نحوه محاسبه PREN برای انتخاب لوله: 254SMO در مقابل 904L در مقابل 316L نمونه کار شده|HUITONG

آب دریای خلیج فارس برای شش ماه از سال به 35 درجه می رسد. در آن دما،لوله 316 لیتریدر یک آبگیر کارخانه آب شیرین کن دارای نرخ خوردگی است که مهندسان را عصبی می کند،904L درست در دمای حفره ای بحرانی خود می نشیند، و254SMOدارای حاشیه ایمنی 40 درجه است. سوال این نیست که کدام آلیاژ "بهتر" است - هر برگه داده به شما می گوید 254SMO برنده است.

سوال این است: چگونه آستانه را محاسبه می‌کنید، دیوار را اندازه می‌دهید و متوجه می‌شوید که آیا ارتقاء آلیاژ برای خود هزینه دارد یا خیر؟ این مقاله در زنجیره محاسبات کامل، از شرایط خدمات تا هزینه هر سال خدمات، با استفاده از خط آب خنک‌کننده کارخانه نمک‌زدایی عربستان سعودی به عنوان نمونه کار شده، می‌پردازد.

مرحله 1: شرایط خدمات را تعریف کنید

قبل از هر گونه محاسبه، به چهار عدد از برگه داده فرآیند نیاز دارید:

محتوای کلرید و دما دو ورودی هستند که نیاز PREN را هدایت می کنند. پیک 35 درجه اهمیت دارد زیرا حفره‌برداری یک فرآیند وابسته به دما است-فرایند وابسته به دما- دمای حفره‌ای بحرانی (CPT) دمای فلزی است که در بالای آن گودال‌های پایدار شروع و منتشر می‌شوند. اگر دمای طراحی شما بالاتر از CPT آلیاژ باشد، آلیاژ سوراخ می شود. دوره

مرحله 2: حداقل PREN برای سرویس را محاسبه کنید

عدد معادل مقاومت حفره ای (PREN) مفیدترین شاخص برای رتبه بندی فولادهای زنگ نزن در خدمات کلرید است. فرمول درجه های آستنیتی به شرح زیر است:

PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N

ضرایب حاصل از تحقیقات الکتروشیمیایی است: مولیبدن تقریباً 3.3 برابر بیشتر از کروم در درصد وزنی مقاومت حفره‌ای دارد و نیتروژن تقریباً 16 برابر بیشتر است. برای گریدهای دوبلکس، گاهی اوقات یک اصطلاح تنگستن اضافه می‌شود: PREN=%Cr + 3.3(%Mo + 0.5%W) + 16%N، اما برای درجه‌های آستنیتی در این مثال، فرمول استاندارد اعمال می‌شود.

اجازه دهید PREN را برای سه آلیاژ کاندید با استفاده از ترکیب‌های اسمی{0}}میانگین از مشخصات ASTM محاسبه کنیم:

آستانه آب دریا

یک قانون صنعتی به طور گسترده پذیرفته شده بیان می کند کهPREN بزرگتر یا مساوی 40 حداقل برای غوطه وری مداوم قابل اعتماد در آب طبیعی دریا است. این یک الزام کد نیست - ASME و ASTM آن را کدگذاری نمی‌کنند - اما منعکس‌کننده دهه‌ها تجربه میدانی در خدمات دریایی و نمک‌زدایی است. در زیر PREN 40، آلیاژ در نهایت در آب گرم و هوادهی شده دریا، به ویژه در شکاف ها، فرو می رود.

با نگاه کردن به جدول:

316 لیتر (PREN 24.7): 15 امتیاز از آستانه عبور نمی کند. برای غوطه وری مداوم در آب دریا مناسب نیست.

904L (PREN 36.7): با 3 امتیاز از آستانه عبور می کند. در آب دریای محیط زنده می ماند اما در 35 درجه حاشیه است.

