کاربرد لوله استیل 310 در بویلرها

استفاده از لوله و تیوب استیل 310 در ساخت بویلرها، به دلیل ویژگی‌های منحصر به فردی است که این آلیاژ نسبت به سایر گریدهای استنلس استیل دارد. مقاومت در برابر خوردگی و استحکام در دمای بالا از جمله ویژگی‌هایی هستند که در ساخت بویلرهای صنعتی از اهمیت بالایی برخوردار است. به همین دلیل نیز در ساخت بویلرها باید از متریالی استفاده شود که این نیازها را برآورده نماید. لوله استیل 310 به خوبی می‌تواند در این شرایط ایفای نقش کند. در ادامه این مطلب از استیل رخ به بررسی ویژگی‌های این گرید می‌پردازیم و استفاده از لوله استیل 310 در بویلرهای صنعتی را بررسی می‌کنیم.

استیل 310 چیست؟

در میان گریدهای استنلس استیل، گرید 310 از جمله گریدهایی است که مقاومت بسیار خوبی در برابر حرارت دارد. علاوه بر این ویژگی، مقاومت آن نیز در برابر خوردگی به گونه‌ای است که می‌توان از آن در محیط‌های حاوی مواد خورنده نیز استفاده کرد. لوله استیل 310 دارای حدود 24% تا 26% وزنی کروم است و علاوه بر کروم نیز 19% تا 22% نیکل، 2% منگنز و حدود 0.25% کربن دارد. این عناصر در کنار یکدیگر توانسته‌اند ویژگی‌هایی مانند مقاومت در برابر خوردگی، شکل‌پذیری خوب و مقاومت بالا در برابر حرارت را برای این آلیاژ به ارمغان آورند.

استیل 310 دارای دو گرید زیرمجموعه با نام 310S و 310H است که تفاوت آن‌ها در مقدار کربن و سیلیسیم است. استیل 310S حداکثر 0.08% کربن دارد و استیل 310H حدود 0.04% تا 0.1% درصد کربن دارد. میزان سیلیسیم در استیل 310 و 310S 1.5% است اما استیل 310H تنها 0.75%  سیلیسیم در ترکیب شیمیایی وجود دارد.

تفاوت این گریدها بسیار اندک است و تنها در موارد خاص قابل توجه هستند. گرید استیل 310S به دلیل محتوای کمتر کربن شکل‌پذیری و جوش‌پذیری بهتری دارد. همچنین لوله استیل 310S برای کاربردهایی که تحت محیط‌های حاوی کربن و سولفور هستند مناسب‌تر است.

استفاده از لوله استیل در محیط‌های حاوی گاز H₂S می‌تواند سبب طولانی‌تر شدن عمر تجهیزات شود چرا که این آلیاژ در برابر این ماده بسیار مقاوم است. به غیر از این مورد، استیل 310 عملکرد خوبی در محیط‌های هیدروکربنی در دماهای بالا دارد که این نوع محیط در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی یافت می‌شود.

استحکام کششی استیل 310 حدود 520 مگاپاسکال است و سختی سطحی آن حدود 225 ویکرز است. حداقل میزان ازدیاد طول این آلیاژ در دمای محیط نیز حدود 40% است که این عدد بیانگر شکل‌پذیری خوب این آلیاژ می‌باشد. در جدول زیر به طور خلاصه ویژگی‌های این آلیاژ ذکر شده است. همچنین در مطلبی با عنوان استیل 310 به طور مفصل به ویژگی‌ها و کاربردهای این آلیاژ پرداخته شده است و به همین دلیل در این مطلب تنها به بررسی کاربرد لوله و تیوب استیل 310 در بویلرها می‌پردازیم.

جدول خواص لوله استیل 310

در جدول زیر اطلاعاتی از خواص لوله استیل ۳۱۰ را ارائه می‌دهیم:

خواص مکانیکی	استیل 310	استیل 310S
حداقل استحکام تسلیم 0.2% (MPa)	205	205
حداقل استحکام کششی (MPa)	520	520
حداقل ازدیاد طول(%)	40	40
حداکثر سختی راکول B (HR B)	95	95
حداکثر سختی برینل (HB)	217	217

استانداردهای مرتبط با لوله و تیوب استیل 310

استفاده از لوله استیل 310 در بویلرها باید طبق استانداردهای تبیین شده باشد و گواهینامه تست‌های مربوطه را داشته باشد. انواع گواهی بر اساس استاندارد EN 10204 شامل انواع روش‌های بررسی و بازرسی محصولات فلزی است. در این استاندارد انواع گواهی‌ها و گزارش آزمایش تعریف شده است.

اجزای مورد استفاده در بویلرها باید از جهات مختلفی بررسی شوند. لوله استیل 310 که در ساخت بویلرها استفاده می‌شود باید تست‌های سختی سنجی، تست‌های مکانیکی، تست‌های خوردگی، تست شعله‌ور شدن و … را بگذراند. در این صورت است که می‌توان از آن‌ها در ساخت این تجهیزات استفاده کرد. استانداردهای ASTM A249، ASTM A269، ASTM A213، ASTM A270، ASTM A554 و ASTM A312 مرتبط به لوله‌های بدون درز و درزدار، با متریال‌های مورد استفاده در صنایع مختلف هریک محدوده خاصی از نیاز صنایع را پوشش می‌دهند.

