• 310S (UNS S31008) yw dur gwrthstaen austenitig safonol y diwydiant ar gyfer tiwbiau ffwrnais petrocemegol sydd â sgôr gwasanaeth parhaus o 1100 gradd.
• Mae ei gyfansoddiad 25 % Cr / 20 % Ni yn ffurfio graddfa Cr₂O₃ ocsid ddwys, hunan-atgyweirio sy'n rhwystro mynediad ocsigen a sylffwr.
• Rhaid cyfrifo trwch wal o dan reolau ymgripiad- API 530 pan fydd tymheredd metel yn uwch na 900 gradd .
• Ar gyfer gwasanaeth uwch na 1050 gradd neu mewn atmosfferau carburizing / sylffidio trwm, uwchraddiwch i 310H, HK40, neu Alloy 601.
• Mae pob tiwb ffwrnais mewn gwasanaeth purfa angen archwiliad UT cyfnodol fesul API RP 573 bob 2-4 blynedd.
Paramedrau Allweddol 310S
| Paramedr Allweddol | Gwerth / Manyleb |
| Dynodiad Aloi | UNS S31008/AISI 310S/EN 1.4845 |
| Cynnwys Cromiwm | 24.0 – 26.0 wt% |
| Cynnwys Nicel | 19.0 – 22.0 wt% |
| Uchafswm y Gwasanaeth Di-dor Dros Dro. | 1100 gradd (2012 gradd F) mewn aer |
| Uchafswm y Gwasanaeth Ysbeidiol Dros Dro. | 1050 gradd (1922 gradd F) mewn gwasanaeth beicio |
| Terfyn Ymwrthedd Ocsidiad | Hyd at 1150 gradd (awyrgylch ocsideiddio ysgafn) |
| Safon Llywodraethol Cynradd | ASTM A213 / ASME SA-213 (tiwbiau di-dor) |
| Cryfder Tynnol Lleiaf (RT) | Yn fwy na neu'n hafal i 515 MPa (74.8 ksi) |
| Isafswm Cryfder Cynnyrch (RT) | Yn fwy na neu'n hafal i 205 MPa (29.7 ksi) |
| Minnau. Elongation (RT) | Mwy na neu'n hafal i 35% |
| Ystafell-Caledwch Tymheredd | Llai na neu'n hafal i 187 HBW |
| Dwysedd | 7.90 g / cm³ |
| Dargludedd Thermol (20 gradd) | 15.9 W/(m·K) |
| Cyfernod Ehangu Thermol | 16.0 × 10⁻⁶ / gradd (20–1000 gradd) |
Ffynonellau: ASTM A213/ASME SA-213, ASTM A240; Llawlyfr ASM Cyf. 2 - Priodweddau a Detholiad: Aloeon Anfferrus a Deunyddiau Pwrpas Arbennig; EN 10216-5; adroddiadau prawf melin ardystiedig gwneuthurwr.
Rhagymadrodd
Mae tiwbiau ffwrnais petrocemegol ymhlith y cydrannau mwyaf heriol yn thermol mewn unrhyw waith prosesu. Mae gwresogyddion tanio mewn distylliad crai, diwygio naphtha, a chracio ethylene fel mater o drefn yn datgelu metel tiwb i dymheredd rhwng 800 gradd a 1100 gradd tra'n cario hylifau hydrocarbon o dan bwysau. Mae dewis yr aloi anghywir yn arwain at ocsidiad cyflym, methiant creep, neu rwygiad tiwbaidd trychinebus - digwyddiadau sy'n achosi cau uned, ffrwydradau, achosion amgylcheddol ac achosion gwaethaf.
Mae dewis gor{0}}cyfalaf gwastraff aloi penodedig yn ddiangen. 310S yn y man melys ar gyfer yr ystod tymheredd hwn: mae'n cynnig ymwrthedd ocsideiddio digonol hyd at 1100 gradd , cryfder ymgripiad derbyniol, weldadwyedd rhagorol, a chost deunydd ymhell islaw nicel-superalloys sylfaen.
