوبلكس, حيث يمكن أن يؤدي التاريخ الحراري غير السليم إلى تكوين أطوار هشة مثل $\sigma$ ($\text{sigma}$), الحد بشكل كارثي من المتانة ومقاومة التآكل.

تقنية التصنيع نفسها, في الغالب تشكيل مغزل ل $45^{\circ}$ و $90^{\circ}$ المرفقين بجميع الأحجام - من الصغيرة $\text{DN15}$ سلسة تصل إلى الحجم الكبير $\text{DN1200}$ الملحومة - هي عملية تقنية عالية تتضمن العمل الساخن لمخزون الأنابيب المستقيمة فوق مغزل مُشكل. تحدد هذه العملية خصائص المواد النهائية, لأنه ينطوي على تشوه بلاستيكي كبير, ترقق جدار الأنبوب من نصف القطر الخارجي وتثخينه من نصف القطر الداخلي. على $\text{ASTM B16.9}$ و $\text{B16.28}$ توفر معايير الأبعاد تفاوتات حاسمة لسماكة الجدار تنص على أن السمك يجب أن يكون أكبر من أو يساوي $0.875$ مرات سمك الجدار الاسمي ($\ge 0.875 \times \text{WT}$) في كل مكان, ولاية تهدف إلى ضمان التخفيض المادي في الإضافات الحرجة (خارج بيند) لا يؤثر على تصنيف ضغط المرفق. التشوه البلاستيكي الشديد المتأصل في تشكيل $180^{\circ}$ غالبًا ما يتطلب المرفقون عملية تشكيل الكرة البديلة / التشكيل الساخن للأحجام الصغيرة, أو التجزئة واللحام للأحجام الأكبر, التقنيات المختارة لإدارة سلالة المواد الموضعية الهائلة ومنع التمزق الكارثي أو التجاعيد المفرطة أثناء الانعكاس الاتجاهي الجذري, ضمان أن يحافظ المكون النهائي على سلامة الضغط المطلوبة عبر النطاق الزمني الكامل من $\text{SCH5S}$ تصل إلى $\text{SCH160}$.

عند الانتهاء من عملية التشكيل, سلامة السطح أمر بالغ الأهمية, مما يؤدي إلى تطبيق تقنيات التشطيب المختلفة مثل Aid Pickling, تلميع, طلقة انفجرت, أو الرمال المتحركة. مساعدة التخليل (العلاج الحمضي) أمر بالغ الأهمية للفولاذ المقاوم للصدأ, لأنه يزيل العنيد كيميائياً, ولكنها ملوثة في كثير من الأحيان, مقياس السطح والحديد المتبقي من عمليات التشكيل أو اللحام الساخنة, وبالتالي تجديد الطبقة السلبية لأكسيد الكروم كيميائيًا, وهو الدفاع الأساسي للسبيكة ضد التآكل. للتطبيقات الصحية أو فائقة النقاء, يتم استخدام التلميع لتحقيق خشونة سطح منخفضة للغاية ($\text{Ra}$ قيمة), تقليل الشقوق التي يمكن أن تتجمع فيها البكتيريا أو العوامل المسببة للتآكل, أثناء التفجير بالرصاص أو $\text{Rolling Sand}$ توفر المعالجات لمسة نهائية غير لامعة موحدة مناسبة للتطبيقات الصناعية غير الحرجة. إن هذا التحكم الدقيق في حالة السطح النهائية ليس مجرد أمر جمالي; إنه جانب أساسي في علم صيدلية التآكل للمكون, مما يؤثر بشكل مباشر على مقاومتها طويلة المدى للهجوم المحلي في البيئات المعادية.

يتم التأكيد على أهمية هذه التركيبات في نظام الضغط العالي من خلال الدقة القصوى المطلوبة لتركيبها, تخضع لضوابط الأبعاد الدقيقة المدرجة في معايير مثل ASTM B16.9 وB16.28. التفاوتات في المقاييس مثل المركز إلى النهاية (من أجل $45^{\circ}/90^{\circ}$ المرفقين) ومن مركز إلى مركز (من أجل $180^{\circ}$ عودة الانحناءات) ضيقة بشكل لا يصدق, غالبًا ما يتم تحديده في غضون بضعة ملليمترات ($\pm 1.52 \text{ mm}$ إلى $\pm 9.65 \text{ mm}$) اعتمادا على القطر الاسمي ($\text{DN15}$ إلى $\text{DN1200}$), التأكد من أن المجمع, يمكن تجميع بكرات أنابيب الضغط العالي بدقة مع الحد الأدنى من اختلال المحاذاة الداخلية, عامل حيوي لمنع التآكل/التآكل الناجم عن الاضطرابات وضمان المحاذاة الهيكلية اللازمة لتحمل حالات التحميل المعقدة (مثلا, التمدد الحراري, الأحداث الزلزالية, أو تدفق سبيكة). هذه السيطرة الدقيقة على الهندسة النهائية, تنطبق بالتساوي على حد سواء سلس ($\text{DN15-DN600}$) وملحومة ($\text{DN15-DN1200}$) البناء, يؤكد أن المرفق ليس مجرد أنبوب مثني, ولكن مكون حدود الضغط المصمم بدقة تم تصنيعه بموجب نظام صارم للمعايير الدولية المتعددة - بما في ذلك GB/T 12459, $\text{SH 3408}$, و $\text{HG/T 21635}$- لضمان الامتثال الفني الكامل عبر مجموعة متنوعة من متطلبات المشروع العالمية.