دلایل استفاده از لوله استیل 310 در بویلرها

در ادامه دلایل استفاده از لوله استیل 310 را به طور کامل توضیح می‌دهیم:

مقاومت در برابر دمای بالا

یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های استیل 310 که پیش‌تر به آن اشاره کردیم، پایداری آن در دماهای بالاست. این ویژگی سبب می‌شود تا در دماهای بالا شاهد کاهش استحکام، کاهش مقاومت به خوردگی و یا تغییرشکل نباشیم. علاوه بر این در مواردی که قطعات تحت شعله مستقیم هستند، این آلیاژ می‌تواند به خوبی ایفای نقش کند.

مقاومت در برابر اکسیداسیون

به طور کلی گریدهای استنلس استیل در برابر اکسیداسیون مقاومت خوبی دارند. اما با استفاده از لوله استیل 310 در بویلرها  می‌تواند به طور همزمان در برابر اکسیداسیون و فعل و انفعالات ناشی از حرارت بالا مقاومت کند.

مقاومت در برابر خوردگی

محتوای بالای کروم و نیکل استیل 310 سبب شده است تا این آلیاژ در محیط‌های خورنده عملکرد بسیار خوبی داشته باشد. در محیط‌های حاوی هیدروکربن‌ها و یا حاوی H2S این آلیاژ می‌تواند طول عمر بالایی داشته باشد زیرا معیار‌های مقاومت به خوردگی را دارد. به همین دلیل استفاده از لوله استیل 310 در بویلرها رایج است.

استحکام بالا

از آن‌جا که در بویلرها و شرایط عملکردی سختی که دارند، در برخی از قسمت‌ها ممکن است فشار بالا رود، استحکام بالا یک عامل تعیین کننده در انتخاب متریال است. دلیل استفاده از لوله استیل 310 در بویلرها به دلیل ا استحکام خوبی است که در دمای بالا دارد.

جوشکاری و شکل‌پذیری

استیل 310 از خانواده گریدهای آستنیتی استنلس استیل است. این خانواده به طور کلی جوش‌پذیری و شکل‌پذیری خوبی دارند. در ساخت بویلرها ممکن است درچندین مورد از فرآیند جوشکاری و یا خمکاری استفاده شود. به همین جهت نیز می‌توان اطمینان داشت که لوله استیل 310 برای این کاربری مناسب است.

 کاربرد لوله استیل در ساخت اجزای مختلف بویلرها

در ساخت بویلرهای صنعتی قسمت‌های مختلفی وجود دارند که از لوله و تیوب استیل 310 بهره می‌برند، چرا که بویلر از بخش‌ها و اجزای مختلفی ساخته می‌شود. در این بخش به بررسی قسمت‌هایی می‌پردازیم که از لوله و تیوب استیل در ساخت آن‌ها استفاده شده است:

• لوله‌های انتقال سیالات: این لوله‌ها وظیفه انتقال سیالات به داخل و یا خارج دیگ را دارند. استفاده از لوله استیل 310 در این قسمت به دلیل مقاومت بالای آن در برابر خوردگی و حرارت است چرا که در این لوله‌ها، سیالات با دمای بالا جریان دارند.
• فایر تیوب (Fire Tubes): این قسمت از بویلرها وظیفه خروج گازهای داغ ناشی از احتراق مواد سوختی را برعهده دارد. از آن‌جا که این گازها حاوی مواد هیدروکربنی هستند و دمای بالایی دارند، لوله استیل 310 می‌تواند گزینه‌ای بسیار مناسب برای این کاربری باشد.
• محافظ ضد سایش لوله (Erosion Shields): این قطعات برای محافظت از لوله‌های بویلر که مستقیماً با شعله در ارتباط هستند استفاده می‌شود. این سپرهای محافظ که از جنس استیل 310 هستند، برای کاهش فرسایش حرارتی و افزایش طول عمر بویلر به کار می‌روند.
• سوپرهیتر (Superheater): در این قسمت بویلر صنعتی، بخار تولید شده تا دمای بالا گرم می‌شود. این قسمت نیز دارای دمای بالایی است و باید از متریالی با مقاومت حرارتی بالا استفاده کرد.
• اکونومایزر (Economizer): وظیفه این بخش، گرم کردن آب دورن منبع با استفاده از حرارت گازهای خروجی از دودکش است. همانطور که واضح است این بخش نیز دمای کاری بالایی دارد و همچنین در مجاورت بخار آب قرار دارد. لوله استیل 310 برای این کاربری می‌تواند به عنوان گزینه‌ای کاربردی در نظر گرفته شود.

مزایای استفاده از لوله استیل 310 در بویلرهای صنعتی

استفاده از متریال‌های مناسب برای هرکاربری سبب می‌شود تا تجهیزات عمر بالاتری داشته باشند. دمای کاری بالا در بویلرها سبب می‌شود تا استفاده از لوله استیل 310 سبب افزایش طول عمر آن‌ها شود. علاوه بر این استفاده از این آلیاژ سبب کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری می‌شود. این عامل همواره به عنوان یکی از چالش‌های مهم در صنعت شناخته می‌شود. بالا بودن طول عمر قطعات می‌تواند هزینه‌های تعمیر و نگهداری را کاهش دهد.

سخن آخر

با توجه به ویژگی‌های منحصر به فرد لوله استیل 310، از جمله مقاومت به خوردگی، استحکام و تحمل فشار و دمای بالا، این آلیاژ را می‌توان به عنوان یکی از مطمئن‌ترین آلیاژهای موجود برای ساخت بویلرها در نظر گرفت. استفاده از این آلیاژ علاوه بر افزایش طول عمر تجهیزات ساخته شده، سبب می‌شود تا هزینه‌های تعمیرات و نگهداری نیز کاهش چشمگیری داشته باشند.