वृद्ध डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील हीट एक्सचेंजर घटकों में सिग्मा चरण एम्ब्रिटलमेंट की पहचान कैसे करें?

भले ही लंबे समय तक उच्च तापमान के संपर्क में रहने वाली डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील ट्यूब शीट बरकरार दिखाई दे सकती है, हथौड़े से किया गया एक साधारण नल इसे तोड़ सकता है। यह भयावह घटना है जिसे सिग्मा चरण एम्ब्रिटलमेंट के रूप में जाना जाता है, एक धातुकर्म परिवर्तन, जो अपनी उपस्थिति में बदलाव किए बिना, एक मजबूत, नमनीय मिश्र धातु को भंगुर सिरेमिक में बदल देता है। सिग्मा चरण एम्ब्रिटलमेंट डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील एक्सचेंजर घटकों का शीघ्र पता लगाना आवश्यक है क्योंकि एक बार सिग्मा होने के बाद इन-सीटू मरम्मत संभव नहीं है। क्षतिग्रस्त घटक की मरम्मत करना आवश्यक है।

सिग्मा चरण एम्ब्रिटलमेंट: यह क्या है?
ऑस्टेनाइट और फेराइट डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील्स (जैसे 2205 और 2507) में पाए जाने वाले संतुलित माइक्रोस्ट्रक्चर का लगभग बराबर प्रतिशत बनाते हैं। उच्च शक्ति, बेहतर लचीलापन और उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध सभी इस दोहरे चरण संरचना द्वारा प्रदान किए जाते हैं। हालाँकि, एक संक्रमण तब होता है जब डुप्लेक्स स्टील लंबे समय तक 600 और 900 डिग्री के बीच तापमान के संपर्क में रहता है। जब फेराइट चरण टूटने लगता है तो सिग्मा (σ) के रूप में जाना जाने वाला एक नया इंटरमेटेलिक चरण बनता है। सिग्मा में टेट्रागोनल क्रिस्टल संरचना होती है और यह लोहा, क्रोमियम और मोलिब्डेनम यौगिक है। यह मोलिब्डेनम और क्रोमियम से भरपूर है, अत्यधिक भंगुर और अविश्वसनीय रूप से कठोर है।

तापमान और समय दोनों ही प्रभावित करते हैं कि सिग्मा कैसे बनता है। संक्रमण सबसे तेजी से 750-850 डिग्री पर होता है; कुछ ही घंटों में पर्याप्त भंगुरता हो सकती है। कम तापमान (600-700 डिग्री) पर इसमें सैकड़ों या हजारों घंटे लगते हैं। ऐसी कोई व्यावहारिक स्थिति नहीं है जो सिग्मा के अवक्षेपित होने पर उसे उलट सके, आमतौर पर अनाज की सीमाओं पर और फेराइट अनाज के भीतर छोटी, पतली प्लेटों के रूप में। सामग्री लगभग पूरी तरह से अपनी प्रभाव कठोरता खो देती है और भंगुर हो जाती है।

हीट एक्सचेंजर भागों के सामान्य कारण
निम्नलिखित परिस्थितियाँ सबसे आम हैं जिनमें सिग्मा चरण भंगुरता होती है:

पोस्ट के बिना वेल्ड {{0}वेल्ड समाधान एनीलिंग: यदि शीतलन धीमा है, तो वेल्ड के बगल में गर्मी प्रभावित क्षेत्र (एचएजेड) लंबे समय तक महत्वपूर्ण तापमान सीमा में रह सकता है। विशेष रूप से जोखिम में बड़े, मोटे टुकड़े होते हैं। सिग्मा एचएजेड में रहता है यदि घटक को बाद में घोल से मुक्त नहीं किया जाता है (1040-1100 डिग्री तक गर्म किया जाता है और जल्दी से बुझाया जाता है)।

उच्च तापमान पर विस्तारित संचालन: अनजाने में भी, 600 और 900 डिग्री के बीच धातु के तापमान पर लगातार चलने वाले हीट एक्सचेंजर्स धीरे-धीरे खराब हो सकते हैं। यह ऐसे एक्सचेंजर में हो सकता है जो ठीक से ठंडा न हो या अपशिष्ट ताप पुनर्प्राप्ति इकाई में हो।

आग का जोखिम: थोड़े समय के लिए भी, एक पौधे की आग जो डुप्लेक्स एक्सचेंजर के एक हिस्से को सिग्मा गठन सीमा में गर्म कर देती है, जिसके परिणामस्वरूप प्रभावित क्षेत्र में भंगुरता हो सकती है।