Mae'r canllaw hwn yn esboniobeth yw 310S, pam mae'n gweithio ar 1100 gradd, sut i ddylunio ag ef, a phryd i ddewis dewis arall.Daw tablau data o safonau a gydnabyddir yn rhyngwladol a llenyddiaeth a adolygir gan gymheiriaid i gefnogi penderfyniadau peirianneg.
Beth yw Dur Di-staen 310S?
Cyfansoddiad Cemegol
Mae 310S yn ddur gwrthstaen aloi awstenitig uchel (wyneb-ciwbig wedi'i ganoli). Ei nodwedd ddiffiniol yw cynnwys cromiwm a nicel anarferol o uchel o'i gymharu â graddau cyffredin megis 304 neu 316. Mae Tabl 2.1 yn cyflwyno'r terfynau cyfansoddiad fesul ASTM A240 ac ASME SA-240.
| Elfen | C | Mn | Si | P | S | Cr | Ni |
| Uchafswm / Ystod (wt%) | Llai na neu'n hafal i 0.08 | Llai na neu'n hafal i 2.00 | Llai na neu'n hafal i 1.50 | Llai na neu'n hafal i 0.045 | Llai na neu'n hafal i 0.030 | 24.0–26.0 | 19.0–22.0 |
Tabl 2.1 - Cyfansoddiad cemegol 310S (UNS S31008). Ffynhonnell: ASTM A240 / ASME SA-240, Tabl 1; ASTM A213/ASME SA-213, Tabl 1.
Pam 25 % Cromiwm ac 20 % Nicel?
Cromiwm (Cr):Mewn crynodiadau uwch na ~20 wt%, mae cromiwm yn adweithio'n ffafriol ag ocsigen i ffurfio graddfa cromiwm ocsid (Cr₂O₃) denau, ymlynol, a hunan- (Cr₂O₃) ar yr wyneb dur. Mae'r raddfa hon yn gweithredu fel rhwystr trylediad, gan arafu ocsidiad pellach yn ddramatig. Gyda 24-26% Cr, mae 310S yn ffurfio graddfa gadarn sy'n parhau i fod yn amddiffynnol hyd at tua 1150 gradd mewn atmosfferau ocsideiddio glân.
Nicel (Ni):Mae nicel yn sefydlogi'r adeiledd grisial ciwbig (austenit) wyneb-ganolog ar bob tymheredd i lawr i cryogenig. Mae hyn yn atal y trawsffurfiad ciwbig (martensite) corff brau a fyddai fel arall yn digwydd mewn duroedd ferritig uchel. Mae nicel hefyd yn gwella ymwrthedd i carburization - sy'n bryder hollbwysig mewn ffwrneisi diwygiwr a chracio lle mae anweddau hydrocarbon yn bresennol.
Carbon Isel (Llai na neu'n hafal i 0.08 %):Mae'r dynodiad 'S' yn 310S yn golygu 'carbon isel'. Mae cyfyngu ar garbon i uchafswm o 0.08 wt% yn atal dyddodiad carbid (sensiteiddio) yn y parth yr effeithir arno gan wres yn ystod weldio, gan gadw ymwrthedd cyrydiad a hydwythedd. Mae hyn yn arbennig o bwysig ar gyfer uniadau tiwb wedi'u weldio mewn maes wrth adeiladu ffwrnais.
-Priodweddau Mecanyddol Tymheredd Uchel
Mae peirianneg tiwb ffwrnais yn gofyn am ddeall sut310S duryn ymddwyn ar dymheredd uchel - nid dim ond ar dymheredd ystafell. Mae dau fodd methiant yn dominyddu ar dymheredd uwch na 800 gradd : (a) ocsidiad/cyrydiad wal y tiwb a (b) rhwygiad ymlusgol o dan bwysau pwysau parhaus.
