ما هي المواد الشائعة لأنابيب الغلايات؟

ما هي أنابيب الغلايات؟

تُصنع أنابيب الغلايات من الفولاذ الكربوني أو الفولاذ السبائكي، وتتحمل الضغوط ودرجات الحرارة العالية. أنابيب الغلايات غير الملحومة، وتأتي بنوعين: متوسط الضغط وعالي الضغط، حسب الاستخدام. تُعدّ أنابيب الغلايات مهمة للعديد من الصناعات، وخاصةً غلايات البخار ومحطات الطاقة والمصانع.

تُصنع أنابيب الغلايات بعناية فائقة لضمان متانتها وموثوقيتها. دعونا نلقي نظرة فاحصة على كيفية تصنيعها. اختيار المواد: تُعد أنابيب الغلايات غير الملحومة عاملاً أساسياً في ضمان التشغيل الآمن والفعال للغلايات. ونظرًا لظروف التشغيل الصعبة داخل الغلاية، يجب أن تلبي المادة متطلبات الأداء الصارمة. لذلك، عادةً ما تُصنع أنابيب الغلايات غير الملحومة من الفولاذ الكربوني أو الفولاذ السبائكي أو الفولاذ المقاوم للصدأ عالي الجودة. يعتمد عمر خدمة أنابيب الغلايات غير الملحومة على عوامل مختلفة، مثل نوع المادة وبيئة التشغيل والصيانة، ولكنها عادةً ما تدوم لأكثر من 10 سنوات.

المواد الشائعة الاستخدام لأنابيب غلايات الضغط العالي

تُستخدم غلايات الضغط العالي الفولاذية حاليًا على نطاق واسع في قطاعات البتروكيماويات، والآلات، والمعادن، والطاقة، والصناعات الخفيفة، والدفاع الوطني، وحماية البيئة، والمحيطات، والفضاء، والحياة، وغيرها من القطاعات الصناعية، ومجالات البحث العلمي. تتراوح مواصفاتها بين 10 و1064 مم فأكثر. وتمتلك العديد من الشركات القدرة على إنتاج أنابيب غلايات الضغط العالي. أنواع الفولاذ التي يستخدمونها عالية الجودة أيضًا، بما في ذلك الفولاذ الكربوني عالي الجودة 20G، والفولاذ المنغنيزي SA-106C، وSA-210C، والفولاذ النحاسي 15Mo3، وSA-209T1a، والفولاذ الكروم-الموليبدينوم SA-213T2، و15CrMoG، وSA-213T22، والفولاذ الكروم-الموليبدينوم-الفاناديوم 12Cr1MoVG، و12Cr2MoWVTiB (الفولاذ 102)، وSA-213T91، والفولاذ الكروم-النيكل SA-213TP304H، وSA-213TP347H، وغيرها من المواد.

تُستخدم في التصنيع عادةً أنواعٌ من الفولاذ الكربوني عالي الجودة (10، 20)، والفولاذ السبائكي (12crmo، 15crmo)، والفولاذ المقاوم للحرارة (12cr2mo، 15cr5mo)، والفولاذ المقاوم للصدأ (1cr18ni9، 1cr18ni9ti). بالإضافة إلى التركيب الكيميائي والخصائص الميكانيكية المختلفة لأنابيب الفولاذ، يجب ضمان اختبارات ضغط الماء، والتسوية، والتمدد، وغيرها، بالإضافة إلى جودة السطح والاختبارات غير الإتلافية. المواد: 20G، 20MnG، 25MnG، 15MoG، 20MoG، 12CrMoG، 15CrMoG، 12Cr2MoG، 12CrMoVG، 12Cr3MoVSiTiB، 1Cr18Ni9، 1Cr18Ni11Nb

متطلبات مواد أنابيب الغلايات:

يجب اختيار المواد المستخدمة في أنابيب الغلايات بعناية لتلبية المتطلبات التالية:

(1) مقاومة عالية لدرجات الحرارة والقوة
غالبًا ما تكون أنابيب الغلايات عالية الضغط في ظروف درجات حرارة وضغط مرتفعين أثناء الاستخدام. تحت تأثير غازات المداخن عالية الحرارة وبخار الماء، تتأكسد الأنابيب وتتآكل. يجب أن تتمتع الأنابيب الفولاذية بقوة تحمل عالية، ومقاومة عالية للأكسدة والتآكل، وثبات هيكلي جيد. ظروف عمل أنابيب الغلايات عالية الضغط قاسية للغاية. يجب أن تعمل هذه الأنابيب بأمان لمدة تتراوح بين 10 و20 عامًا أو أكثر تحت ضغط ودرجة حرارة مرتفعتين وتدفق هواء عالي السرعة وتدفق مياه وتآكل غاز الفحم.

(2) الموصلية الحرارية

أنابيب الغلايات، وخاصةً أنابيب الغلايات عالية الضغط، هي أنابيب لنقل البخار أو الماء الساخن عالي الحرارة والضغط، وتلعب دورًا هامًا. في تصميم واستخدام أنابيب الغلايات عالية الحرارة، تُعد الموصلية الحرارية مؤشرًا بالغ الأهمية.