निर्माण संबंधी त्रुटियाँ: निर्माण के दौरान अनुचित ताप उपचार से सिग्मा को बढ़ावा मिल सकता है, जैसे एनीलिंग तापमान से धीमी शीतलन।

वेल्ड, मोटे फ्लैंज और ट्यूब शीट के गर्मी से प्रभावित क्षेत्र सबसे अधिक संवेदनशील क्षेत्र हैं। हालाँकि पतली ट्यूब अधिक तेज़ी से ठंडी होती हैं और उनमें सिग्मा उत्पन्न होने की संभावना कम होती है, फिर भी यदि सेवा का तापमान बहुत अधिक है तो वे अतिसंवेदनशील होते हैं।

यांत्रिक और दृश्य संकेतक
धातु की सतह का स्वरूप सिग्मा चरण भंगुरता से अप्रभावित रहता है। एक घटक पूरी तरह से सामान्य दिखाई दे सकता है, जिसमें कोई स्पष्ट दरार या मलिनकिरण नहीं है, लेकिन यह बेहद भंगुर हो सकता है। हालाँकि, गहन जाँच और परीक्षण से इसके अस्तित्व का पता लगाया जा सकता है।

फ्रैक्चर सतह उपस्थिति
यदि कोई घटक विफल हो जाता है या जानबूझकर तोड़ दिया जाता है, तो सिग्मा - एम्ब्रिटल डुप्लेक्स स्टील की फ्रैक्चर सतह शानदार, दानेदार और क्रिस्टलीय दिखाई देगी, जिसमें कोई लचीला फाड़ या कतरनी होंठ नहीं होंगे। एक विशिष्ट तन्य फ्रैक्चर की नीरस, रेशेदार उपस्थिति इसके बिल्कुल विपरीत है। सिग्मा धातु को चॉकलेट बार का स्थायित्व देता है; एक छोटा सा झटका उसे विकृत करने के बजाय तोड़ देता है।

प्रभाव कठोरता के लिए परीक्षण
चार्पी वी-नॉच (सीवीएन) प्रभाव परीक्षण सिग्मा भंगुरता की मात्रा निर्धारित करने के लिए स्वर्ण मानक है। जब ठीक से समाधान किया जाता है, तो डुप्लेक्स 2205 में आमतौर पर कमरे के तापमान पर 100-200 जे की प्रभाव कठोरता होती है। सिग्मा मौजूद होने पर कठोरता 20 जे से कम और अक्सर एकल आंकड़े तक कम हो सकती है। यह परीक्षण ट्यूब शीट से काटे गए छोटे भागों या परीक्षण कूपन के लिए स्पष्ट प्रमाण प्रदान करता है।

मेटलोग्राफिक विश्लेषण: द डार्क ईच स्पॉट्स
नक़्क़ाशी के बाद, सिग्मा चरण के भंगुरता की विशेषता एक माइक्रोस्कोप के नीचे देखी जाती है। एक उपयुक्त अभिकर्मक, जैसे 10% ऑक्सालिक एसिड में इलेक्ट्रोलाइटिक नक़्क़ाशी या एचसीएल और एचएनओ₃ (एक्वा रेजिया) या केओएच (डुप्लेक्स के लिए) का संयोजन, एक पॉलिश नमूने को उकेरने के लिए उपयोग किया जाता है। ऑस्टेनाइट और फेराइट एक विशिष्ट डुप्लेक्स माइक्रोस्ट्रक्चर में दो अलग-अलग चरणों के रूप में होते हैं; ऑस्टेनाइट आमतौर पर पीला या हल्का-सा उभरा हुआ होता है, जबकि फेराइट गहरा होता है। फेराइट अनाज के भीतर और अनाज की सीमाओं के साथ, सिग्मा चरण एक अंधेरे, अक्सर अवरुद्ध या प्लेट जैसे नेटवर्क के रूप में प्रकट होता है। अधिक आवर्धन पर सिग्मा कण स्वयं एक विशिष्ट, अत्यंत अंधेरे चरण के रूप में दिखाई देते हैं। सकारात्मक पहचान विशिष्ट "डार्क ईच स्पॉट" या निरंतर डार्क नेटवर्क द्वारा प्रदान की जाती है।

फ़ील्ड मेटलोग्राफ़िक प्रतिकृति (जैसा कि पिछले लेखों में चर्चा की गई है) का उपयोग करके साइट पर नक़्क़ाशीदार सतह की एक प्रतिकृति बनाई जा सकती है, जिसका फिर एक हैंडहेल्ड माइक्रोस्कोप के तहत निरीक्षण किया जाता है। सिग्मा को किसी बड़े एक्सचेंजर से नमूना हटाए बिना इस गैर-विनाशक (या थोड़ा विनाशकारी) विधि का उपयोग करके पाया जा सकता है।

