Ինչպե՞ս ապահովել կառուցվածքային կայունությունը քիմիական արդյունաբերության մեջ

Քիմիական արդյունաբերության մեջ պողպատե կառուցվածքների կայունության համար հատուկ մարտահրավերների հասկացություն

Երևույթ. Քիմիական գործարաններում շրջակա միջավայրի և շահագործման լարվածություն

Քիմիական արդյունաբերության մետաղական կառույցները ստիպված են աշխատել շատ խիստ պայմաններում: Դրանք ենթարկվում են ջերմային ցիկլավորման՝ մինուս 200-ից մինչև պլյուս 200 ֆարենհեյթի սահմաններում, անընդհատ հպվում են քիմիական նյութերի՝ 0-ից մինչև 14 pH սպեկտրում, և ենթարկվում են անընդհատ թրթիռների՝ ծանր սարքավորումների օր օրի աշխատանքի պատճառով: Այս բոլոր համատեղված լարվածությունները իրականում արագացնում են ձագանքային ճեղքերի և լարվածության կոռոզիայի նման խնդիրները: Թվերը նույնպես ցույց են տալիս դրա վատ վիճակը. վերջերս NACE-ի հրատարակած ուսումնասիրությունը ցույց է տվել, որ քիմիական գործարանները տարեկան մոտ 740,000 դոլար են ծախսում միայն կոռոզիայի վնասվածքների վերացման վրա: Կողմնային տեղակայված օբյեկտներում իրավիճակը ևս ավելի վատանում է, որտեղ աղի օդը կարող է կոռոզիայի արագությունը աճեցնել ներքաղաքային տարածքներում դիտվողից մինչև չորս անգամ, ինչը հաստատված է ASTM B117 ստանդարտ փորձարկումներով: Արդյունաբերական զեկույցների վերլուծությունից հետևում է, որ աճում է համընդհանուր համաձայնությունը այն մասին, որ պետք է հատուկ ուշադրություն դարձնել բեռի մոդելավորմանը հիմնարար մասերի համար, ինչպիսիք են խողովակների դարակները և ռեակտորների հենարանները, երբ գործ ունենք բարդ՝ բազմուղղային լարվածությունների հետ:

Սկզբունք. Նյութի ընտրության դերը կառուցվածքային ամբողջականության երկարաժամկետ պահպանման գործում

Նյութի սպեցիֆիկացիայի սխալները նպաստում են քիմիական մշակման միավորներում կառուցվածքային ձախողումների 38%-ին (ASM International 2024): Արդյունավետ պողպատի ընտրությունը պահանջում է հավասարակշռել երեք հիմնարար հատկություններ.

Շահագործման պայմաններին համապատասխան նյութերի ընտրությունը՝ ոչ միայն ամրությունը հաշվի առնելով, ապահովում է երկարաժամկետ հուսալիություն և նվազեցնում է կյանքի ցիկլի ծախսերը:

Ուսումնասիրություն. Պղնձաձուլական կառույցների ձախողման վերլուծություն նավթաքիմիական կառույցում

2022 թվականին Գոլֆի ափին գտնվող էթիլենի գործարանում խողովակաշարերի կամուրջների փլուզումը ցույց տվեց կարևորագույն նախագծային բացթողումներ.

• Ածխածին պողպատի (ASTM A36) օգտագործումը քլորի գոլորշու գոտիներում
• Կարողանդամների մոտ լարվածության կոռոզիոն ճեղքերի հայտնաբերում
• Անբավարար կոռոզիայի նվազեցում (նախատեսված էր 1,5 մմ՝ ի տարբերություն պահանջվող 3,2 մմ-ի)

Մետաղագիտական վերլուծությունը նույնականացրեց հանքային կոռոզիան որպես հիմնական ձախողման մեխանիզմ, ինչը հանգեցրեց 2,1 միլիոն դոլարի վերանորոգման ծախսերի և 14 օր անսպասելի կանգի: Այս դեպքը ընդգծում է նյութերի ընտրությունը շրջակա միջավայրի ազդեցության հետ համընկնելու կարևորությունը:

Շարժընթաց. Բարձր ամրության և կոռոզիակայուն համաձուլվածքների աճող օգտագործում

Ԛներահամաշխարհային շուկան առաջատար քիմիական դիմադրություն ունեցող պողպատների 2030 թվականին կանխատեսվում է աճի 6,8 %-ով (MarketsandMarkets 2024), ինչը պայմանավորված է հետևյալի ներդրմամբ.

