Incoloy 800 לעומת 310S נירוסטה: עלות וביצועים בתנורי פיצוח אתילן

תנורי פיצוח אתילן מפעילים כמה מהסביבות המתכות הקשות ביותר בתעשיית התהליכים: טמפרטורות מתכות מעל 900 מעלות, אטמוספירה עשירה בפחמן- מפחמימנים מפוצחים וקולה, ושנים של מחזוריות תרמית מתמשכת בין הפעולה לביטול הקוק. בחירה בסגסוגת הלא נכונה עבור רכיב תנור לא רק מקצרת את חייו - אלא עלולה לעורר כיבוי לא מתוכנן שעולה למפעיל קרקר הרבה יותר ממה שהחומר עצמו יעלה אי פעם.

Incoloy 800(UNS N08800)ונירוסטה 310S(UNS S31008) הן שתי הסגסוגות השכיחות ביותר להשוואה עבור תומכי צינורות, קולבים, תערובות וחלקי מחליפי קווי- שאינם-קורנים -. מדריך זה עונה על השאלות שהמהנדסים בעצם שואלים כאשר מציינים ביניהם, עם תשובה ברורה תחילה והנימוק הטכני מאחוריה.

מהם אינקולי 800 ו-310S נירוסטה?

Incoloy 800 הוא סגסוגת ניקל-ברזל-כרום הבנויה סביב תכולת ניקל גבוהה לעמידות בפני קורוזיה-בטמפרטורה גבוהה; 310S היא פלדת אל-חלד אוסטרוניטית גבוהה-שבנויה לעמידות חמצון בעלות חומר נמוכה יותר.

Incoloy 800(וגרסאות הפחמן הגבוהות יותר שלו 800H ו-800HT) היא סגסוגת-תמיסה-מוצקה מחוזקת בניקל-ברזל-כרום שפותחה במיוחד עבור שירות מתמשך באווירה גבוהה-בטמפרטורה, פחמן- וגופרית-. תכולת הניקל שלו - כפולה בערך מזו של 310S - היא תכונת העיצוב הבודדת שמגדירה איך הוא מתנהג בכבשן פיצוח.

310S הוא גרסת הפחמן הנמוכה- של משפחת 25-20 הנירוסטה האוסטניטית (סוג 310). הוא מסתמך על תכולת כרום גבוהה כדי ליצור סולם כרום-אוקסיד יציב ומגן ונמצא בשימוש נרחב בכל תעשיית התהליך בכל מקום בו יש צורך בעמידות חמצון בטמפרטורה גבוהה ללא עלות של סגסוגת ניקל.

מה ההבדל העיקרי בהרכב בין שתי הסגסוגות?

תוכן ניקל הוא ההבדל המכריע: בערך 30-35% ב-Incoloy 800 לעומת בערך 19-22% ב-310S - והפער הזה הוא מה שמניע כל הבדל בביצועים ובעלות שנדון במאמר זה.

טבלה 1 - טווחי הרכב נומינליים לפי ASTM B408 / ASTM A240.

שתי תכונות בולטות. ראשית, תכולת הניקל הגבוהה יותר של Incoloy 800 מורידה את המסיסות ואת קצב הדיפוזיה של פחמן במטריצת המתכת, וזו הסיבה העיקרית שהוא מתנגד לקרבור טוב יותר מ-310S (נדון להלן). שנית, תוספות אלומיניום וטיטניום של 800 יוצרות משקעים בין-מתכתיים עדינים התומכים בחוזק-טמפרטורות גבוהות -, יתרון שאין ל-310S.

איזו סגסוגת עמידה בטמפרטורות תנור גבוהות יותר?

ל-310S יש תקרה מדורגת מעט יותר עבור עמידות חמצון טהורה (עד בערך 1150 מעלות לעומת בערך 1100 מעלות עבור Incoloy 800), אך Incoloy 800 מחזיקה בחוזק המכני והיציבות המבנית שלו טוב יותר בטווח הטמפרטורות שבו פועל תנור פיצוח בפועל.