254SMO (PREN 43.8):آستانه را با 4 امتیاز پاک می کند. مناسب برای سرویس آب گرم دریا

یادداشتی در مورد محدودیت های PREN

PREN یک ابزار رتبه بندی است، نه یک کد طراحی. به حساب نمی آید:

• تنگستن (W)، که به مقاومت در برابر خوردگی شکاف در برخی از گریدهای فوق دوبلکس کمک می کند
• مس (مس)، که مقاومت اسیدی را کاهش می دهد اما برای حفره کلرید خنثی است
• پایان سطح، شرایط جوش و سرعت جریان، که همگی CPT واقعی را تغییر می دهند

برای خدمات حیاتی، PREN به شما می گوید که کدام آلیاژها را در فهرست کوتاه قرار دهید. تصمیم نهایی مستلزم بررسی CPT و CCT واقعی از داده های تست ASTM G48 یا ASTM G150 است.

مرحله 3: CPT و CCT را در برابر دمای طراحی بررسی کنید

PREN رتبه بندی می دهد. CPT و CCT محدودیت دمای واقعی را ارائه می دهند. دو روش استاندارد تست عبارتند از:

روش ASTM G48 A/C: تست غوطه وری کلرید آهن. CPT (روش A) و CCT (روش D) را می دهد.

ASTM G150: تست حفره ای الکتروشیمیایی در 1 مولار NaCl. CPT می دهد.

مقادیر نمایندگی از برگه های داده و مقالات تحقیقاتی منتشر شده:

دمای طراحی ما 35 درجه است. حالا محاسبه ساده می شود:

این هسته محاسبات است. در دمای حداکثر 35 درجه آب دریا، 904L دقیقاً در CPT خود قرار می گیرد. در عمل، این بدان معنی است که هر گونه تغییر دما، هر شکاف، هر رسوب یا هر نقص جوش باعث ایجاد حفره می شود. 254SMO دارای حاشیه 35 درجه است که تغییرات فصلی و نقاط داغ را پوشش می دهد.

مرحله 4: ضخامت دیوار را به ازای ASME B31.3 محاسبه کنید

پس از انتخاب آلیاژ، محاسبه ضخامت دیواره از ASME B31.3، فصل IV پیروی می کند. فرمول لوله مستقیم تحت فشار داخلی (تقریباً دیواره نازک-، زمانی که t

t = (P × D) / (2 × (S × E + P × Y))

کجا:

t=ضخامت دیوار مورد نیاز (mm)، قبل از مجاز خوردگی

P=فشار طراحی داخلی (MPa)=1.6 MPa (16 bar)

D=قطر خارجی (mm)=219.1 mm (NPS 8، DN 200)

S=تنش مجاز از ASME بخش II-D (MPa)

ضریب کیفیت E=(1.0 برای بدون درز، 0.85 برای ERW)

ضریب Y=از جدول 304.1.1=0.4 (آستنیتی، کمتر یا مساوی 482 درجه)

مقادیر تنش مجاز (ASME بخش II-D، نشان دهنده)

محاسبه کار شده برای 254SMO (آلیاژ انتخابی)

جایگزینی در فرمول ضخامت دیوار:

برای مرجع، اگر همان خط در 316L ساخته شده باشد (با نادیده گرفتن خطر شکست حفره):

محاسبه 316L به Sch 40S (8.18 میلی متر) نیاز دارد زیرا اجازه خوردگی 3 میلی متر برای آب دریا دارد. وزن در هر متر از 42.1 کیلوگرم در متر به 19.3 کیلوگرم در متر کاهش می یابد - که 54 درصد کاهش دارد. این صرفه جویی در وزن مستقیماً به محاسبه هزینه وارد می شود.