Data Tynnol a Chrip ar Dymheredd Uchel
Mae Tabl 3.1 yn crynhoi'r -nodweddion mecanyddol tymheredd uchel a data rhwygiad ymgripiad ar gyfer 310S. Mae'r gwerthoedd tynnol yn ddata cynrychioliadol o Lawlyfr ASM ac adroddiadau prawf gwneuthurwr. Mae straen rhwygiad yn cynrychioli'r straen sydd ei angen i achosi rhwyg ar y tymheredd a nodwyd yn y cyfnod amser penodol.
| Tymheredd | Cryfder Tynnol (MPa) | Cryfder Cynnyrch 0.2% (MPa) | elongation (%) | Straen Ymyrrol Ymledol 100 awr (MPa) | Straen Ymyriad Ymlusgol 10,000a (MPa) |
| Tymheredd yr Ystafell. (20 gradd) | Yn fwy na neu'n hafal i 515 | Yn fwy na neu'n hafal i 205 | Yn fwy na neu'n hafal i 35 | - | - |
| 600 gradd (1112 gradd F) | ~330 | ~175 | ~40 | - | - |
| 700 gradd (1292 gradd F) | ~270 | ~155 | ~42 | ~70 | ~40 |
| 800 gradd (1472 gradd F) | ~190 | ~120 | ~45 | ~38 | ~18 |
| 900 gradd (1652 gradd F) | ~110 | ~85 | ~50 | ~16 | ~6 |
| 1000 gradd (1832 gradd F) | ~60 | ~50 | ~55 | ~7 | ~2 |
| 1100 gradd (2012 gradd F) | ~32 | ~28 | ~60 | ~2.5 | < 1 |
Tabl 3.1 - Priodweddau tymheredd uchel, mecanyddol a ymgripiad 310S (UNS S31008). Ffynonellau: Llawlyfr ASM Cyf. 2 (2il arg.); ASME BPVC Adran II Rhan D (Is-adran 3, Tabl 1-100); cyhoeddodd y gwneuthurwr daflenni data tymheredd uchel. Mae gwerthoedd yn gynrychioliadol; defnyddio straen caniataol ASME ar gyfer cyfrifiadau cod.
Beth Mae 'Cripiad' yn ei Olygu i Beiriannydd Tiwbiau Ffwrnais?
Creep yw anffurfiad araf, parhaol metel o dan straen parhaus ar dymheredd uchel - hyd yn oed pan fo'r straen ymhell islaw'r cryfder cnwd confensiynol. Ar gyfer tiwb ffwrnais, mae ymgripiad yn ymddangos fel teneuo waliau'n raddol ("chwyddo") ac, yn y pen draw, yn rhwyg os eir y tu hwnt i'r oes ddylunio. Ar 1100 gradd, dim ond tua 2-3 MPa creep sy'n cadw straen rhwygiad 2-3 MPa am oes dylunio o 10,000 awr.
Mae hyn yn golygu bod yn rhaid dylunio tiwbiau ffwrnais sy'n gweithredu ar 1100 gradd gyda phwysau mewnol isel iawn, waliau tenau, neu gyfnodau gwasanaeth byr. Mae API 530 yn darparu'r fframwaith peirianneg ar gyfer cyfrifo trwch tiwb a ganiateir yn y drefn hon.
Ocsidiad a Gwrthsefyll Cyrydiad ar 1100 gradd
Mecanwaith Ymwrthedd Ocsidiad
Pan fydd 310S yn agored i amgylchedd ocsideiddio tymheredd uchel am y tro cyntaf, mae cromiwm yn tryledu i'r wyneb ac yn ocsideiddio'n ddetholus, gan ffurfio haen Cr₂O₃ denau (1–5 μm) ac ymlynol. Unwaith y bydd wedi'i sefydlu, mae'r haen hon yn tyfu'n barabolaidd - sy'n golygu bod y gyfradd twf yn gostwng gydag amser wrth i'r haen ocsid ei hun ddod yn rhwystr trylediad. Y canlyniad yw deunydd sy'n ocsideiddio'n araf am flynyddoedd o dan amodau gweithredu cyson.
Data ocsidiad allweddol (ffynhonnell: taflen ddata Industeel ArcelorMittal SIRIUS 310S; ASM Handbook Vol. 13C):
• Gwasanaeth parhaus mewn aer sych: hyd at 1100 gradd (mae rhai ffynonellau'n dyfynnu 1150 gradd ar gyfer atmosfferau glân).
