pipa komposit bimetal: Persiapan dan Evaluasi Kinerja Lapisan Tahan Erosi

pengantar

Di banyak sektor industri, seperti minyak dan gas, Pertambangan, dan pemrosesan kimia, sistem perpipaan terkena lingkungan erosif yang parah. Lingkungan ini sering kali melibatkan pengangkutan bahan abrasif, seperti bubur, Pasir, atau partikulat lainnya, yang dapat menyebabkan keausan yang signifikan pada permukaan bagian dalam pipa. Pipa logam tradisional, selagi kuat, sering mengalami kegagalan akibat erosi, menyebabkan perbaikan yang mahal, waktu henti, dan mengurangi efisiensi operasional. Untuk mengatasi tantangan ini, pipa komposit bimetalik telah muncul sebagai solusi yang menjanjikan, menggabungkan kekuatan lapisan luar logam dengan ketahanan erosi lapisan dalam khusus.

Konsep pipa komposit bimetalik melibatkan penggunaan dua bahan berbeda: sebuah logam dasar (biasanya baja) untuk integritas struktural dan korosi- atau bahan pelapis tahan erosi, seperti paduan keras atau keramik, untuk melindungi dari keausan. Artikel ini memberikan eksplorasi mendalam tentang persiapan dan evaluasi kinerja lapisan tahan erosi pada pipa komposit bimetalik. Kami akan memeriksa bahan yang digunakan, proses manufaktur, dan kinerja pipa-pipa ini di lingkungan yang erosif, didukung oleh tabel dan data.

Konstruksi pipa komposit bimetalik terdiri dari lapisan dalam yang terbuat dari bahan tahan korosi, biasa disebut dengan lapisan cladding atau lapisan, dan lapisan luar terdiri dari bahan dasar struktural. Bahan pelapis dipilih karena ketahanannya terhadap korosi, erosi, dan kondisi lingkungan tertentu, sedangkan bahan dasar dipilih karena kekuatan mekanik dan efektivitas biayanya.

Ikatan antara bahan pelapis dan bahan dasar dicapai melalui metode seperti ikatan eksplosif, ikatan gulungan, atau pengelasan. Teknik-teknik ini memastikan sambungan yang kuat dan tahan lama, memungkinkan pipa untuk menahan kondisi operasi yang dimaksudkan.

Pipa komposit bimetalik digunakan di berbagai industri, termasuk minyak dan gas, Pemrosesan kimia, pembangkit listrik, dan pertambangan. Mereka sangat efektif di lingkungan yang mengalami korosi, erosi, atau suhu tinggi menjadi perhatian. Lapisan tahan korosi melindungi pipa dari kerusakan kimia, sedangkan bahan dasar memberikan integritas struktural.

Penting untuk diketahui bahwa sifat dan kinerja spesifik pipa komposit bimetal dapat bervariasi berdasarkan bahan yang digunakan, proses manufaktur, dan persyaratan aplikasi. Oleh karena itu, disarankan untuk berkonsultasi dengan produsen atau pakar industri untuk mendapatkan panduan rinci dalam memilih dan menggunakan pipa ini.

Spesifikasi Teknis

• Lapisan Luar: Terbuat dari pipa baja biasa.
• Lapisan Dalam: Terdiri dari besi cor kromium tinggi, dibentuk melalui proses pengecoran.
• Kelas Bahan untuk Siku: KMTBCr26
• Suhu Kerja: 150° C
• Tekanan kerja: 0.4 Mpa
• Media Kerja: Aliran dua fase batubara dan udara yang dihaluskan
• Kecepatan Aliran Maksimum: 28 MS

Persyaratan Teknis

Siku komposit tahan aus bimetalik harus memenuhi kriteria kinerja berikut:

• Kekuatan Lentur: > 610 juta/m²
• Kekuatan Tarik: > 415 juta/m²
• Ketangguhan Dampak: > 15 J/cm²
• Kekerasan Lapisan Tahan Aus: > 50

Permukaan dalam dan luar siku komposit tahan aus bimetalik harus halus dan bebas dari cacat seperti gerinda, retak, porositas, dan gelembung udara. Arah aliran medium harus ditandai dengan jelas. Lapisan dalam setiap siku harus dibentuk dalam satu proses, tanpa jahitan las diperbolehkan pasca produksi.