עמידות לחמצון וביצועים מבניים הם שני מאפיינים שונים, וכאן לרוב מתבלבלים בין שתי הסגסוגות. 310תכולת הכרום הגבוהה של S מעניקה לו יציבות אבנית מצוינת באטמוספרות נקיות ומחמצנות, וזו הסיבה שהיא נפוצה בבטנות תנורים, חומרי כבשן וסלסילות טיפול בחום-. אבל תנור פיצוח אינו אטמוספרה חמצונית נקייה - הוא משלב טמפרטורה גבוהה עם שכבת גבול מפחיתה ועשירה בפחמן- על פני המתכת, בתוספת עומס מכני מתמשך ממשקל הצינור עצמו ומחזוריות תרמית. בתנאים משולבים אלה, Incoloy 800 - במיוחד דרגות 800H ו-800HT - שומרות על חוזק זחילה ויציבות מימדית גבוהים יותר, וזו הסיבה שהיא ברירת המחדל עבור חלקים פנימיים של תנור נושאות- ולא 310S.

איזו סגסוגת עמידה יותר בפחמימות?

Incoloy 800 מתנגד לקרבור בצורה משמעותית יותר מ-310S, מכיוון שתכולת הניקל הגבוהה יותר שלו מפחיתה הן את המסיסות והן את קצב הדיפוזיה פנימה של פחמן בטמפרטורות התנור - וקרבור, לא חמצון פשוט, הוא מצב הכשל הדומיננטי בחומרה לפיצוח של תנור.

קרבוריזציה מתרחשת כאשר פחמן מפחמימנים סדוקים או קוק דבוק מתפזר אל פני המתכת ויוצרים קרבידים שבירים לאורך גבולות התבואה. השכבה הקרבורית מאבדת משיכות והופכת נוטה להיסדק תחת הלחצים התרמיים והמכאניים של רכיבה על אופניים רגילה של תנור. מכיוון שלניקל יש מסיסות פחמן נמוכה, סגסוגות עשירות יותר בניקל מתנגדות להתקפה זו הרבה יותר מאשר ברזל-בדרגות כרום. 310S, עם רק 19-22% ניקל, רגישות באופן ניכר להתפרקות קרבוריזציה מאשר Incoloy 800 באותו שירות מושחת בקוק.

ניתוח כשל מתועד של קו העברה של תנור אתילן מבהיר את הנקודה: שפופרת Incoloy 800H - שכבר הייתה אחת הסגסוגות היותר עמידות לקרבור- הזמינות - נסדקה דרך עובי הדופן המלאה שלה לאחר חמש שנות שירות ברגע שמרבצי קוקה העלו את טמפרטורת הקיר וחשפו את האטמוספרה הפנימית {4}העשיר מספיק לפחמן{4}. המקרה ממחיש שני דברים בבת אחת: קרבוריזציה היא המנגנון שמהנדסי תנורים חייבים לתכנן נגד כולם, ואפילו Incoloy 800H אינו הוכחה לקרבור-אם לא מנוהלים קוקוס ובקרת טמפרטורה -, מה שהופך את 310S הרבה יותר רגיש לפחמן- לבחירה גרועה עבור כל אזור מגע עם קוקס מתמשך.

איזו סגסוגת עדיף-זחילה ועומס לטווח ארוך-חוזק נשיאה?

Incoloy 800 - במיוחד דרגות 800H ו-800HT - מציעה חוזק קרע זחילה- גבוה יותר עבור רכיבים נושאי עומס-; 310S מתאים רק לחומרה של תנורים טעונים קלות ולא-קריטית.