• Gwasanaeth ysbeidiol (cylchol): terfyn i 1050 gradd oherwydd bod beicio thermol dro ar ôl tro yn achosi i'r raddfa ocsid amddiffynnol ddiflannu.
• Uchafswm tymheredd cylchol ar gyfer amodau beicio ysgafn: 1050 gradd , gyda chyfraddau ramp rheoledig o dan 200 gradd yr awr.
• Mewn atmosfferau gyda chynnwys sylffwr > 2 g/m³: terfyn uchaf yn disgyn i ~1000 gradd (taflen ddata Industeel SIRIUS 310S).
Ymwrthedd Carburization a Sulfidation
Y tu hwnt i ocsidiad syml, mae amgylcheddau ffwrnais petrocemegol yn aml yn cynnwys nwyon carbonaidd (CO, CH₄, C₂H₄) a chyfansoddion sylffwr (H₂S, SO₂). Mae'r rhain yn ymosod ar ddur di-staen trwy wahanol fecanweithiau:
Carbureiddio:Carbon diffuses into the steel, forming chromium carbides that deplete the matrix of the chromium needed for oxidation protection. 310S offers moderate carburization resistance due to its high Cr and Ni content, but it is not immune - particularly in strongly reducing, high-carbon-activity environments such as steam reformer furnaces. In such service, HK40 or Alloy 601 (with >20% Cr + ychwanegiad alwminiwm) yn cael eu ffafrio.
Sulfidation:Mae cyfansoddion sylffwr yn adweithio â chromiwm a nicel i ffurfio cyfnodau sylffid sy'n toddi'n isel sy'n gallu treiddio i'r raddfa ocsid. 310S handlenni isel-amgylcheddau sylffwr (< 50 ppm H₂S) adequately up to about 1000 °C; in heavily sulfidizing service, higher-chromium cast alloys (HK40, HP-Modified) or alumina-forming alloys are specified.
Cymhariaeth Deunydd: 310S vs aloion sy'n cystadlu
Nid yw pob cais tiwb ffwrnais angen 310S. Mae Tabl 5.1 yn cymharu 310S yn erbyn pum dewis arall a nodir yn gyffredin ar draws dimensiynau sydd o bwys i beirianwyr petrocemegol.
| Eiddo | 310S (UNS S31008) | 310H (UNS S31009) | 321H (UNS S32109) | HK40 (UNS J94204) | Aloi 800H (UNS N08810) | Aloi 601 (UNS N06601) |
| Cr (wt%) | 24–26 | 24–26 | 17–19 | 26–30 | 19–23 | 21–25 |
| Ni (wt%) | 19–22 | 19–22 | 9–12 | 19–22 | 30–35 | 58–63 |
| C (uchafswm, wt%) | 0.08 | 0.04–0.10 | 0.08 | 0.35–0.45 | 0.10 | 0.10 |
| Max. Parhad. Temp. ( gradd ) | 1100 | 1150 | 925 | 1150 | 1100 | 1200 |
| Ymwrthedd Ocsidiad | ★★★★☆ | ★★★★☆ | ★★★☆☆ | ★★★★☆ | ★★★★☆ | ★★★★★ |
| Carburization Gwrthsefyll. | ★★★☆☆ | ★★★☆☆ | ★★★☆☆ | ★★★★☆ | ★★★★☆ | ★★★★★ |
| Cryfder Creep @ 1000 gradd | Cymedrol | Da | Isel | Uchel | Da | Ardderchog |
| Weldability | Ardderchog | Da | Da | Anodd | Da | Da |
| Cost Deunydd Cymharol | Isel | Isel | Canolig | Canolig | Uchel | Uchel Iawn |
| Cais Nodweddiadol | Tiwbiau ffwrnais, tiwbiau pelydrol | Crip-rhannau ffwrnais hanfodol | Tiwbiau boeler ( Llai na neu'n hafal i 925 gradd ) | Tiwbiau diwygio stêm | Pyrolysis/coiliau cracio | Gwasanaeth ocsideiddio eithafol |
Tabl 5.1 - Cymhariaeth aloi ar gyfer gwasanaeth tiwb ffwrnais petrocemegol. ★ mae graddfeydd yn asesiadau ansoddol yn seiliedig ar ddata ocsidiad a chorydiad cyhoeddedig. Ffynonellau: ASM Handbook Vol. 13C - Cyrydiad: Amgylcheddau a Diwydiannau; Corfforaeth Metelau Arbennig (Alloy 800H, bwletinau technegol Alloy 601); Safonau ASTM Rhyngwladol; taflenni technegol gwneuthurwr. Mae graddfeydd cost yn gymharol ac yn-ddibynnol ar y farchnad.