• Նիկել-ալյումինային բրոնզե համաձուլվածքներ ծովային ջրի սառեցման համակարգերի համար
• Բարձր էնտրոպիայով համաձուլվածքներ (HEAs) ծծմբական թթվի կոնցենտրատորներում
• 2205 կարգախմբի դուպլեքս չժանգոտվող պողպատ քլորիդներով հարուստ միջավայրերում

Այս նյութերը ASTM G48 ստանդարտներին համապատասխան արագացված կոռոզիայի փորձարկումների դեպքում ծառայում են 3–5 անգամ ավելի երկար, քան սովորական ածխածնային պողպատները, ինչը դարձնում է դրանք անհրաժեշտ բարձր ազդեցության գոտիների համար

Ինչպես է ժանգոտումը պողպատը քայքայում ժամանակի ընթացքում

Կոռոզիան շարունակում է մնալ հիմնական խնդիրը, որն առաջացնում է կառուցվածքային խնդիրներ քիմիական գործարաններում, և ըստ 2024 թվականի արդյունաբերության վերջերս հրապարակված տվյալների, այն պատասխանատու է մոտ 70% կառուցվածքային անվավաճառությունների համար: Աշխարհում արդյունաբերական հատվածը տարեկան ավելի քան 1,8 տրիլիոն դոլար է ծախսում կոռոզիայի հետ կապված խնդիրների վերացման վրա, իսկ միայն քիմիական մշակման կենտրոնները կազմում են այդ հ colossal ծախսերի մոտ չորրորդ մասը: Նաև գոյություն ունի մի երևույթ՝ կենսաօրգանիզմներով պայմանավորված կոռոզիա, կամ կրճատ՝ MIC, որն ավելի է բարդացնում խնդիրը խողովակաշարերում: Բակտերիաները աճում են այս խողովակների վրա և սնվելիս արտադրում են ջրածնի սուլֆիդի գազ, որն ավելի քան երեք անգամ արագ է քայքայում պողպատե մակերեսները, քան սովորական մթնոլորտային կոռոզիան: Այս կենսաբանական գործոնը ավելի է բարդացնում արդեն առկա խնդիրը, որն արդեն մեծ մարտահրավեր է ամբողջ արդյունաբերության համար:

Կոռոզիայի կառուցվածքային հետևանքները՝ ամրության կորուստ, շահագործման կորուստ և միացումների թուլացում

Կոռոզիան վատացնում է կառուցվածքային կայունությունը մի քանի ուղիներով՝

Քլորի բարձր պարունակությամբ շրջակա միջավայրում ուժային կառույցների կոշտությունը 5 տարվա ընթացքում նվազում է 25%, ինչը թուլացնում է միացումները և վտանգում է հիմնադրման ամբողջականությունը

Ուսումնասիրություն՝ Քլորի մշակման գործարանում կոռոզիայի դրսևորում և վերակառուցման միջոցառումներ