תומכים, קולבים וגליונות צינורות של מחליפי קו העברה- נושאים עומס מכני מתמשך בטמפרטורה גבוהה במשך שנים בין סיבובים, ולכן התנגדות הזחילה (הדפורמציה האיטית והקבועה המתרחשת תחת עומס בטמפרטורה גבוהה) חשובה לא פחות מההתנגדות בפני קורוזיה. Incoloy 800H ו-800HT משתמשות בתכולת פחמן מבוקרת ובגודל גרגר גס יותר במיוחד כדי להגדיל את חיי השבר-זחילה. 310S לא תוכנן עם מטרה זו, ולמרות שניתן לשרת אותו עבור סוגרים טעונים קלות, משטחים וחלקים פנימיים ללא-לחץ, הוא אינו המפרט המועדף עבור כל רכיב שצריך לשאת עומס מבנה על פני רכיב שיא של פרווה. ריצה רב-שנתית.

איזו סגסוגת עולה פחות לרכישה?

310S עולה פחות על בסיס-קילוגרם מאשר Incoloy 800, מכיוון שניקל הוא אלמנט הסגסוג היקר ביותר בשניהם, ו-310S מכיל בערך 30-40% פחות ממנו.

תמחור המתכות הבסיסיות עבור שתי הסגסוגות נע עם מחיר הניקל של בורסת המתכות בלונדון, אך ההשפעה היא פרופורציונלית לתכולת הניקל. מכיוון ש-Inkoloy 800 נושא בערך 30-35% ניקל לעומת כ-19-22% עבור 310S, מחיר הטחנה שלו לק"ג גבוה באופן עקבי, והפער הזה מתרחב בכל פעם שמחירי הניקל עולים. עבור פרויקטים או רכיבים מוגבלים בתקציב- מחוץ לאזורים החמורים ביותר של התנור, פער המחירים- ברכישה הוא סיבה לגיטימית לציין 310S.

איזו סגסוגת מספקת עלות בעלות כוללת נמוכה יותר?

אין מנצח אוניברסלי: Incoloy 800 מנצח בדרך כלל על עלות הבעלות הכוללת באזורי-קרבוריזציה, עומס-גבוהים מכיוון שהוא מונע כשל מוקדם וזמני השבתה לא מתוכננים; 310S בדרך כלל זוכה בעלות הכוללת של בעלות באזורי-חומרה נמוכים יותר שבהם מחיר הרכישה הנמוך שלו אינו מקוזז על ידי תועלת מהותית כלשהי.

מחיר הרכישה הוא רק שורה אחת במשוואת העלות. ערך הייצור של קרקר אתילן מגיע למיליוני דולרים ליום, כך שהפסקה לא מתוכננת הנגרמת על ידי מתלה צינור סדוק או יריעת צינורות-מקרבת יכולה לעלות הרבה יותר מכל תקציב החומר עבור רכיב זה - פעמים רבות, לאחר שאבד ייצור, עבודת תיקון חירום וחלקי חילוף מזורזים כלולים.

באזורים עם מגע ממושך של קוק, עומס מכני גבוה או גישה מוגבלת לבדיקה, מחיר הרכישה הגבוה יותר של Incoloy 800 מוחזר בדרך כלל פי כמה במהלך חיי שירות ארוכים ונמנע זמן השבתה. באזורי-טמפרטורות נמוכות יותר,-נמוכות עם גישה קלה לבדיקה והחלפה שגרתית, אותה פרמיה לא מקנה תועלת מעשית קטנה, ו-310S הוא המפרט הרציונלי יותר.

היכן יש להשתמש בכל סגסוגת בתנור פיצוח אתילן?

שמור את Incoloy 800/800H לפחמימות-נושאות-רכיבים נושאי עומס - תומכי צינורות-מקרינים-ומתלים, והעברת-צינורות מחליפי קווים וגליונות שפופרות - והשתמשו ב-310S לביצועים-תחתונים, חומרה{10 וחומרה פנימיים ללא{11}}לחץ.

כדאי גם לדייק לגבי מה שאף הסגסוגת לא משמשת עבורו: סליל הקרינה עצמו - צינור הפיצוח הראשי החשוף ישירות לטמפרטורות של תיבת האש מעל 1000 מעלות - הוא בדרך כלל יצוק צנטריפוגלי HK-40, HP, או סגסוגת HP שונה, לא Incoloy 8000 או 310S. Incoloy 800 ו-310S מתחרים על החומרה התומכת של הכבשן וציוד לשחזור חום, לא על סליל הקרינה.