التوصيل الحراري هو عملية انتقال الحرارة من جسم ذي درجة حرارة عالية إلى جسم ذي درجة حرارة منخفضة. في أنابيب الغلايات عالية الحرارة، يتم التوصيل الحراري بشكل رئيسي من خلال جدار الأنبوب. ترتبط الموصلية الحرارية لجدار الأنبوب بالموصلية الحرارية، وسمك الجدار، وقطر الأنبوب، وتدرج درجة الحرارة، وما إلى ذلك للمادة.

المواد المستخدمة عادةً في أنابيب الغلايات

يعتمد اختيار مواد أنابيب الغلايات بشكل كبير على ظروف التشغيل داخل الغلاية، بما في ذلك درجة الحرارة والضغط واحتمالية التآكل. فيما يلي المواد الأكثر شيوعًا لتصنيع أنابيب الغلايات عالية ومتوسطة الضغط:

1. الفولاذ الكربوني
يُعد الفولاذ الكربوني من أكثر المواد استخدامًا في تصنيع أنابيب الغلايات متوسطة الضغط. يتميز بقوة ميكانيكية ممتازة وفعالية من حيث التكلفة. أكثر أنواع الفولاذ الكربوني شيوعًا المستخدمة في أنابيب الغلايات هي:
20G: يُستخدم الفولاذ الكربوني 20G غالبًا في الغلايات منخفضة ومتوسطة الضغط، وهو فولاذ كربوني عالي الجودة يتميز بتوازن جيد بين القوة والتوصيل الحراري.
20MnG و25MnG: يتميز هذان النوعان بقوة شد أعلى، وهما مناسبان للتطبيقات التي تتطلب ضغوطًا أعلى قليلًا.

2. الفولاذ السبائكي
يُعد الفولاذ السبائكي ضروريًا للتطبيقات عالية الضغط ودرجات الحرارة العالية. تُضاف عناصر السبائك، مثل الكروم والموليبدينوم والفاناديوم، لتحسين مقاومة الحرارة والقوة ومقاومة التآكل. من بين أنواع الفولاذ السبائكي الشائعة الاستخدام:

12Cr1MoVG: فولاذ من الكروم والموليبدينوم والفاناديوم، يتميز بأداء ممتاز في درجات الحرارة العالية، ويُستخدم غالبًا في أجهزة التسخين الفائق وأجهزة إعادة التسخين في غلايات الضغط العالي.

15CrMoG: تشتهر هذه المادة بمقاومتها للأكسدة والتآكل، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات الضغط العالي التي تتطلب استقرارًا حراريًا ومقاومة للتآكل.

12Cr2MoG: سبيكة أخرى من الكروم والموليبدينوم، توفر مقاومة مُعززة للأكسدة والضغط في درجات الحرارة العالية.

3. الفولاذ المقاوم للحرارة

للتطبيقات التي تتطلب مقاومة استثنائية للحرارة، يُستخدم الفولاذ المقاوم للحرارة في غلايات درجات الحرارة العالية. صُممت هذه الفولاذات للحفاظ على قوتها ومقاومة الأكسدة في الظروف القاسية:

12Cr2Mo: يُعرف هذا الفولاذ بمقاومته الممتازة للحرارة، ويُستخدم عادةً في غلايات الضغط المتوسط إلى العالي، حيث يمكن أن تصل درجات الحرارة إلى 450 درجة مئوية.

15Cr5Mo: تُحسّن هذه المادة من متانة الفولاذ المقاوم للصدأ في درجات الحرارة العالية، ويُستخدم غالبًا في بيئات ذات تقلبات حادة في درجات الحرارة.

4. الفولاذ المقاوم للصدأ

يُختار الفولاذ المقاوم للصدأ لمقاومته الفائقة للتآكل، خاصةً في البيئات المعرضة للرطوبة أو التعرض للمواد الكيميائية. ويُستخدم عادةً في تطبيقات الضغط العالي وفي الحالات التي تتطلب مقاومة عالية للمواد المسببة للتآكل. تشمل أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الشائعة لأنابيب الغلايات:

1Cr18Ni9: فولاذ مقاوم للصدأ أوستنيتي يتميز بمقاومة جيدة للتآكل ومتانة في درجات الحرارة المرتفعة، وهو مناسب لبيئات البخار عالية الحرارة.

1Cr18Ni9Ti: يحتوي هذا النوع على التيتانيوم، مما يُحسّن من مقاومة المادة للحرارة والتآكل، ويُستخدم غالبًا في بيئات ذات تعرض كيميائي قوي.