Spesifikasi Dimensi dan Bahan

• Deviasi Dimensi: Kepatuhan dengan GB3092, GB8162, dan standar GB8163.
• Penyimpangan Ketebalan Lapisan Dalam: ≤ +1.2 mm.
• Berat badan: Setiap siku tidak boleh melebihi berat desain, yang harus ditandai dengan jelas.

Pipa komposit dibuat menggunakan PIPA BAJA SEAMLESS, mematuhi perjanjian kinerja yang relevan. Pemasangan siku komposit tahan aus bimetalik dilakukan melalui pengelasan langsung, menggunakan baja 16MnR# untuk pipa las luar.

Instalasi dan Pemeliharaan

Setiap saluran masuk dan saluran keluar siku memiliki bagian lurus dengan panjang tertentu, konsisten dengan bahan badan siku dan ketebalan dinding. Bagian transisi tambahan 100mm disediakan untuk pengelasan ke pipa pengumpan bubuk. Pengelasan di tempat harus memastikan kinerja yang baik pada suhu kamar.

Masa pakai siku komposit tahan aus bimetalik diperkirakan akan bertahan tidak kurang dari itu 10 tahun (Sekitar 8,000 jam operasional per tahun). Dalam kondisi tidak normal, seperti pembakaran spontan di pipa pengumpanan bubuk, lapisan lapisan tahan aus harus tetap utuh tanpa retak atau terkelupas. Desainnya harus memudahkan pembongkaran, Instalasi, dan pemeliharaan.

kualitas asuransi

Sebelum meninggalkan pabrik, setiap siku menjalani pengujian kinerja penyegelan sesuai dengan standar yang relevan. Produk gagal memenuhi yang ditentukan kualitas dan standar kinerja tidak diperbolehkan meninggalkan pabrik. Kepatuhan dengan “DL/T 680-1999 Standar Ketentuan Teknis untuk Pipa Tahan Aus” adalah wajib.

Parameter Teknis Utama Siku Tahan Aus Komposit Bimetal

• Ketebalan:
  • Busur Dalam: 22 mm
  • Busur Luar: 32 mm
• Keanehan: 5 mm
• Tekanan Desain: 1.6 Mpa
• Tekanan Uji Hidraulik: 5.6-19 Mpa
• Suhu Desain: 350° C

Keramik korundum khusus, terbuat dari oksida logam langka dan disinter pada suhu 1730°C, dimasukkan ke dalam permukaan aus untuk meningkatkan ketahanan aus, sedangkan matriksnya tetap berupa pipa komposit logam biasa.

Kebutuhan Lapisan Tahan Erosi pada Perpipaan Industri

Tantangan dalam Lingkungan Erosi

Pipa yang digunakan dalam industri seperti minyak dan gas, Pertambangan, dan pemrosesan kimia sering kali mengalami kondisi yang keras di mana partikel abrasif diangkut dengan kecepatan tinggi. Partikel-partikel ini dapat menyebabkan erosi, menyebabkan kerugian secara materi, penipisan dinding pipa, dan kegagalan akhirnya. Tantangan utama yang ditimbulkan oleh lingkungan yang erosif meliputi:

• Kerugian Materiil: Paparan partikel abrasif yang terus menerus menyebabkan hilangnya material secara bertahap dari permukaan pipa.
• Mengurangi Umur: Erosi mempercepat degradasi pipa, mengurangi umur operasional mereka.
• Peningkatan Biaya Pemeliharaan: Perbaikan atau penggantian pipa yang terkikis secara berkala mengakibatkan biaya pemeliharaan dan waktu henti operasional yang lebih tinggi.
• Risiko Keamanan: Kegagalan yang berhubungan dengan erosi dapat menyebabkan kebocoran, tumpah, atau bahkan kegagalan yang sangat besar, menimbulkan risiko keselamatan bagi personel dan lingkungan.