2022 թվականի սկզբին Գոմայի ափին գտնվող գործարանում ուլտրաձայնային ստուգումները հայտնաբերեցին մի բան, որը շատ հիասթափեցնող էր. 12 հենարանային սյուները իրականում կորցրել էին իրենց նյութի մոտ 18% հաստությունը՝ ընդամենը 18 ամսվա ընթացքում, հենց այն տեղերում, որտեղ սառեցման աշտարակի ցանթը ամենաուժեղ ազդեցությունն էր թողել: Կազմակերպությունը ծախսեց մոտ չորս միլիոն երկու հարյուր հազար դոլար խոշոր վերակառուցման վրա: Նրանք հեռացրեցին հին նյութերը՝ մաքրելով մակերևույթները SA 2.5 ստանդարտներին համապատասխան, այնուհետև կիրառեցին 75 միկրոն հաստությամբ ցինկային սիլիկատային նախնական շերտ, որին հաջորդեց 125 միկրոնանոց ալիֆատիկ պոլիուրեթանե վերջնական շերտ: Այս աշխատանքներից հետո հետագա ստուգումները ցույց տվեցին մի հրաշք՝ կոռոզիայի արագությունը վատից անցել էր հազիվ նկատելի մակարդակի՝ նվազելով տարեկան 0.8 մմ-ից մինչև ընդամենը 0.05 մմ/տարի: Այս տեսակի բարելավումը իսկապես ցույց է տալիս, թե ինչ կարող է հասնել ճիշտ կիրառված լիցքավորման համակարգը:

Նորարարություններ. Պաշտպանության համար առաջատար ծածկույթներ և մակերևույթային մշակումներ

Հաջորդ սերնդի պաշտպանական տեխնոլոգիաները փոխակերպում են կոռոզիայի դեմ պայքարը.

• Գրաֆենով հարստացված էպօքսիդային ծածկույթները 200% լավ են դիմադրում քիմիական նյութերին
• Ջերուղային սպրեյային ալյումինը (TSA) հերմետիկների հետ ապահովում է հուսալի վրափոռնային պաշտպանություն
• Ինքնաբուժվող ծածկույթները՝ միկրոկապսուլացված ինհիբիտորներով, ակտիվորեն արձագանքում են վնասվածքներին

Օդանցքային փորձարկումները ցույց են տվել, որ այս լուծումները ագրեսիվ միջավայրերում, ինչպիսին է ծծմբական թթվի պահեստավորումը, պահպանման ընդմիջումները երկարացնում են 3-ից մինչև 12 տարի, ինչը կյանքի ընթացքում ծախսերը 62%-ով կրճատում է համեմատած սովորական ներկման համակարգերի հետ

Կանխարգելիչ պահպանում և թվային հսկում ակտիվների կյանքի տևողությունը երկարացնելու համար

Արդյունաբերական պողպատե կառուցվածքներում հաճախ հանդիպող վատթարացման օրինաչափություններ

Քիմիական գործարանների պողպատե կառուցվածքներում ամենատարածված անսարքությունների ձևերն են լարվածության կոռոզիոն ճեղքերը (դեպքերի 27%), ջերմային կորուստները՝ 150°C-ից ավելի ջերմաստիճանի տատանումների պատճառով (34%) և ջրածնով պայմանավորված ճեղքերը թթու միջավայրում (22%)։ 2024 թվականի ամփոփման համաձայն՝ 1200 նավթաքիմիական հենարանների վերանայումից պարզվել է, որ դրանց 63%-ն աշխատանքի ութ տարվա ընթացքում գերազանցել է թույլատրելի կոռոզիայի շեմը (Նյութերի կատարողականի զեկույց 2024)

Ակտիվների կառավարման և սարքավորումների հուսալիության բնագավառում լավագույն պրակտիկաներ

Բարձր կատարողականություն ցուցաբերող օբյեկտները կիրառում են չորս հիմնարար ռազմավարություն.

• Կենսախտության չափումներ երկու անգամ տարեկան՝ բարձր ճնշման գոտիներում
• Լցանյութի վատթարացման ավտոմատացված քարտեզագրում՝ օդակառքերի միջոցով
• Մնացորդային լարվածության գնահատականներ շրջանառման ընթացքում
• ISO 55001 համապատասխան ակտիվների կառավարման աշխատանքային գործընթացներ

Այս պրակտիկաները իրականացնող գործարանները զեկուցում են 40–60% ավելի երկար ծառայողական ժամկետներ ռեակտիվ սպասարկման մոդելների համեմատ («Ակտիվների ամբողջականության կառավարման ամփոփում», 2023 թ.)