مرحله 5: محاسبه هزینه-به ازای-سال-{4}}خدمات

آخرین محاسبه به سؤال خرید پاسخ می دهد: آیا آلیاژ گران تر در طول عمر طراحی هزینه خود را پرداخت می کند؟ برای انجام این کار، شما نیاز دارید:

• هزینه مواد در هر متر (بر اساس وزن × قیمت آلیاژ)
• تفاوت هزینه نصب (لوله نازک تر=پشتیبانی کمتر، جوش کمتر)
• عمر مورد انتظار قبل از تعویض

هزینه مواد در هر متر

254SMO برای هر متر فشار 2.4 برابر بیشتر از 316 لیتر هزینه دارد. اما این تمام محاسبه نیست.

فرض عمر سرویس

هزینه هر سال خدمت (فقط مواد)

254SMO با وجود داشتن بالاترین هزینه مواد اولیه، در واقع ارزان ترین گزینه در هر سال خدمات است. کاهش 54 درصدی وزن از دیوار نازک‌تر، همراه با عدم امکان خوردگی و عمر طراحی 25+ سال، هزینه سالانه را به کمتر از 316 لیتر - می‌رساند که حداقل دو بار در 25 سال باید تعویض شود.

فاکتورهای هزینه اضافی که در محاسبه پایه نیستند

هزینه تعطیلی جایگزینی عاملی است که تیم های تدارکات اغلب دست کم می گیرند. تعطیلی کارخانه آب شیرین کن برای تعویض لوله می تواند 200000-200000-500000 در روز در تولید آب از دست رفته هزینه داشته باشد. اگر 316L در سال 10 و 20 نیاز به تعویض داشته باشد، هزینه خاموش کردن به تنهایی از حق بیمه 254SMO کم می کند.

مرحله 6: تصمیم گیری خلاصه

تصمیم: برای یک خط آب خنک کننده DN 200 در آب دریا 35 درجه خلیج فارس، لوله بدون درز 254SMO (UNS S31254)، ASTM A312/A312M، Sch 10S، محلول آنیل شده و کوئنچ با آب را مشخص کنید. محاسبه نشان می‌دهد که هم از نظر فنی ایمن‌تر و هم از نظر اقتصادی ارزان‌تر از 316 لیتر یا 904 لیتر در هر سال-در سال-.

سوالات متداول

فرمول PREN چیست و چه زمانی کاربرد دارد؟

رایج ترین فرمول PREN برای فولادهای زنگ نزن آستنیتی PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N است. برای گریدهای آستنیتی بدون تنگستن کاربرد دارد. برای گریدهای دوبلکس و فوق دوبلکس که حاوی تنگستن هستند، گاهی اوقات از فرمول توسعه یافته PREN=%Cr + 3.3(%Mo + 0.5%W) + 16%N استفاده می‌شود. PREN یک ابزار رتبه بندی برای مقاومت حفره ای است، نه یک کد طراحی. نرخ واقعی حفره، خوردگی شکاف یا ترک خوردگی ناشی از تنش را پیش بینی نمی کند.

چرا PREN 40 آستانه آب دریا است؟

PREN بزرگتر یا مساوی 40 یک قانون تجربی است که بر اساس دهه ها تجربه میدانی در خدمات دریایی، دریایی و نمک زدایی بنا شده است. در استانداردهای ASME یا ASTM تدوین نشده است. آلیاژهای با PREN کمتر از 40 در نهایت در آب طبیعی گرم و هوادهی شده دریا، به ویژه در زیر رسوبات، در شکاف ها، یا در نواقص جوش قرار می گیرند. آلیاژهای بالای 40 دارای حاشیه عملی در برابر ایجاد حفره در غوطه وری مداوم در آب دریا هستند. این آستانه برای آب دریای سرد و تمیز محافظه کار است و ممکن است برای آب دریای گرم، راکد یا کلردار کافی نباشد.