मानक जांच विधि, एएसटीएम ए923
एएसटीएम ए923 द्वारा तीन मान्यता प्राप्त तकनीकें प्रदान की जाती हैं, "डुप्लेक्स ऑस्टेनिटिक/फेरिटिक स्टेनलेस स्टील्स में हानिकारक इंटरमेटेलिक चरणों का पता लगाने के लिए मानक परीक्षण विधियां," सिग्मा और अन्य इंटरमेटैलिक चरणों (जैसे ची) की पहचान के लिए:

विधि ए (सोडियम हाइड्रॉक्साइड ईच परीक्षण): एक पॉलिश किए गए नमूने को खोदने के लिए गर्म 40% NaOH समाधान का उपयोग किया जाता है। एक गहरी नक़्क़ाशी प्रतिक्रिया सिग्मा या ची चरण के अस्तित्व को इंगित करती है। इस स्क्रीनिंग परीक्षा का परिणाम उत्तीर्ण/असफल है।

प्रभाव की कठोरता का मूल्यांकन विधि बी (चार्पी प्रभाव परीक्षण) का उपयोग करके किया जाता है। स्वीकृति के लिए न्यूनतम औसत अवशोषित ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जैसे 2205 के लिए 54 जे।

विधि सी (फेराइट सामग्री माप): फेराइट प्रतिशत फेराइटस्कोप का उपयोग करके निर्धारित किया जाता है। सिग्मा बनने से फेराइट की मात्रा बहुत कम हो जाती है। हालाँकि, यह दृष्टिकोण कम सीधा है और बाहरी प्रभावों के अधीन है।

फ़ील्ड सर्विसिंग के लिए सबसे व्यवहार्य विधि एक छोटे से पॉलिश किए गए क्षेत्र या प्रतिकृति पर विधि ए (नक़्क़ाशी परीक्षण) है।

अपरिवर्तनीयता: नहीं -सीटू मरम्मत में
प्लांट इंजीनियरों के लिए महत्वपूर्ण निष्कर्ष यह है कि सिग्मा चरण को गर्मी उपचार द्वारा एक बड़े, निर्मित हीट एक्सचेंजर से समाप्त नहीं किया जा सकता है। सिग्मा को पुनः विघटित करने के लिए पूरे घटक को 1040-1100 डिग्री तक गर्म किया जाना चाहिए और जल्दी से बुझाया जाना चाहिए (पानी या दबाव वाली गैस का उपयोग करके)। ट्यूब, गैस्केट और कनेक्टेड पाइपवर्क वाला एक इन-{5}}सर्विस एक्सचेंजर इसे पूरा नहीं कर सकता है। यदि शेल को गर्म किया जा सकता है तो भी आंतरिक ट्यूब बंडल विस्तारित और विकृत हो जाएंगे, और त्वरित शीतलन के परिणामस्वरूप थर्मल शॉक होगा। नतीजतन, जैसे ही सिग्मा भंगुरता सत्यापित हो जाती है, एक महत्वपूर्ण घटक (जैसे ट्यूबशीट या मोटी निकला हुआ किनारा) को बदलने की आवश्यकता होती है। ट्यूब बंडलों के लिए एकमात्र विकल्प हटाना और बदलना है।

इसलिए, विनाशकारी विफलता को रोकने की कुंजी इसका पता लगाना है। यदि टूटे हुए हिस्सों के साथ समस्याग्रस्त हीट एक्सचेंजर का उपयोग किया जाता है, तो थर्मल या मैकेनिकल झटके (जैसे दबाव वृद्धि, हथौड़ा झटका, या यहां तक ​​कि नियमित कंपन) के परिणामस्वरूप तेजी से फ्रैक्चर हो सकता है।

व्यावहारिक क्षेत्र की पहचान के लिए चरण
यदि सिग्मा चरण के भंगुर होने का संदेह हो तो पुराने डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील हीट एक्सचेंजर में निम्नलिखित क्रियाएं की जानी चाहिए:

यह देखने के लिए सेवा इतिहास की जाँच करें कि क्या एक्सचेंजर को कभी 600 डिग्री से अधिक तापमान का सामना करना पड़ा है। आग की घटनाओं, ऑपरेशन लॉग, या असामान्य प्रक्रिया व्यवधानों की रिपोर्ट की जाँच करें। वेल्डिंग रिकॉर्ड: क्या मोटे हिस्से को पोस्ट -वेल्ड समाधान एनील्स के अधीन किया गया था?