Keunggulan Pipa Komposit Bimetalik

Pipa komposit bimetalik menawarkan solusi terhadap tantangan yang ditimbulkan oleh lingkungan yang erosif dengan menggabungkan keunggulan dua material:

• kekuatan struktural: Lapisan luar, biasanya terbuat dari baja karbon atau baja tahan karat, memberikan kekuatan mekanik yang diperlukan untuk menahan tekanan internal dan kekuatan eksternal.
• Ketahanan terhadap Erosi: Lapisan dalam, terbuat dari bahan paduan keras atau keramik, menawarkan ketahanan yang unggul terhadap erosi, melindungi pipa dari keausan abrasif.

Dengan menggunakan pipa komposit bimetalik, industri dapat secara signifikan memperpanjang umur sistem perpipaan mereka, mengurangi biaya pemeliharaan, dan meningkatkan efisiensi operasional secara keseluruhan.

Bahan yang Digunakan dalam Pipa Komposit Bimetalik

Logam Dasar (Lapisan Luar)

Logam dasar pipa komposit bimetal dipilih berdasarkan persyaratan mekanis aplikasi. Bahan yang umum digunakan untuk lapisan luar antara lain:

• Baja karbon: Baja karbon banyak digunakan karena kekuatannya yang tinggi, biaya rendah, dan kemudahan fabrikasi. Sangat cocok untuk aplikasi dimana korosi bukan merupakan masalah utama.
• Stainless Steel: Baja tahan karat menawarkan ketahanan korosi yang lebih baik daripada baja karbon dan sering digunakan di lingkungan yang mengkhawatirkan erosi dan korosi.
• Paduan baja: Baja Paduan, seperti baja kromium-molibdenum, memberikan peningkatan kekuatan dan ketahanan suhu, membuatnya cocok untuk aplikasi suhu tinggi.

Lining bahan (Lapisan Dalam)

Bahan pelapis bagian dalam dipilih karena kemampuannya menahan erosi dan menahan gaya abrasif bahan yang diangkut. Bahan pelapis yang umum meliputi:

• Paduan Keras: Paduan Keras, seperti kromium karbida atau tungsten karbida, biasanya digunakan untuk lapisan tahan erosi. Bahan-bahan ini menawarkan kekerasan dan ketahanan aus yang sangat baik, menjadikannya ideal untuk melindungi dari partikel abrasif.
• Keramik: Bahan keramik, seperti alumina (Al₂O₃) atau silikon karbida (SiC), dikenal karena kekerasan dan ketahanan erosinya yang luar biasa. Keramik sering kali digunakan di lingkungan yang sangat abrasif di mana lapisan logam mungkin tidak memberikan perlindungan yang memadai.
• Lapisan Berbasis Polimer: Dalam beberapa kasus, Lapisan Berbasis Polimer, seperti pelapis poliuretan atau epoksi, digunakan untuk memberikan ketahanan terhadap erosi. Bahan-bahan ini biasanya digunakan dalam aplikasi dengan erosi sedang dan memerlukan fleksibilitas.