310S yn erbyn. 310H: Pryd i Ddewis P'un?
Dyma'r cwestiwn mwyaf cyffredin ym manyleb tiwb ffwrnais.Mae'r ateb yn syml: defnyddiwch 310S pan mai weldadwyedd a gwrthwynebiad i sensiteiddio yw'r prif bryderon (ee ailosod tiwbiau wedi'u weldio yn y maes); defnyddio 310H pan fydd angen cryfder ymgripiad mwyaf a weldio yn cael ei wneud o dan amodau siop rheoledig.
Mae gan 310H (UNS S31009) gynnwys carbon o 0.04–0.10 % - yn uwch na 310S. Mae'r carbon ychwanegol hwn yn darparu-hydoddiant solet a chryfhau carbid sy'n gwella ymwrthedd ymgripiad tua 20–30% ar 900–1000 gradd . Mae'r fasnach{13}}i ffwrdd yn risg uwch o wlybaniaeth carbid yn y parth yr effeithir arno gan wres yn ystod weldio (sensiteiddio). Am y rheswm hwn, mae weldio 310H fel arfer yn gofyn am reolaethau rhagboethi a PWHT llymach.
Cwestiynau Cyffredin (FAQ)
Daw'r cwestiynau canlynol o ymgynghoriadau peirianneg ac maent yn cynrychioli'r ymholiadau mwyaf cyffredin am 310S mewn gwasanaeth tiwb ffwrnais petrocemegol.
C1: Beth yw'r tymheredd gwasanaeth uchaf ar gyfer dur di-staen 310S?
Y tymheredd gwasanaeth parhaus uchaf ar gyfer 310S (UNS S31008) mewn aer yw1100 gradd (2012 gradd F). For intermittent (cyclic) service, the recommended limit is 1050 °C (1922 °F) due to the risk of oxide scale spallation during thermal cycling. In sulfur-containing atmospheres (>2 g / m³), mae'r terfyn yn disgyn i ~ 1000 gradd. Mae'r terfynau hyn yn seiliedig ar ddata profi ocsidiad a gyhoeddwyd gan Industeel ArcelorMittal a gweithgynhyrchwyr aloi diwydiant.
C2: A ellir defnyddio 310S uwchlaw 1100 gradd?
Yr ateb byr: na, nid ar gyfer gwasanaeth parhaus.Uwchlaw gradd 1100, mae graddfa amddiffynnol Cr₂O₃ yn dechrau trosglwyddo i CRO₃ anweddol mewn amgylcheddau ocsideiddio, gan golli ei swyddogaeth amddiffynnol yn gyflym. Mae cyfraddau graddol hefyd yn dod yn anymarferol uchel (yn rhwygo bywyd yn y miloedd o oriau yn hytrach na degau o filoedd). Ar gyfer gwasanaeth uwchlaw 1100 gradd , nodwch Alloy 601 (ffurfiant alwmina), Alloy 602CA, neu system wedi'i leinio â serameg.
C3: Pa safon sy'n rheoli dyluniad trwch tiwb ffwrnais 310S mewn purfa?