آیا اصلاً می توان از 904L در آب دریا استفاده کرد؟

بله، اما با احتیاط{0}}L (PREN ~36.7) برای دمای محیط-آب دریا (زیر 25 درجه)، آب شور، و قرار گرفتن در معرض متناوب کافی است. در 30 تا 35 درجه حاشیه و بالای 35 درجه مخاطره آمیز است. در آب دریای خلیج که در تابستان به 35 درجه می رسد، 904L در CPT خود می نشیند و در شکاف ها و رسوبات حفره می کند. برای غوطه وری مداوم در آب گرم، 254SMO یا سوپر دوبلکس S32750 (PREN ~ 42) انتخاب های صحیحی هستند.

آیا محاسبه ضخامت دیوار برای 254SMO نسبت به 316L تغییر می کند؟

بله. فرمول ضخامت دیواره ASME B31.3 از تنش مجاز S از بخش ASME II استفاده می‌کند-D{3}}SMO به دلیل تقویت نیتروژن، تنش مجاز بالاتری دارد (138 مگاپاسکال در مقابل 115 مگاپاسکال برای 316 لیتر در 35 درجه). علاوه بر این، 254SMO در سرویس کلرید نیازی به خوردگی ندارد، در حالی که 316L به 2 تا 3 میلی متر نیاز دارد. اثر ترکیبی این است که 254SMO می‌تواند از Sch 10S استفاده کند که در آن 316L به Sch 40S - تقریباً نصف دیوار و نیمی از وزن برای همان درجه فشار نیاز دارد.

آیا محاسبه هزینه-در-سالانه همیشه به نفع آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی{2}}است؟

نه همیشه. اگر عمر طراحی کوتاه باشد (5 تا 10 سال)، هزینه اولیه 254SMO ممکن است مستهلک نشود. اگر سرویس متناوب، سرد یا کم-کلرید باشد، 316 لیتر یا 904 لیتر ممکن است هم به صورت اولیه و هم سالانه کافی و ارزان تر باشد. محاسبه به نفع 254SMO است که: (1) عمر طراحی 20+ سال باشد، (2) دمای سرویس بالاتر از CPT 904L باشد، و (3) هزینه‌های خاموش کردن جایگزین بالا باشد. برای یک کارخانه آب شیرین کن 25 ساله، ریاضیات واضح است.

در مورد super duplex S32750 به عنوان جایگزینی برای 254SMO چطور؟

سوپر دوبلکس S32750 (PREN ~ 42) یک جایگزین معتبر برای 254SMO (PREN ~44) برای آب دریا گرم است. قدرت تسلیم بالاتری را ارائه می دهد (550 مگاپاسکال در مقابل 300 مگاپاسکال)، که ضخامت دیواره را بیشتر کاهش می دهد. با این حال، سوپر دوبلکس دارای پنجره جوشکاری باریکتر، حد شکنندگی 475 درجه و مجموعه متفاوتی از قوانین ساخت است. برای یک کارخانه نمک‌زدایی با جوش‌های مزرعه‌ای زیاد و بدون دمای بالای 300 درجه، هر دو آلیاژ کار می‌کنند. انتخاب اغلب به صلاحیت جوشکاری، در دسترس بودن، و اولویت تعیین کننده بستگی دارد.

برای پروژه خدمات کلرید خود به یک محاسبه انتخاب لوله مبتنی بر PREN{0}}نیاز دارید؟

HUITONG لوله های 254SMO (UNS S31254)، 904L (UNS N08904) و 316L لوله را در هر ASTM A312/A312M با EN 10204 3.1/3.2 MTC کامل، ASME B31.3 ضخامت دیواره، و انطباق با ضخامت دیواره B31.3، و پروژه های مهندسی marineGD عربستان، و پروژه های مهندسی marineGD برای عربستان سعودی عرضه می کند. خلیج. شرایط فرآیند و لیست خط خود را بهmarket@htpipe.comیا واتساپ+86-19339900201برای انتخاب آلیاژ، اندازه دیوار، و پاسخ نقل قول.

اکنون تماس بگیرید