एक गैर-विनाशकारी फेराइट माप का संचालन करें। साफ, ज़मीनी सतह पर, फेराइटस्कोप रीडिंग कम फेराइट सामग्री का संकेत दे सकती है (सामान्य 40 और 60% के बीच है; सिग्मा इसे 30% तक गिरा सकता है)। लेकिन यह अपने आप में निश्चित नहीं है.

मेटलोग्राफिक पुनरुत्पादन पर विचार करें। एएसटीएम ए923 विधि एक घोल का उपयोग एक सीमित क्षेत्र (जैसे ट्यूब शीट का चेहरा या मोटी निकला हुआ किनारा) को चिकना करने, पॉलिश करने और खोदने के लिए किया जाता है। एसीटेट प्रजनन का निरीक्षण करने के लिए 200-500× आवर्धन का उपयोग किया जाता है। काले, अवरुद्ध सिग्मा चरण नेटवर्क के अस्तित्व से भंगुरता की पुष्टि की जाती है।

यदि संभव हो तो एक छोटा सा कूपन प्राप्त करें। प्रयोगशाला चार्पी प्रभाव परीक्षण के लिए, एक छोटी ट्यूब का ठूंठ या गैर-महत्वपूर्ण स्थान से स्क्रैप का एक टुकड़ा लिया जा सकता है। 2205 (या नीचे विनिर्देश) के लिए 20 जे से कम की प्रभाव ऊर्जा माप से गंभीर भंगुरता का संकेत मिलता है।

तात्कालिकता निर्धारित करें: यदि सिग्मा की खोज की जाती है तो प्रभावित घटक को प्रतिस्थापन के लिए निर्धारित किया जाना चाहिए। अंतरिम में, कंपन के सभी स्रोतों को म्यूट कर दिया जाना चाहिए और एक्सचेंजर को कम यांत्रिक और थर्मल भार पर चलाया जाना चाहिए।

निवारक उपायों में उचित ताप उपचार और सेवा सीमाएँ शामिल हैं।
सिग्मा भंगुरता को रोकना इससे निपटने की सबसे अच्छी रणनीति है:

हमेशा सॉल्यूशन एनील डुप्लेक्स वेल्डमेंट: मोटे सेक्शन (6 मिमी से अधिक) के लिए पोस्ट {{0} वेल्ड सॉल्यूशन एनीलिंग और त्वरित शमन की आवश्यकता होती है। यद्यपि एनीलिंग अधिक सुरक्षित है, प्रभावी वेल्डिंग विधि योग्यता (कम गर्मी इनपुट, इंटरपास तापमान नियंत्रण) अक्सर पतले वर्गों के लिए सिग्मा को रोक सकती है।

A alternative alloy, such as a nickel-based superalloy, should be taken into consideration if a duplex exchanger is required for a high-temperature application (such as >500 डिग्री) लंबे समय तक। 600 डिग्री से अधिक लंबी सेवा से बचें।

किसी भी गर्मी के संपर्क के बाद शीतलन को नियंत्रित करें: 600-900 डिग्री रेंज में बिताए गए समय को कम करने के लिए, आग या थर्मल गड़बड़ी की स्थिति में एक्सचेंजर को जितनी जल्दी हो सके ठंडा किया जाना चाहिए (उदाहरण के लिए, पानी से बाढ़)।

निष्कर्ष के तौर पर
केवल उचित प्रारंभिक गर्मी उपचार और इसके गठन तापमान सीमा के विस्तारित जोखिम से बचने से सिग्मा चरण के विघटन, एक अपरिवर्तनीय और विनाशकारी गिरावट को रोका जा सकता है। प्रभाव क्रूरता में तेज गिरावट, एक चमकदार दानेदार फ्रैक्चर, और मेटलोग्राफिक विश्लेषण में काले ईच स्पॉट या नेटवर्क का उद्भव सिग्मा चरण एम्ब्रिटलमेंट डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील एक्सचेंजर घटकों के संकेतक हैं। पता लगाने के लिए मानक परीक्षण प्रक्रियाएँ ASTM A923 द्वारा प्रदान की जाती हैं। एक बार सत्यापित होने के बाद, क्षतिग्रस्त हिस्से को बदलने की आवश्यकता होती है क्योंकि इसे ठीक नहीं किया जा सकता है। ऊष्मा में किसी धातु के अस्तित्व को लिखने की शक्ति होती है; डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील के मामले में, यह अलिखित कहानी सिग्मा भंगुरता है। इस गुप्त, चकनाचूर पैदा करने वाले शत्रु के खिलाफ एकमात्र बचाव नियमित निरीक्षण, सेवा तापमान इतिहास का ज्ञान और उचित सामग्री का चयन है।