أنابيب سبائك الصلب للتطبيقات المبردة: الدرجات والمتانة

في درجات الحرارة المنخفضة، خاصية التحكم في الأنابيب الفولاذية ليست قوة الشد بل المتانة. يمكن للفولاذ الحديدي الذي يتصرف بطريقة مطيعة في الظروف المحيطة أن ينكسر في وضع هش بمجرد تبريده إلى ما دون درجة الحرارة الانتقالية، وينتشر الشق الهش بشكل أسرع بكثير من تفاعل أي برنامج فحص أو صيانة. ولذلك يتم اختيار الأنابيب المبردة واختبارها وفحصها مع التحكم في الكسر كهدف أساسي.

لماذا تحكم المتانة-تصميم درجات الحرارة المنخفضة

يجب على كل خط تبريد أن يثبت أن المادة لن تفشل في الوضع الهش عند أدنى درجة حرارة يمكن أن تتعرض لها، بما في ذلك حالات الاضطراب والطوارئ. ويأتي هذا الدليل من اختبار تأثير الشق Charpy V- الذي تم إجراؤه عند درجة حرارة تصميم المعدن وفقًا لمعيار ASTM E23، مع الطاقة الممتصة وحدود التمدد الجانبي التي تحددها مواصفات الأنابيب الحاكمة. هناك خصائص أخرى مهمة أيضًا: يجب أن يستوعب التصميم الانكماش الحراري، وتؤثر التوصيل الحراري على مقدار العزل الذي يتطلبه الخط.

درجات ومواصفات الخدمة المبردة

درجة الحرارة التصميمية في الجدول تتبع درجة حرارة اختبار التأثير التي تتطلبها كل مواصفات؛ يجب أخذ متطلبات الطاقة الممتصة الدقيقة ودرجة حرارة الاختبار المطبقة من إصدار المعيار المذكور في أمر الشراء.

المفاصل والدعامات والانكماش الحراري

يتغير طول الخط المبرد بشكل ملحوظ أثناء التبريد-، ويجب امتصاص هذه الحركة بدلاً من تقييدها. تُفضل الوصلات الملحومة لأنها بطبيعتها مانعة للتسرب-، وتكون اللحامات التناكبية عادةً ذات اختراق كامل. عندما لا يمكن تجنب الفلنجات المثبتة بمسامير، يتم إدخال فاصل حراري بحيث لا تنتقل الحرارة إلى القسم البارد، ويتم اختيار الحشيات لتحقيق المرونة في درجة حرارة التشغيل. حلقات التمدد، والشماعات الزنبركية، والدعامات المنزلقة تكمل الترتيب، ويتحقق تحليل إجهاد الأنابيب من أن أحمال الفوهة على المضخات والأوعية تظل مقبولة.

أنظمة العزل

يوفر الأنبوب المغلف بالفراغ- أقل تسرب للحرارة بسمك معين وهو شائع في خطوط نقل الهيليوم السائل والهيدروجين السائل. بالنسبة لخطوط الغاز الطبيعي المسال ذات القطر الأكبر، يتم استخدام البيرلايت أو الزجاج الخلوي أو رغوة البولي يوريثان مع حاجز بخار بدلاً من ذلك. أيًا كان النظام الذي يتم اختياره، يجب أن يتحمل العزل انكماش الأنبوب الداخلي، ويقاوم دخول الرطوبة، ويحافظ على السطح الخارجي فوق نقطة الندى حتى لا يتشكل الجليد على الغلاف.

التفتيش والاختبار

يجمع اختبار قبول الأنابيب المبردة عادةً بين نتائج اختبار التأثير وإمكانية التتبع الكامل لأرقام الحرارة، والفحص الشعاعي أو بالموجات فوق الصوتية لحامات محيط الجسم وفقًا لقواعد ASME B31.3، واختبار القوة الهيدروستاتيكية أو الهوائية، واختبار تسرب مطياف كتلة الهيليوم- حيث تكون متطلبات الإحكام صارمة. قد تخضع الأنظمة المكتملة أيضًا لصدمة باردة أو اختبار التدوير الحراري للتأكد من أن الدعامات والمفاصل تعمل كما هو متوقع.

التعليمات

س: ما هي أدنى درجة حرارة لأنابيب ASTM A333 Grade 6؟
تم اختبار الدرجة 6 عند درجة حرارة -45 درجة تقريبًا وهي الدرجة الأساسية للغاز الطبيعي المسال وخدمات المعالجة ذات درجات الحرارة المنخفضة المماثلة؛ تتطلب الواجبات الباردة الدرجة 3 أو الدرجة 8، أو درجة الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي.

س: لماذا يتم تفضيل 304L و316L لخدمة الغاز الطبيعي المسال؟
ويظل هيكلها الأوستنيتي قاسيًا عند درجة حرارة منخفضة للغاية، لذا فهي لا تظهر قابلية التحول من -إلى-الصلب الحديدي ويمكن استخدامها حتى درجة حرارة النيتروجين السائل وما بعدها.

س: هل الاختبار الهيدروستاتيكي كافٍ لتأهيل الأنابيب المبردة؟
لا، اختبار الضغط يثبت القوة والنزاهة في الظروف المحيطة، ولكن يجب إثبات المتانة بشكل منفصل من خلال اختبار التأثير عند درجة حرارة المعدن التصميمي.

س: كيف يتم إبقاء المفاصل المبردة محكمة التسرب-؟
يُفضل البناء الملحوم بالكامل، مع اقتصار الوصلات المثبتة بمسامير على توصيلات المعدات حيث يتم استخدام فاصل حراري وحشية درجة حرارة منخفضة-، ويتم اختبار تسرب كل وصلة باستخدام الهيليوم بعد التجميع.

س: ما هو العزل الأفضل للأنابيب المبردة؟
-أنبوب مغلف بالتفريغ لأبرد وأصغر الخطوط، والبيرلايت، أو الزجاج الخلوي أو الرغوة مع حاجز بخار لأنابيب الغاز الطبيعي المسال ذات القطر الأكبر حيث يكون سمكها أقل أهمية.