Meja 1: Bahan Umum yang Digunakan pada Pipa Komposit Bimetalik

Komponen	Bahan	Properti	Aplikasi
Lapisan Luar	Baja karbon	kekuatan tinggi, biaya rendah, mudah untuk dibuat	Aplikasi industri umum
	Stainless Steel	Tahan korosi, sifat mekanik yang baik	Pemrosesan kimia, minyak & gas
	Paduan baja	Ketahanan suhu tinggi, kekuatan yang ditingkatkan	Sistem perpipaan suhu tinggi
Lapisan Dalam	Kromium Karbida	kekerasan tinggi, ketahanan aus yang sangat baik	Pertambangan, transportasi bubur
	Tungsten Karbida	Kekerasan ekstrim, ketahanan erosi yang unggul	minyak & gas, lingkungan dengan abrasi tinggi
	Alumina (Al₂O₃)	Kekerasan luar biasa, ketahanan erosi yang tinggi	Pemrosesan kimia, aplikasi abrasi tinggi
	Silikon Karbida (SiC)	kekerasan tinggi, stabilitas termal, Ketahanan Kimia	suhu tinggi, lingkungan dengan abrasi tinggi
	Poliuretan	Fleksibilitas, ketahanan terhadap erosi sedang	Aplikasi abrasi rendah hingga sedang
	Pelapis Epoksi	Ketahanan Kimia, ketahanan terhadap erosi sedang	Pemrosesan kimia, pengolahan air

Persiapan Pipa Komposit Bimetalik

Teknik Cladding dan Lining

Persiapan pipa komposit bimetalik melibatkan penerapan lapisan tahan erosi pada logam dasar. Beberapa teknik digunakan untuk mencapai ikatan yang kuat antara lapisan luar dan lapisan dalam, memastikan bahwa pipa komposit dapat tahan terhadap kondisi lingkungan yang erosif. Teknik umum meliputi:

1. Pelapis Overlay Las

Kelongsong lapisan las melibatkan pengendapan bahan paduan keras ke permukaan bagian dalam pipa logam dasar menggunakan teknik pengelasan. Prosesnya biasanya melibatkan langkah-langkah berikut:

• Persiapan Permukaan: Permukaan bagian dalam pipa logam dasar dibersihkan dan disiapkan untuk memastikan adhesi yang tepat dari bahan pelapis.
• welding: Bahan paduan keras, seperti kromium karbida, diendapkan ke permukaan bagian dalam menggunakan teknik pengelasan seperti pengelasan busur plasma atau las busur terendam.
• Perawatan Pasca Pengelasan: Setelah pelapis diterapkan, pipa mungkin menjalani perlakuan panas untuk menghilangkan tegangan sisa dan meningkatkan ikatan antara logam dasar dan kelongsong.

2. pengecoran sentrifugal

Pengecoran sentrifugal adalah teknik yang digunakan untuk mengaplikasikan lapisan keramik atau logam pada permukaan bagian dalam pipa. Prosesnya melibatkan langkah-langkah berikut:

• Persiapan Cetakan: Cetakan disiapkan dengan dimensi pipa yang diinginkan.
• pengecoran: Bahan logam atau keramik cair dituangkan ke dalam cetakan, dan cetakan diputar dengan kecepatan tinggi. Gaya sentrifugal mendorong material terhadap permukaan bagian dalam cetakan, membentuk lapisan seragam.
• Pendinginan dan Solidifikasi: Bahan pelapis dibiarkan dingin dan mengeras, membentuk ikatan yang kuat dengan logam dasar.

3. Penyemprotan Termal

Penyemprotan termal adalah proses di mana bahan paduan keras atau keramik dilebur dan disemprotkan ke permukaan bagian dalam pipa. Prosesnya melibatkan langkah-langkah berikut:

• Persiapan Permukaan: Permukaan bagian dalam pipa dibersihkan dan dikasar untuk meningkatkan daya rekat.
• Penyemprotan: Bahan pelapis dicairkan dan disemprotkan ke permukaan menggunakan teknik seperti penyemprotan plasma atau bahan bakar oksigen berkecepatan tinggi (HVOF) Penyemprotan.
• Perawatan Pasca Penyemprotan: Pipa dapat menjalani perlakuan panas atau pemesinan untuk mencapai permukaan akhir dan sifat mekanik yang diinginkan.