Ուսումնասիրության դեպք. Նախատեսված սպասարկումը նվազեցնում է դադարը ամոնիակի գործարանում

Միջին Արևմուտքի ամոնիակի գործարանում կառուցվածքային վթարները 58%-ով նվազեցին կրիտիկական պողպատե կառույցների վրա նախատեսված սպասարկման համակարգեր տեղակայելուց հետո: Տատանումների վերլուծությունը առաջին փուլում հայտնաբերեց 12 բարձր ռիսկային միացում, որը կանխեց 4,7 միլիոն դոլար կազմող վթարի հնարավոր վնասը: Ծրագիրը 18 ամսում հասեց 320% դրական վերադարձի («Պրոցեսային արդյունաբերություն», շաբաթական, 2024 թ.)

Նորաձև միտում. IoT-ն և թվային երկվորյակները կառուցվածքային առողջության հսկման մեջ

Ժամանակակից հսկողությունը ներառում է 15-ից ավելի տիպի սենսորների ինտեգրում մեքենայական ուսուցման ալգորիթմների հետ: 2023 թվականի փորձարկումը ցույց տվեց, որ թվային կրկնօրինակները կարող են կանխատեսել ճողվածքի շեղումը քիմիական մշակման կառույցների 94% -ի վրա՝ 2 մմ ճշգրտությամբ: Սա հնարավորություն է տալիս վնասվածքների գնահատման համար օգտագործել 85%-ով ավելի արագ մեթոդներ, քան ձեռքով ստուգումները (Smart Manufacturing Digest 2024), ինչը թույլ է տալիս ժամանակին միջամտել անհարմարվածություններից առաջ:

Դիմացկուն պողպատե կառույցների նախագծում խիստ քիմիական մշակման պայմաններում

Շինարարություն բեռի, թրթռոցի և ջերմային լարվածության համար խողովակների դարակներում և սարքավորումների հենարաններում

Պողպատե կառույցները պետք է դիմադրեն բազմաթիվ լարվածությունների՝ ներառյալ շահագործման բեռնվածություններ, որոնք ռեակտորային անոթների դեպքում կարող են հասնել 500 տոննայի, ինչպես նաև հարմոնիկ թրթիռների, որոնք տատանվում են 15-ից մինչև 30 Հց, առանց այն ասելու, որ ջերմային ցիկլավորման ժամանակ ջերմաստիճանային տարբերությունները կարող են հասնել մինչև 300 Ֆարենհայթի: 2023 թվականին NACE International-ի վերջերս կատարված հետազոտությունն այնուամենայնիվ բացահայտեց մի այնքան վախեցնող փաստ. պողպատե հենարանների ձախողումների մոտ երկու երրորդը իրականում տեղի է ունենում հենց այդ լցակայքերում, երբ դրանք մատնվում են քլորի գոլորշիների կամ ծծմբական թթվի մառության նման խիստ քիմիական նյութերի: Այդ իսկ պատճառով ժամանակակից ինժեներական մոտեցումները հիմա մոդուլային շինարարական տեխնիկան են համատեղում ավելի լավ նյութերի հետ: Դուպլեքս պողպատներն ու ASTM A572 Grade 50-ը դարձել են հայտնի ընտրություն, քանի որ նրանք սովորական ածխածնային պողպատի համեմատ նվազեցնում են ճկման խնդիրները մոտ 40 տոկոսով, ինչը հատկապես կարևոր է այն վայրերում, որտեղ խոնավությունը միշտ խնդիր է ներկայացնում:

Անվտանգություն ընդդեմ արժեքի. Կառուցվածքային բարելավումների ներդրումների հավասարակշռում