بيانات المواصفات الفنية المنظمة: أكواع أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ

السلامة الهيكلية والديناميكية السائلة لكوع أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ, تم تصنيعها بدقة من خلال عمليات متخصصة مثل تشكيل المغزل والتسامح معها بدقة $\text{ASTM B16.9}$ المعايير, مهدد دائمًا بمجموعة من آليات التآكل والتحلل الميكانيكي التي تحدد الحدود النهائية لعمره التشغيلي. الطبيعة الموضعية لملف سرعة السائل داخل المرفق - شديدة بشكل خاص في نصف القطر القصير ($\text{R}=1\text{D}$) التصميم - يخلق مناطق ذات تدفق شديد الاضطراب تؤدي إلى زيادة إجهاد قص الجدار الموضعي, مما يجعل الكوع عرضة بشكل فريد للتآكل والتآكل ($\text{E/C}$), حيث يتم إزالة الطبقة السلبية الواقية من أكسيد الكروم ميكانيكيًا, ترك المعدن الأساسي معرضًا لهجوم كهروكيميائي سريع. تتطلب هذه الثغرة الأمنية المتأصلة اختيارًا ماديًا يمكنه التخميل الذاتي بسرعة ومقاومة التآكل الميكانيكي, غالبًا ما يؤدي إلى مواصفات درجات صلابة أعلى أو جدران سميكة $\text{SCH160}$ التجهيزات لتوفير بدل المواد اللازمة ضد التآكل المتوقع, اعتبار التصميم مدفوع بالكامل بتغير ناقل زخم السائل بسرعة داخل الهندسة المنحنية.

ومع ذلك, التهديد الأكثر خطورة للمرفق المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ ليس التآكل بل الهجوم الكهروكيميائي الموضعي, على وجه التحديد تأليب والشقوق التآكل, الأعطال التي تبدأ وتنتشر على الرغم من المقاومة العامة للمادة للتآكل. تأليب, يحدث عادةً بسبب انهيار الفيلم السلبي في وجود أيونات الهاليد العدوانية (الكلوريدات في المقام الأول), غالبًا ما يبدأ عند عيوب أو شوائب سطحية مجهرية, وهي عملية تتفاقم بشكل كبير داخل هندسة الكوع. تآكل الشق, وهو مصدر قلق شديد في التركيبات الملحومة ($\text{DN15-DN1200}$ حجم مجموعة) حيث توجد فجوات متأصلة في التماس, أو تحت الحشيات والرواسب, يعد أمرًا خطيرًا بشكل خاص لأن الوصول المحدود للأكسجين داخل الشق يؤدي إلى خلايا تهوية تفاضلية, قيادة الداخلية $\text{pH}$ إلى مستويات حمضية عالية ($\text{pH} \le 1$), ساحقة قدرة حتى على الأداء العالي $\text{316L}$ و $\text{317L}$ السبائك وفرض استخدام السبائك ذات المقاومة الفائقة, مثل تلك ذات الرقم المكافئ لمقاومة التنقر الأعلى ($\text{PREN}$) ** قيم, غالبًا ما يتم تحقيقه من خلال محتوى الموليبدينوم والنيتروجين المعزز الموجود في **Super Austenitics ($\text{904L}, \text{S31254}$) ** والعائلات الدوبلكس ($\text{S32750}$).