Meja 2: Teknik Cladding dan Lining Umum untuk Pipa Komposit Bimetalik

Teknik	Lining bahan	Deskripsi Proses	Keuntungan	Aplikasi
Pelapis Overlay Las	Kromium Karbida, Tungsten Karbida	Paduan keras diendapkan ke permukaan bagian dalam menggunakan teknik pengelasan	Ikatan yang kuat, ketahanan erosi yang tinggi	minyak & gas, Pertambangan, transportasi bubur
pengecoran sentrifugal	Keramik, Paduan Logam	Bahan cair dilemparkan ke permukaan bagian dalam menggunakan gaya sentrifugal	Lapisan seragam, daya rekat yang baik	suhu tinggi, lingkungan dengan abrasi tinggi
Penyemprotan Termal	Keramik, Paduan Keras	Bahan pelapis dicairkan dan disemprotkan ke permukaan	Serbaguna, dapat mengaplikasikan berbagai macam bahan	Pemrosesan kimia, aplikasi abrasi tinggi

Evaluasi Kinerja Lapisan Tahan Erosi

Metode Pengujian

Kinerja lapisan tahan erosi pada pipa komposit bimetal dievaluasi melalui serangkaian pengujian yang dirancang untuk mensimulasikan kondisi erosi di dunia nyata.. Metode pengujian yang umum meliputi:

1. Pengujian Erosi

Pengujian erosi melibatkan pemaparan BERJAJAR PIPA ke aliran partikel abrasif, seperti pasir atau bubur, dengan kecepatan tinggi. Tes ini dirancang untuk mengukur tingkat hilangnya material dari lapisan seiring waktu. Parameter utama yang diukur selama pengujian erosi meliputi:

• Tingkat Erosi: Tingkat pelepasan material dari lapisan karena dampak partikel abrasif.
• penurunan berat badan: Total kehilangan berat bahan pelapis setelah periode pengujian tertentu.
• kekasaran permukaan: Perubahan kekasaran permukaan bahan pelapis akibat erosi.

2. Pengujian Kekerasan

Pengujian kekerasan digunakan untuk mengevaluasi ketahanan bahan pelapis terhadap lekukan dan keausan. Uji kekerasan yang umum meliputi Uji kekerasan Vickers dan Uji kekerasan Rockwell. Nilai kekerasan yang lebih tinggi menunjukkan ketahanan yang lebih baik terhadap keausan dan erosi.

3. Pengujian Adhesi

Pengujian adhesi digunakan untuk mengevaluasi kekuatan ikatan antara logam dasar dan bahan pelapis. Daya rekat yang buruk dapat menyebabkan delaminasi atau pengelupasan lapisan, mengurangi efektivitasnya. Tes adhesi yang umum meliputi tes penarikan dan tes geser.

Meja 3: Metode Pengujian Kinerja untuk Lapisan Tahan Erosi

Tes	Tujuan	Parameter Terukur	Makna
Pengujian Erosi	Evaluasi ketahanan terhadap erosi	Tingkat Erosi, penurunan berat badan, kekasaran permukaan	Menentukan ketahanan lapisan di lingkungan yang abrasif
Pengujian Kekerasan	Ukur kekerasan material	Kekerasan Vickers, Kekerasan Rockwell	Kekerasan yang lebih tinggi menunjukkan ketahanan aus yang lebih baik
Pengujian Adhesi	Evaluasi kekuatan ikatan	Kekuatan tarik, kekuatan geser	Memastikan lapisan tetap utuh selama servis

Hasil Kinerja

Ketahanan terhadap Erosi

Pengujian erosi pada pipa komposit bimetal menunjukkan bahwa penggunaan lapisan paduan keras atau keramik secara signifikan meningkatkan ketahanan erosi pada pipa.. Dalam uji erosi yang khas, pipa yang dilapisi dengan kromium karbida atau alumina menunjukkan tingkat erosi yang tinggi 50-70% lebih rendah dibandingkan dengan pipa baja karbon tanpa lapisan. Hasilnya menunjukkan bahwa penggunaan lapisan tahan erosi dapat memperpanjang umur operasional pipa hingga beberapa tahun, bahkan di lingkungan yang sangat abrasif.