Boiler Tube Materials Standards & Specifications

Material Type	Standards	Common Sizes	Types
Carbon Steel	ASTM/ASME A/SA 106, ASTM A179, ASTM A192, ASTM/ASME A/SA 210, ASTM A333 Gr 1, 6, 7 to Gr 9	OD: 6mm to 1240mm, Thickness: 1mm to 50mm	Straight boiler pipe, U boiler steel pipe for tube exchanger bundle
Alloy Steel	ASTM/ASME A/SA 213 T1, T2, T5, T9, T11, T12, T22, T91, T92; ASTM A335 P1, P2, P5, P9, P11, P12, P22, P91, P92	OD: 6mm to 1240mm, Thickness: 1mm to 50mm	Straight boiler pipe, U boiler steel pipe for tube exchanger bundle
Stainless Steel	ASTM A268, ASTM A213, TP304/L, TP316/L, 310S, 309S, 317, 317L, 321, 321H, Duplex Stainless Steel	OD: 6mm to 1240mm, Thickness: 1mm to 50mm	Straight boiler pipe, U boiler steel pipe for tube exchanger bundle

Attribute	Carbon Steel Boiler Tubes	Stainless Steel Boiler Tubes	Alloy Steel Boiler Tubes
Chemical Composition	Iron and carbon, low carbon content (<0.35%)	At least 10.5% chromium, often with nickel, molybdenum	Iron, carbon, and various alloying elements (e.g., manganese, silicon, chromium, nickel)
Mechanical Properties	Lower strength and hardness	Good formability; moderate strength	Higher strength, toughness, and wear resistance
Corrosion Resistance	Low; may need coatings or linings	High due to chromium oxide layer	Good to excellent, depending on alloying elements
Applications	General-purpose, low to moderate temperature and pressure	Corrosive environments, food processing, chemical industry	High-temperature and high-pressure applications, such as in power stations
Cost and Economy	Lower initial cost; may require more maintenance	Higher initial cost; potentially lower lifecycle cost	Varies; can be more expensive due to alloy content
Environmental Impact and Sustainability	Regular maintenance may be needed	Recyclable; low maintenance	Varies; some alloys are highly recyclable
Lifespan	Shorter lifespan if not properly protected against corrosion	Longer lifespan due to self-healing properties and corrosion resistance	Long lifespan, especially in harsh environments; depends on alloy composition

Boiler tube components and materials used:

Boiler Component	Function Description	Typical Material Used
Water Wall Tubes	Main heat-receiving surface around the furnace.	Carbon Steel
Convection Tubes	Further heating of fluid in the convection area of the boiler.	Carbon Steel or Alloy Steel
Downcomer Tubes	Transport water from the steam drum to the downcomer.	Carbon Steel
Header (Collector)	Collects and distributes boiler water; not typically exposed to radiant heat.	Carbon Steel or Stainless Steel
Superheater Tubes	Heat saturated steam into superheated steam, improving steam quality.	Alloy Steel
Economizer Tubes	Use residual heat from exhaust gases to raise feedwater temperature.	Carbon Steel or Alloy Steel

تطبيقات مواد أنابيب الغلايات المختلفة

تصنيف استخدامات أنابيب الغلايات عالية الضغط: تُستخدم لتسخين الأنابيب السطحية في غلايات الضغط المنخفض والمتوسط (لا يتجاوز ضغط التشغيل عادةً 5.88 ميجا باسكال، ودرجة حرارة التشغيل أقل من 450 درجة مئوية)؛ تُستخدم لتسخين الأنابيب السطحية، والموفرات، والمسخنات الفائقة، وأجهزة إعادة التسخين، وأنابيب صناعة البتروكيماويات، وغيرها من غلايات الضغط العالي (يتجاوز ضغط التشغيل عادةً 9.8 ميجا باسكال، ودرجة حرارة التشغيل بين 450 و650 درجة مئوية).

وفقًا لمواد التركيب، يمكن تقسيمها إلى: أنبوب غلاية عالي الضغط 20G، أنبوب غلاية عالي الضغط 12Cr1MoVG، أنبوب غلاية عالي الضغط Gangyan 102، أنبوب غلاية عالي الضغط 15CrMoG، أنبوب غلاية عالي الضغط 5310، أنبوب غلاية منخفض ومتوسط الضغط 3087، أنبوب غلاية عالي الضغط 40Cr، أنبوب غلاية عالي الضغط 1Cr5Mo، أنبوب غلاية عالي الضغط 42CrMo. يُستخدم 20G عادةً في حالات الضغط المنخفض. 20G، وهو نوع من الفولاذ Q245R، يُستخدم في صفيحة الغلاية. g هو الحرف الأول من كلمة "pot" في صفيحة الغلاية. معيار التنفيذ: GB713-1997 (تُطبّق المعايير الداخلية والخارجية هذا المعيار). نطاق التطبيق: صفائح فولاذية بسمك 6 مم إلى 150 مم.

نظراً لأن صفيحة الفولاذ تُسلّم بتسامح إيجابي، فإن صفيحة الغلاية تحتوي أيضاً على جدول قيمة إضافية للسمك. عند حساب وزن صفيحة الفولاذ نظرياً، يلزم إضافة القيمة المقابلة في الجدول بناءً على السُمك. ووفقاً للمتطلبات، يمكن تسليم صفيحة الفولاذ بعد المعالجة الحرارية: الدرفلة المُتحكم بها، والتطبيع، وغيرها. يُطبّق معيار كشف العيوب على النحو التالي: JB/T4730.3-2005، مُقسّماً إلى ثلاثة مستويات.