الأهمية الحاسمة لقابلية اللحام والمعالجة الحرارية المرتبطة بها بعد اللحام (PWHT) أو لا يمكن المبالغة في التخميل الكيميائي, خاصة بالنسبة لمجموعة واسعة من التركيبات الملحومة المنتجة حتى $\text{DN1200}$ الحجم. عندما الدرجات الأوستنيتي القياسية مثل $\text{304}$ يتم تسخينها ضمن نطاق درجة الحرارة الحرجة من $450^{\circ}\text{C}$ إلى $850^{\circ}\text{C}$ (عملية لا مفر منها خلال $\text{SAW}$ تصنيع التركيبات الكبيرة أو التشكيل الساخن عالي الحرارة), يمكن أن تترسب كربيدات الكروم على طول حدود الحبوب, ظاهرة تعرف بالحساسية. يؤدي هذا إلى استنفاد مناطق حدود الحبوب المحيطة بالكروم بشكل فعال, تدمير الطبقة السلبية المحلية وجعل المادة عرضة بشدة للتآكل الحبيبي ($\text{IGC}$). الحل الهندسي ذو شقين: أولاً, تحديد منخفض الكربون **$\text{L}$ الدرجات ($\text{304L}, \text{316L}$) ** أو درجات مستقرة ($\text{321}, \text{347H}$) والتي تقاوم كيميائيتها بطبيعتها ترسيب الكربيد; والثانية, الخطوة النهائية الإلزامية للمساعدة في التخليل, الذي يزيل كيميائيًا أي ملوثات سطحية متبقية, بشكل حاسم, يجدد السماكة الكاملة للطبقة السلبية لأكسيد الكروم, وهي خطوة غير قابلة للتفاوض تعيد المقاومة الجوهرية للسبيكة للهجوم, التأكد من معدن اللحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة ($\text{HAZ}$) ** مقاومة للتآكل مثل المادة الأم.

استخدام **ثنائي ($\text{S31803}, \text{S32750}$) ** ودرجات سوبر دوبلكس مخصصة للتطبيقات التي تجعل المتطلبات المجمعة للضغط الميكانيكي العالي والتآكل الشديد من الفولاذ المقاوم للصدأ القياسي غير مناسب, خاصة في ظل وجود درجات حرارة مرتفعة وكلوريدات, الظروف التي تحفز تكسير تآكل الكلوريد ($\text{CSCC}$), وضع فشل كارثي يتميز بالهشاشة, التشقق بين الحبيبات الذي يحدث تحت مزيج من إجهاد الشد والبيئة المسببة للتآكل. البنية المجهرية المزدوجة, مع خليط متوازن من مرحلتين $\text{ferrite}$ و $\text{austenite}$, يوفر مقاومة فائقة لهذا الشكل المحدد من التشقق, مع متغيرات Super Duplex التي تتميز بقوة مذهلة ($\text{SMYS}$ غالباً $2 \times \text{316L}$) جنبا إلى جنب مع $\text{PREN}$ القيم التي تتحمل أقسى مياه البحر أو ظروف المعالجة الحمضية. عندما يصل حتى السوبر دوبلكس إلى الحد الأقصى - كما هو الحال في الأحماض الساخنة عالية التركيز أو البيئات التي تحتوي على نسبة عالية من النيكل/الموليبدينوم - فإن المواصفات تملي الانتقال إلى سبائك النيكل مثل $\text{N06625}$ (Inconel) أو $\text{N10276}$ (Hastelloy), المكونات التي تتاجر بميزة التكلفة للفولاذ المقاوم للصدأ للحصول على مناعة كاملة تقريبًا ضدها $\text{CSCC}$ وأداء استثنائي ضد التآكل العام في تقليل الوسائط, يمثل القمة المطلقة للتسلسل الهرمي لعلم المواد بالنسبة لهؤلاء $90^{\circ}$ و $180^{\circ}$ مكونات الضغط. .

أخيراً, تتوقف السلامة الميكانيكية لدائرة الأنابيب بأكملها مباشرة على التوافق الهندسي الدقيق للمرفق مع معايير ASTM B16.9, على وجه التحديد التفاوتات الصارمة التي تحكم المركز حتى النهاية $90^{\circ}/45^{\circ}$ التجهيزات والمركز إلى المركز/العودة إلى الوجه ل $180^{\circ}$ عودة الانحناءات. هذه القيود الأبعاد البسيطة على ما يبدو ($\pm 1.52 \text{ mm}$ إلى $\pm 9.65 \text{ mm}$ لأحجام أكبر) ضرورية لسببين رئيسيين في الأنابيب عالية الأداء. أولاً, فهي تضمن التنبؤ الدقيق لمرونة نظام الأنابيب وتوزيع الضغط, أمر بالغ الأهمية لتحليل الإجهاد ASME B31.3 الذي يجب أن يأخذ في الاعتبار الضغط الداخلي, التمدد الحراري, والأحمال الخارجية; أي خطأ في الأبعاد في موضع الكوع يُترجم مباشرة إلى خطأ غير متوقع, من المحتمل أن يكون هناك ضغط ضار على اللحامات المجاورة وفوهات المعدات. ثانيا, عن كبيرة قطرها تجهيزات ملحومة, المحاذاة الدقيقة للشطبة ضرورية لتحقيق السلاسة, انتقال يمكن التحقق منه للسائل والاختراق الكامل لحام محيط المجال, ضمان أن حدود الضغط بأكملها تعمل كوحدة واحدة, كيان مستمر هيكليا, مما يؤكد أن الميزة التقنية للمرفق تتعلق بهندسته الفيزيائية بقدر ما تتعلق بمعدن الفولاذ المقاوم للصدأ عالي الجودة.