טבלה 2 - בחירת סגסוגת אינדיקטיבית לפי אזור תנור. אשר תמיד את בסיס התכנון המכני של נותן הכבשן ואת הטמפרטורה האמיתית של-המפעל ופרופיל המתכת ופרופיל הקוקס.

כיצד עליך לבחור בין Incoloy 800 ל-310S עבור הפרויקט שלך?

בססו את ההחלטה על ארבע שאלות - טמפרטורת שיא המתכת, חשיפה לפחמן/קוק, עומס מכני ומרווח הסבב - ולא על מחיר הרכישה בלבד.

• טמפרטורת מתכת שיא: האם הרכיב עולה באופן קבוע על 815 מעלות בערך, היכן שהזחילה והקרבור מאיצים שניהם?
• חשיפה לפחמן: האם פני השטח נמצאים במגע מתמשך עם פחמימנים סדוקים או מרבצי קוק, או שהוא מבודד מגז התהליך?
• חובה מכנית: האם הרכיב נושא עומס גבול מבני או לחץ-, או שמא מדובר בתושבת, מגן או מגן בעומס קל?
• מרווח תפנית וגישה: כמה זמן חייב הרכיב להחזיק מעמד בין בדיקה לבדיקה, ועד כמה החלפה לא מתוכננת מפריעה?

אם התשובה לשלוש השאלות הראשונות נוטה לכיוון שירות חמור, Incoloy 800 (או 800H/800HT עבור העמדות התובעניות ביותר, נושאות עומס-) היא הבחירה הנכונה מבחינה טכנית וכלכלית למרות מחיר הרכישה הגבוה שלה. אם הרכיב יושב באזור קריר יותר,-עומס נמוך יותר, הנבדק בקלות, 310S מספק ביצועים נאותים בעלות נמוכה משמעותית.

תַקצִיר

שאלות נפוצות

האם Incoloy 800 זהה ל-310 נירוסטה?

מס' Incoloy 800 היא סגסוגת ניקל-ברזל-עם כ-30-35% ניקל, בעוד ש-310S הוא נירוסטה-ברזל-ניקל עם כ-19-22% ניקל. הם קשורים ביישום אך שייכים למשפחות סגסוגות שונות בעלות תכונות שלטוניות שונות.

האם ניתן לרתך את Incoloy 800 ו-310S זה לזה?

כן, ריתוכים שונים-מתכתיים בין Incoloy 800 ו-310S נפוצים בייצור תנורים והם עשויים בדרך כלל עם מתכת מילוי על בסיס ניקל- כדי להתאים את ההבדל בהתפשטות התרמית ובהרכב בין שתי הסגסוגות.

איזו סגסוגת משמשת לסליל הקרינה (צינור פיצוח) עצמו?

לא Incoloy 800 ולא 310S. סלילי קורן משתמשים בדרך כלל ביציקה צנטריפוגליית של HK-40, HP, או סגסוגות HP שעברו שינוי, המיועדות לדרישות הזחילה והטמפרטורה הקיצוניות של תיבת האש. Incoloy 800 ו-310S מוגדרים עבור חומרה תומכת, לא הסליל עצמו.

האם 310S מתנגד בכלל לקרבור?

310S מציע עמידות מסוימת לקרבור מתכולת הכרום שלו, אך פחותה משמעותית מ-Incoloy 800, מכיוון שעמידות הקרבור מתקדמת בעיקר עם תכולת ניקל וב-310S יש בערך חצי מהניקל של Incoloy 800.

האם Incoloy 800 תמיד הבחירה הטובה ביותר ללא קשר לעלות?

לא. באזורי תנורים-נמוכים יותר,-נמוכים, הנבדקים בקלות, 310S מספק ביצועים נאותים במחיר רכישה נמוך יותר, וציון Incoloy 800 שם מוסיף עלות ללא תועלת שירות תואמת-לחיים.