Ըստ Ponemon-ի 2024 թվականի զեկույցի՝ ժանգոտած խողովակների համակարգը վերանորոգելը կազմում է 450-ից 740 դոլար մեկ ֆուտի հաշվառմամբ, սակայն շատ ընկերություններ այս վերանորոգումները հետաձգում են, երբ ֆինանսական դրությունը լարված է: Վերցրեք մեկ ամոնիակի մշակման կենտրոն, որը վերջերս թարմացրեց իր ենթակառուցվածքը: Երկու տասնյակ հիմնական հենարանները ժամանակից առաջ ամրապնդելով՝ նրանց հաջողվեց անսպասելի կանգները հինգ տարվա ընթացքում կրճատել մոտ 40 տոկոսով: Այսօր օրերին նոր հսկման տեխնոլոգիաները թույլ են տալիս ինժեներներին մասերը փոխարինել նրանց ամբողջությամբ ձախողվելուց առաջ: Այս մոտեցումն ընդունող ընկերությունները սովորաբար տեսնում են 18-ից 22 տոկոսի տիրոյական տևողության խնայողություններ՝ համեմատած սպասելու հետ, մինչև ինչ-որ բան կոտրվի:

Ռազմավարություն՝ Տևողականության համար պողպատի ընտրության և կառուցվածքային նախագծման օպտիմալացում

Առաջատար սարքերը օգտագործում են հաշվողական հեղուկի դինամիկա (CFD), որպեսզի մոդելավորեն քիմիական ազդեցության օրինաչափությունները, ինչը թույլ է տալիս կենտրոնանալ բարձր ջերմաստիճանի ալիաժային խողովակների վրա՝ փայտաների հենարաններում: Այս ճշգրիտ ինժեներական լուծումը ծառայողական կյանքը երկարաձգում է 12–15 տարով՝ համապատասխանելով ASTM A923 ստանդարտներին հանքային կոռոզիայի դիմադրության համար:

Հաճախ տրամադրվող հարցեր

Որո՞նք են քիմիական գործարաններում պողպատե կառույցների կայունության հիմնական մարտահրավերները:

Քիմիական գործարանները պողպատե կառույցները ենթարկում են ծայրահեղ միջավայրի՝ ներառյալ ջերմաստիճանի տատանումներ, pH սպեկտրի ընդամենը քիմիական ազդեցություն, թրթռոցներ և ափամերձ կոռոզիայի ռիսկեր, ինչը հանգեցնում է կոտրվածքների և լարվածության կոռոզիայի խնդիրների:

Ինչպե՞ս կարող է նյութի ընտրությունը բարելավել կառուցվածքային ամբողջականությունը քիմիական մշակման միավորներում:

Նյութերի ընտրությունը՝ ճիշտ ձգվածության սահմանով, ճեղքման դիմադրությամբ և կոռոզիայի դիմադրությամբ, ինչպիսիք են ASTM A572 Grade 50-ը և 316L խառնուրդային պողպատը, ապահովում են երկարաժամկետ հուսալիություն և ցիկլի ցածր ծախսեր:

Ո՞ր նորարարություններն են օգնում կոռոզիայի դեմ պայքարել քիմիական գործարաններում:

Գրաֆենով հարստացված էպօքսիդային ներկեր, ջերմային ցրման ալյումին և ինքնաբուժվող ծածկույթների պես առաջատար ծածկույթները զգալիորեն երկարաձգում են սպասարկման ընդմիջումները և նվազեցնում ծախսերը:

Ինչպե՞ս է կանխարգելիչ սպասարկումը նպաստում քիմիական գործարանների պողպատե կառույցների ծառայողական վերջույթի երկարաձգմանը:

ՈՒլտրաձայնային հաստության չափումների, անօդաչու սարքերի զննումների և կանխատեսող սպասարկման համակարգերի օգտագործումը նվազեցնում է վթարների առաջացման հավանականությունը և երկարաձգում է ծառայողական վերջույթը՝ թույլ տալով սահմանադրված ժամանակին միջամտել անսարքություններից առաջ: