ما السبائك المستخدمة في مسبوكات المُصلِحات والأفران؟

تأتي معظم مسبوكات الأفران من عائلة Fe-Cr-Ni المصبوبة المقاومة للحرارة: HH وHK40 (25Cr-20Ni) وHT ودرجات من نوع HP (25Cr-35Ni). وللأنابيب يكون الخيار المعتاد اليوم HP المعدل بالنيوبيوم وعناصر السبك الدقيق. وحيث يهاجم رماد الوقود الدعامات والعلّاقات، تُستخدم 50Cr-50Ni-Nb (من نوع IN657).

تغطي ASTM A297 مسبوكات الحديد والكروم والحديد والكروم والنيكل للخدمة العامة المقاومة للحرارة، ومن درجاتها HH وHK وHT. وتغطي ASTM A608 أنابيب Fe-Cr-Ni المصبوبة بالطرد المركزي لخدمة الضغط عند درجات الحرارة العالية، وتشمل منذ إصدار 2020 درجات HP المحتوية على النيوبيوم. وتغطي ASTM A447 مسبوكات 25Cr-12Ni لأجزاء الأفران ودعامات الأنابيب. وتغطي ASTM A351 المسبوكات الأوستنيتية للأجزاء الحاوية للضغط. والدرجة 50Cr-50Ni-Nb مدرجة في ASTM A560. وأيها ينطبق يعتمد على ما إذا كان الجزء يحتوي الضغط وكيف يُصب.

ما وظيفة الأنابيب الإشعاعية في السخان الناري؟

الأنابيب الإشعاعية، وتسمى أنابيب المحفّز في المُصلِح البخاري، تحمل غاز العملية عبر صندوق الاحتراق وتأخذ الحرارة من المواقد. وفي المُصلِح تكون مملوءة بالمحفّز. وهي أسخن أجزاء الضغط في الفرن، لذا تحدد سبيكتها وسماكة جدارها مدة تشغيل الفرن.

لماذا تفشل الأنابيب الإشعاعية؟

تفشل الأنابيب الإشعاعية أساسًا بالزحف: تشوه بطيء تحت الضغط عند حرارة عالية، ينتهي بتجاويف على حدود الحبيبات ثم شقوق ثم انفجار. وأحداث فرط التسخين القصيرة تسرّع ذلك بحدة. وتجد تحليلات الأعطال المنشورة لأنابيب مُصلِح من HP-Nb تجاويف زحف بجوار كربيدات الكروم، وشقوقًا قرب اللحامات المحيطية حيث يكون الجدار أسخن.

وتضيف ملفات تكسير الإيثيلين الكربنة. فالفحم المترسب على الجدار الداخلي يغذي المعدن بالكربون، وتؤدي الكربنة مع الزحف إلى الانتفاخ والانحناء والتشقق. ويمكن لسبائك النيكل العالي أن تخفي الكربنة عن الفحص المغناطيسي، وتصبح الأنابيب المكربنة صعبة اللحام.

ما السبيكة المستخدمة لأنابيب المُصلِح؟

تُصب أنابيب المُصلِح بالطرد المركزي، عادةً من HP المعدل (25Cr-35Ni-Nb) مع إضافات سبك دقيق مثل التيتانيوم. وكانت HK40 سبيكة أنابيب المُصلِح الأصلية. ثم حلت محلها الدرجات المعدلة بالنيوبيوم ثم HP-mod لأنها تعطي مقاومة زحف أعلى، ويسمح HP دقيق السبائك بجدران أرقّ. وتكوّن الإضافات الصغيرة من التيتانيوم والنيوبيوم والزركونيوم كربيدات دقيقة مستقرة تقاوم الزحف.

ما يُكتب في طلب عرض السعر: الدرجة والمواصفة (مثلًا درجة ASTM A608)، والقطر الداخلي والحد الأدنى للجدار السليم، والطول، وتشغيل التجويف الداخلي، ودرجة حرارة التصميم والضغط، وتحضير نهايات اللحام.

نصب الأنابيب الإشعاعية وأنابيب الأفران بالطرد المركزي، مستقيمة أو بتشكيلات U وW وY، مع الأكواع والوصلات على شكل Y التي تربط بينها، للسخانات النارية (fired heaters) والأفران الصناعية. استفسر عن أنابيب الأفران →

ما وظيفة أكواع U والوصلات على شكل Y في ملف الفرن؟

أكواع الرجوع على شكل U تعكس اتجاه التدفق بين أنبوبين مستقيمين. والوصلات على شكل Y تفرّع التدفق أو تجمعه بين المسارات. وهي تجهيزات مصبوبة تُلحم في الملف، فيضيف كل منها لحامين أو ثلاثة في المنطقة الساخنة.

لماذا تتشقق أكواع الرجوع والوصلات على شكل Y؟

تتعرض الأكواع والوصلات للزحف والكربنة نفسيهما كالأنابيب، إضافة إلى إجهاد الانحناء الناتج عن التمدد الحراري عند كل بدء تشغيل وتوقف. وكثيرًا ما تبدأ الشقوق عند اللحامات التي تصلها بالأنابيب. وفي المادة المتقادمة تجعل الكربيدات الثانوية وطور سيغما المعدن هشًا، وخلصت دراسة لسبيكة HK40 متقادمة في الخدمة إلى أنها غير صالحة للإصلاح باللحام.

تُصب الأكواع والوصلات عادةً من عائلة الدرجات نفسها التي تنتمي إليها الأنابيب التي تربطها، حتى تتوافق اللحامات.

ما يُكتب في طلب عرض السعر: نصف قطر الانحناء أو المسافة بين المركزين، والقطر الداخلي والجدار المطابقان للأنبوب، والدرجة المطابقة للملف، وشطفة نهاية اللحام.

نصب أكواع U والوصلات على شكل Y، صبًّا ساكنًا أو بالطرد المركزي بحسب ما يناسب الشكل. استفسر عن الأكواع →

ما وظيفة مجمّع المخرج في المُصلِح البخاري؟

مجمّع المخرج، أو المُجمِّع، يجمع الغاز المُصلَح الساخن من كل أنبوب محفّز ويرسله إلى خط النقل. وتصل كل أنبوب به أنابيب صغيرة مرنة (pigtails) أو قطع قصيرة. وتتكون منظومة المُجمِّع من وصلات T ومخفّضات مصبوبة.

لماذا تفشل مجمّعات مخرج المُصلِح؟

تفشل المجمّعات عند اللحامات. فقد وجد تحليل أعطال منشور تسربات في منطقة انصهار اللحام لمجمّع مُصلِح أولي بعد نحو 22,000 ساعة، سببها أنبوب ومعدن حشو بسيليكون مرتفع بوجود النيوبيوم، مما كوّن طور Laves الهش. كما تعاني الأنابيب المرنة على السقف من الكلال الحراري: تقلبات الحرارة تولّد شقوقًا تبدأ من الجدار الداخلي وتنمو إلى الخارج حتى التسرب.

تكون مسبوكات المجمّعات عادةً من درجات من نوع HP أو درجات Fe-Cr-Ni أخرى مقاومة للحرارة، تُختار مع الأنبوب ومعدن الحشو كمنظومة واحدة.

ما يُكتب في طلب عرض السعر: الرسم، والدرجة وحدود التركيب الكيميائي (بما فيها السيليكون)، والأنبوب ومعدن الحشو الذي ستُلحم به، ودرجة حرارة التصميم والضغط، وNDT المطلوب.

نصب مجمّعات المُصلِح وأجزاء المُجمِّع. أما دعامات X-mas trees فهي جزء منفصل: دعامات أنابيب في السخانات النارية، تستقر عليها الأنابيب، وتُصب بمجموعة من الدرجات. استفسر عن المجمّعات →

ما وظيفة دعامات الأنابيب والدعامات السُلّمية؟

تثبّت دعامات الأنابيب والدعامات من النوع السُلّمي الأنابيب الإشعاعية في موضعها على طول جدار صندوق الاحتراق أو أرضيته. تحمل الوزن وتحافظ على المسافة بين الأنابيب، وتنزلق الأنابيب عليها أثناء تمددها. وتقع في غاز المداخن الساخن دون أي تبريد من العملية بداخلها، لذا كثيرًا ما تعمل بحرارة أعلى من الأنابيب.

لماذا تفشل دعامات أنابيب الأفران؟

تفشل الدعامات بالزحف والتشوه، وبالأكسدة، وبالتآكل الساخن بفعل رماد الوقود عندما يحرق السخان زيتًا يحتوي على الفاناديوم والصوديوم. فالرماد المحتوي على خامس أكسيد الفاناديوم وكبريتات الصوديوم يهاجم دعامات 25Cr-20Ni العادية. وعندما تتدلى دعامة أو تنكسر، تنحني الأنابيب وتتلامس وترتفع حرارتها.

يغطي API 560 تصميم دعامات الأنابيب في سخانات المصافي النارية، بما في ذلك أحمال التصميم والإجهادات المسموح بها لمواد الدعامات. ودرجة 25Cr-20Ni المصبوبة (من نوع HK) مادة دعامات شائعة. وفي خدمة رماد الوقود الثقيلة تكون 50Cr-50Ni-Nb الخطوة المعتادة التالية. فهي تقاوم هجوم الفاناديوم لكنها مكلفة وأقل مطيلية.

ما يُكتب في طلب عرض السعر: الرسم، والدرجة، ونوع الوقود ومحتواه من الفاناديوم والصوديوم إذا كان الإشعال بالزيت، ودرجة حرارة المعدن التصميمية، وأي فحوص حمل اختباري أو أبعاد.

نصب دعامات الأنابيب والدعامات السُلّمية، بما في ذلك من HP-Nb. استفسر عن الدعامات السُلّمية للأنابيب →

ما وظيفة علّاقات الأنابيب في فرن المُصلِح؟

تعلّق علّاقات الأنابيب الأنابيبَ الإشعاعية من السقف أو تثبتها إلى الجدار. وفي السخانات المعلقة من الأعلى تحمل العلّاقات الوزن الكامل للملف. فإذا زحفت علّاقة أو تشققت، انتقل حملها إلى الأنابيب التي تحتها.

لماذا تفشل علّاقات الأنابيب؟

تفشل العلّاقات بالاستطالة بالزحف والتشوه وتآكل رماد الوقود، وهي آليات الدعامات نفسها. فرماد كبريتات الصوديوم وخامس أكسيد الفاناديوم يسبب تآكلًا ساخنًا عند حرق الوقود منخفض الجودة. وسبيكة 25Cr-20Ni المصبوبة مادة شائعة للعلّاقات، ويوصى بـ 50Cr-50Ni-Nb حيث يكون هجوم الرماد شديدًا.

ما يُكتب في طلب عرض السعر: الرسم، والدرجة، والموضع في السقف أو الجدار، وتحليل الوقود، وحمل التصميم ودرجة حرارة المعدن، ومتطلبات وسم الدرجة والصبة.

نصب علّاقات الأنابيب للسقف والجدار مع صب الدرجة ورقم الصبة عليها. استفسر عن علّاقات الأنابيب →

ما وظيفة لوح الأنابيب في السخان الناري؟

لوح الأنابيب صفيحة مصبوبة بنمط من الثقوب توجّه صفًا من الأنابيب وتدعمه، غالبًا في قسم الحمل الحراري أو عند طرفي صندوق المُصلِح. وتحافظ على الخطوة بين الأنابيب مع السماح لها بالانزلاق عبرها أثناء التمدد.

لماذا تفشل ألواح الأنابيب؟

تفشل ألواح الأنابيب بالتشوه والتشقق بين الثقوب والأكسدة وتآكل رماد الوقود. فاللوح الملتوي يقيّد الأنابيب فلا تستطيع الانزلاق، مما يحمّلها بالانحناء. وتظهر ألواح الأنابيب لخدمة رماد الوقود في قوائم تطبيقات 50Cr-50Ni-Nb لدى منتجي السبائك؛ وإلا فإنها تُصب من درجات مقاومة للحرارة مثل HK40 أو HH.

ما يُكتب في طلب عرض السعر: الرسم مع نمط الثقوب والتفاوتات، والدرجة، وقسم السخان، ونوع الوقود، وما إذا كانت الثقوب مصبوبة أم مثقوبة آليًا.

نصب ألواح الأنابيب للمُصلِحات والسخانات مع ثقب نمط الثقوب آليًا. استفسر عن ألواح الأنابيب →

ما الغرض من فتحات المراقبة وأبواب الرؤية وأبواب الدخول؟

تتيح فتحات المراقبة وأبواب الرؤية للمشغلين النظر داخل صندوق الاحتراق إلى اللهب والأنابيب أثناء تشغيل السخان؛ وتُستخدم التسميات بشكل فضفاض، والرسم هو الذي يحدد التصميم. أما أبواب الدخول فتتيح دخول الأفراد عند التوقف. وكلاهما يغلق فتحة في الغلاف الساخن، لذا يتعرض وجهه الداخلي لحرارة صندوق الاحتراق.

لماذا تفشل أبواب الأفران؟

تلتوي الأبواب وإطاراتها وتتقشر وتتشقق من التسخين والتبريد المتكررين، خاصة عند فتحها أثناء الخدمة. والباب المشوه يسرّب الهواء إلى صندوق الاحتراق أو الغاز الساخن إلى الخارج.

تعتمد الدرجة على مدى سخونة الوجه الداخلي. نصب فتحات المراقبة وأبواب الرؤية وأبواب الدخول، مع إطاراتها، بالدرجة المحددة في رسم المشتري.

ما يُكتب في طلب عرض السعر: الرسم، والدرجة، وحرارة الوجه الساخن، وما إذا كان الإطار والباب يُوردان معًا.

استفسر عن فتحات المراقبة وأبواب الرؤية → · استفسر عن أبواب الدخول →

هل يمكنكم صب قطع بديلة لإصلاح الفرن أو للتوقف الدوري؟

نعم. نصب علّاقات ودعامات وألواح أنابيب وأكواعًا وأبوابًا بديلة وفق رسمكم، أو من الجزء القديم أو من صور مع أبعاد عند عدم وجود رسم؛ وتسرد قائمة عرض السعر ما يجب إرساله. أرسل رسمك →

الأسئلة الشائعة

ما الفرق بين HK40 وHP المعدل؟

انظر المقارنة الكاملة في HK40 مقابل HP-Nb. HK40 سبيكة مصبوبة من 25Cr-20Ni. وHP من 25Cr-35Ni، ويضيف HP المعدل النيوبيوم، غالبًا مع عناصر سبك دقيق مثل التيتانيوم. ويمنح النيكل الإضافي والكربيدات الدقيقة HP-mod مقاومة زحف أعلى، ولهذا حل محل HK40 في معظم أنابيب المُصلِح.

ماذا يعني "دقيق السبائك" بالنسبة إلى أنبوب المُصلِح؟

يعني إضافات صغيرة من عناصر مثل التيتانيوم أو النيوبيوم أو الزركونيوم. تكوّن هذه العناصر تشتتًا دقيقًا من الكربيدات يبقى مستقرًا عند الحرارة العالية ويبطئ الزحف. ويستخدم المصنعون المقاومة الإضافية لتقديم جدران أرقّ.

متى يجب أن تكون الدعامات والعلّاقات من 50Cr-50Ni-Nb؟

(صفحة الدرجة: 50Cr-50Ni-Nb.) عندما يحرق السخان زيت وقود يحتوي على كميات معتبرة من الفاناديوم والصوديوم والكبريت. فرماد هذا الوقود يُتآكل علّاقات 25Cr-20Ni. وتقاوم الدرجة 50Cr-50Ni-Nb هذا الهجوم، بتكلفة أعلى ومطيلية أقل.

ما هي الكربنة في أنبوب الفرن؟

الكربنة هي انتشار الكربون في جدار الأنبوب من غاز عملية غني بالكربون أو من الفحم المترسب على الجدار الداخلي. وهي تجعل المعدن هشًا وصعب اللحام، ومع الزحف تسبب الانتفاخ والتشقق. وهي مصدر قلق رئيسي في ملفات تكسير الإيثيلين.

هل يمكن إصلاح مسبوكات المُصلِح المتقادمة باللحام؟

غالبًا ليس بسهولة. فالخدمة الطويلة ترسّب كربيدات ثانوية، وفي بعض السبائك طور سيغما، مما يجعل المعدن هشًا. وخلصت دراسة منشورة لجزء مُصلِح متشقق من HK40 إلى أنه غير صالح للإصلاح باللحام. وقرارات الإصلاح تحتاج إلى تقييم معدني للجزء الفعلي.

ما الفرق بين الصب الساكن والصب بالطرد المركزي لأجزاء الأفران؟

الصب بالطرد المركزي يدير القالب، وهذا يناسب الأجزاء المستديرة مثل الأنابيب والبطانات والأسطوانات. والصب الساكن في قوالب رملية يناسب أي شكل، مثل الدعامات والعلّاقات وألواح الأنابيب والتجهيزات. ونستخدم الطريقة التي تناسب الجزء.

أي مواصفة ASTM تغطي أنابيب الأفران المصبوبة بالطرد المركزي؟

تغطي ASTM A608 أنابيب سبائك الحديد والكروم والنيكل عالية السبك المصبوبة بالطرد المركزي لخدمة الضغط عند درجات الحرارة العالية. وتغطي ASTM A297 المسبوكات العامة المقاومة للحرارة، وتغطي ASTM A351 المسبوكات الأوستنيتية للأجزاء الحاوية للضغط.

هل يغطي API 560 دعامات الأنابيب؟

نعم. يغطي API 560 السخانات النارية للخدمة العامة في المصافي، بما في ذلك تصميم دعامات الأنابيب وأحمال تصميمها والإجهادات المسموح بها.

لماذا تتشقق الأنابيب المرنة (pigtails) في المُصلِح؟

تنثني الأنابيب المرنة مع تمدد الأنابيب والمجمّع وانكماشهما، فتحمل إجهاد انحناء عند كل بدء تشغيل وتوقف. وتسبب تقلبات الحرارة شقوق كلال حراري تبدأ من الجدار الداخلي وتنمو إلى الخارج حتى التسرب.

المصادر

قراءات إضافية: Förster، الكلال الحراري في الأنابيب المرنة للمُصلِح · Revista de Metalurgia، إصلاح HK40 باللحام وطور سيغما

هل تحتاج إلى صب أحد هذه الأجزاء؟ اطلع على المسبوكات التي نصنعها ودرجات السبائك لدينا، أو أرسل إلينا رسمًا.

مسبوكات أفران المُصلِح والأفران الإشعاعية: وظيفة كل جزء وسبب فشله