Safon API 530("Cyfrifo Trwch y Gwresogydd -Trwch Tiwbiau mewn Purfeydd Petroliwm," 7fed argraffiad) yw'r safon sylfaenol. Mae'n diffinio straen caniataol ar gyfer 310S yn y cyfundrefnau rhwygo elastig ac ymgripiad. Ar gyfer ymgripiad-amodau cyfyngedig (tymheredd metel tiwb > 900 gradd ), mae API 530 Atodiad C yn rhoi'r amser angenrheidiol-cromliniau rhwyg tymheredd. Mae ASME BPVC Adran II Rhan D yn darparu'r gwerthoedd straen caniataol sylfaenol a ddefnyddir yng nghyfrifiadau API 530.
C4: Beth yw'r gwahaniaeth rhwng 310S a 310H ar gyfer ceisiadau tiwb ffwrnais?
310S (UNS S31008):Carbon Llai na neu'n hafal i 0.08%. Yn cael ei ffafrio pan fo weldadwyedd, ymwrthedd i sensiteiddio, a rhwyddineb weldio maes yn flaenoriaethau. Cryfder ymgripiad ychydig yn is na 310H.
310H (UNS S31009):Carbon 0.04–0.10 %. Wedi'i ddewis pan fydd angen cryfder ymgripiad mwyaf (ee, tiwbiau pelydrol pwysedd uchel, rhychwantau hir). Mae angen rheolaethau llymach ar weldio. Mae'r ddwy radd yn rhannu'r un cynnwys Cr a Ni.
Casgliad pendant:Nodwch 310S fel y rhagosodiad; uwchraddio i 310H dim ond pan fydd cyfrifiad bywyd ymgripiad yn dangos ymyl annigonol sy'n weddill gyda 310S.
C5: A oes angen triniaeth wres ar ôl-weldio (PWHT) ar 310S?
Nid oes angen - PWHT yn gyffredinol ar gyfer 310S, a gallai fod yn niweidiol. Gall gwresogi 310S yn yr ystod 600-900 gradd yn ystod PWHT waddodi cyfnod sigma brau a charbidau cromiwm. Mae'r cyflwr fel-fel arfer yn dderbyniol ar gyfer y rhan fwyaf o wasanaethau petrocemegol. Os oes angen rhyddhad straen gweddilliol yn feirniadol (ee, llwytho thermol cylchol difrifol), ymgynghorwch â metelegydd weldio cyn cymhwyso unrhyw driniaeth wres.
C6: Beth yw'r safonau ASTM cymwys ar gyfer caffael tiwbiau ffwrnais 310S?
Y safonau ASTM sylfaenol yw: ASTM A213 / ASME SA-213 (tiwbiau di-dor ar gyfer boeleri a chyfnewidwyr gwres) ar gyfer Gradd TP310S, ac ASTM A249 / ASME SA-249 (tiwbiau wedi'u weldio) ar gyfer Gradd TP310S. Ar gyfer pibellau cysylltiedig, mae ASTM A312 / ASME SA-312 yn berthnasol (Gradd TP310S). Rhaid i'r holl ddeunyddiau a gaffaelir ar gyfer adeiladu Cod ASME gynnwys Adroddiad Prawf Melin (MTR) fesul ASTM A450 (gofynion cyffredinol ar gyfer tiwbiau) gyda dadansoddiad cemegol llawn a chanlyniadau profion mecanyddol.
C7: Pa mor aml y dylid archwilio tiwbiau ffwrnais 310S mewn gwasanaeth purfa?
API RP 573("Archwiliad o Foeleri a Gwresogyddion Tanio") yn argymell archwiliad gweledol allanol a thrwch UT o leiaf bob 2-4 blynedd, neu ar bob gwaith cynnal a chadw cynlluniedig - pa un bynnag sy'n dod gyntaf. Dylid archwilio tiwbiau sy'n gweithredu'n barhaus uwchlaw 950 gradd, neu mewn atmosfferau cyrydol, yn amlach. Dylid diweddaru-asesiadau bywyd sy'n weddill gan ddefnyddio dull API 530 Larson-Miller ym mhob arolygiad yn seiliedig ar hanes tymheredd gwirioneddol cofnodion gweithredu a haneswyr data.