Kekerasan

Pengujian kekerasan bahan pelapis menunjukkan bahwa lapisan keramik, seperti alumina dan silikon karbida, mempunyai nilai kekerasan tertinggi, mulai dari 1500 untuk 2000 HV (Kekerasan Vickers). Lapisan paduan keras, seperti kromium karbida, memiliki nilai kekerasan pada kisaran 600 untuk 800 HV, sedangkan baja karbon tidak bergaris memiliki kekerasan sebesar 150 untuk 200 HV. Semakin tinggi kekerasan bahan pelapis berkorelasi dengan peningkatan ketahanan terhadap erosi.

Adhesi

Pengujian adhesi pada pipa berjajar menunjukkan bahwa teknik pelapisan lapisan las dan pengecoran sentrifugal menghasilkan ikatan yang kuat antara logam dasar dan bahan pelapis.. Uji tarik menunjukkan bahwa kekuatan rekat lapisan lebih besar dari kekuatan tarik logam dasar, menunjukkan bahwa lapisan tidak akan mengelupas atau mengelupas dalam kondisi pengoperasian normal.

Kesimpulan

Pipa komposit bimetalik dengan lapisan tahan erosi menawarkan solusi yang sangat efektif untuk industri yang menghadapi lingkungan yang erosif. Dengan menggabungkan kekuatan struktural lapisan luar logam dengan ketahanan aus yang unggul dari lapisan paduan keras atau keramik, pipa-pipa ini dapat memperpanjang umur sistem perpipaan secara signifikan, mengurangi biaya pemeliharaan, dan meningkatkan efisiensi operasional. Persiapan pipa-pipa ini melibatkan teknik-teknik canggih seperti pelapisan lapisan las, pengecoran sentrifugal, dan penyemprotan termal, masing-masing menawarkan keuntungan unik tergantung pada aplikasinya.

Evaluasi kinerja, termasuk pengujian erosi, Pengujian Kekerasan, dan pengujian adhesi, telah menunjukkan efektivitas lapisan tahan erosi dalam melindungi terhadap keausan abrasif. Hasil pengujian ini menunjukkan bahwa pipa komposit bimetalik dapat tahan terhadap kondisi lingkungan yang erosif, menjadikannya pilihan ideal untuk industri seperti minyak dan gas, Pertambangan, dan pemrosesan kimia.

Pertanyaan Umum

Apa itu pipa komposit bimetalik?

Pipa komposit bimetalik terdiri dari dua bahan berbeda: sebuah logam dasar (biasanya baja) untuk kekuatan struktural dan bahan pelapis tahan erosi, seperti paduan keras atau keramik, untuk melindungi dari keausan.

Bahan apa yang digunakan untuk pelapis pada pipa komposit bimetalik?

Bahan pelapis yang umum termasuk paduan keras (misalnya, Kromium Karbida, Tungsten Karbida) dan keramik (misalnya, Alumina, Silikon Karbida), yang menawarkan ketahanan erosi yang unggul.

Bagaimana pipa komposit bimetalik disiapkan?

Pipa komposit bimetal dibuat menggunakan teknik seperti pelapisan lapisan las, pengecoran sentrifugal, dan penyemprotan termal, yang memastikan ikatan kuat antara logam dasar dan bahan pelapis.

Tes apa yang digunakan untuk mengevaluasi kinerja lapisan tahan erosi?

Evaluasi kinerja mencakup pengujian erosi, Pengujian Kekerasan, dan pengujian adhesi untuk menilai ketahanannya, Memakai perlawanan, dan kekuatan ikatan bahan pelapis.

Apa manfaat menggunakan pipa komposit bimetalik di lingkungan yang erosif??

Pipa komposit bimetalik menawarkan umur yang lebih panjang, Mengurangi Biaya Perawatan, dan meningkatkan efisiensi operasional dengan melindungi terhadap keausan akibat erosi.