दबाव बर्तनों के लिए 4 आदर्श सामग्री

एक विशेष उपकरण के रूप में, जो आंतरिक या बाहरी दबाव को सहन करता है, दबाव बर्तन रसायन, पेट्रोलियम, चिकित्सा, ऊर्जा, भोजन, अंतरिक्ष यात्रा और अन्य क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग में लाए जाते हैं। चूंकि इनके काम करते समय उच्च तापमान, उच्च दबाव और संक्षारण जैसी चरम कार्य परिस्थितियों का सामना करना पड़ता है, इसलिए इनको उपकरणों के चयन पर अत्यधिक महत्वपूर्ण मांगें होती हैं। सामग्री का चयन न केवल दबाव बर्तनों की सुरक्षा और विश्वसनीयता से संबंधित है, बल्कि यह बनावट की लागत और सेवा जीवन पर भी सीधे प्रभाव डालता है। यह लेख दबाव बर्तन बनाने के लिए आदर्श सामग्रियों पर विस्तार से चर्चा करेगा।

दबाव बर्तन सामग्री के लिए मौलिक मांगें

एक लंबे समय के लिए दबाव बरतन के रूप में, दबाव बरतन की सामग्री को पहले उत्कृष्ट यांत्रिक गुण होने चाहिए। इसमें उच्च तनाव क्षमता, अच्छी डक्टिलिटी, प्रभाव रूपांतरण और थकान क्षमता शामिल है। सामग्री को उच्च दबाव में फटने की जगह, बाहरी बल से प्रभावित होने पर ऊर्जा अवशोषित करने की क्षमता होनी चाहिए। इसके अलावा, ऊष्मीय स्थिरता और उच्च तापमान प्रतिरोध भी सामग्री को जज़्बा करने के लिए महत्वपूर्ण सूचकांक हैं, खासकर उच्च-तापमान रिएक्टर और ऊष्मा विनिमय उपकरणों में, जहाँ सामग्री को स्थिर संरचना और यांत्रिक गुण बनाए रखने होने चाहिए।

संक्षारण प्रतिरोध एक और महत्वपूर्ण आवश्यकता है। कई दबाव बर्तन को संक्षारी माध्यम, जैसे मजबूत अम्ल, मजबूत क्षार, नमकीन घोल, ऑर्गेनिक सॉल्वेंट, आदि को स्टोर या अभिक्रिया करने के लिए इस्तेमाल किए जाते हैं। सामग्री का संक्षारण प्रतिरोध उपकरण की सेवा जीवन और सुरक्षा कारक को सीधे निर्धारित करता है। सामग्री को उच्च स्तर का वेल्डिंग प्रदर्शन और उत्पादन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए प्रोसेसिंग और फॉर्मिंग क्षमता भी होनी चाहिए।

दबाव बर्तन बनाने के लिए किन सामग्रियों का उपयोग किया जा सकता है?

कार्बन स्टील:

कार्बन स्टील दबाव बर्तनों में सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली सामग्री है। इसे अच्छे यांत्रिक गुण, मजबूत वेल्डिंग क्षमता, अच्छी प्रोसेसिंग प्रदर्शन और कम कीमत के कारण चुना जाता है। आम कार्बन स्टील सामग्रियां Q235, Q345, A516Gr.70, आदि शामिल हैं।

कार्बन स्टील पदार्थ का यिल्ड स्ट्रेंग्थ मध्यम होता है, जो अधिकांश दबाव-वहन करने वाले भागों को बनाने के लिए उपयुक्त है, विशेष रूप से सामान्य तापमान वाले परिवेश में और मजबूत कारोबारी माध्यमों की उपस्थिति में नहीं। इसकी अच्छी फिरोड़ी (ductility) बनावट में आसानी से आकार देने और चादर लगाने की अनुमति देती है, जो बनावट की प्रक्रिया को बहुत सरल बनाती है। इसके अलावा, घरेलू और विदेशी कार्बन स्टील पदार्थों के पास पूर्ण मानक और आपूर्ति प्रणाली है, जो गुणवत्ता नियंत्रण के लिए सुविधाजनक है।

हालाँकि, कार्बन स्टील की कमियाँ भी स्पष्ट हैं। इसकी कारोबारी प्रतिरोधकता खराब होती है, और यह एसिडिक, क्षारीय या नमकीन परिवेश में जल्दी से जंग लगती है। यदि कारोबारी उपायों का विवेकपूर्वक उपयोग नहीं किया जाता है, तो छेद और रिसाव होने की संभावना बहुत अधिक होती है। इसके अलावा, इसकी कठोरता ठंडे परिवेश में तेजी से गिर जाती है, और इसमें क्रिस्प फ्रैक्चर का खतरा होता है, जो इसके ठंडे परिवेश में उपयोग को सीमित करता है।

इसलिए, कार्बन स्टील का उपयोग मुख्य रूप से निम्न परिस्थितियों में किया जाता है:

• वायु संपीड़न स्टोरेज टैंक;
• पानी का उपचार प्रणाली;
• बॉयलर;
• तेल स्टोरेज टैंक, आदि।

कार्बन स्टील की सांद्रण प्रतिरोधिता में सुधार करने के लिए, इसे आमतौर पर लाइनिंग, स्प्रेयिंग आदि द्वारा संरक्षित किया जाता है। हालांकि कार्बन स्टील में कुछ दोष हैं, इसकी उत्कृष्ट समग्र लागत-प्रभाविता इसे दबाव बर्तनों के निर्माण में एक अपरिहार्य मूल सामग्री बना देती है।

मिश्र इस्पात:

एल्युमिनियम स्टील कार्बन स्टील में क्रोमियम, निकेल, मोलिब्डेन आदि एल्युमिनियम तत्वों को जोड़कर उत्पन्न की जाने वाली सामग्री है। इसका सबसे बड़ा फायदा उच्च यांत्रिक ताकत, अच्छी थर्मल ताकत और कुछ सांद्रण प्रतिरोधिता है। आमतौर पर उपयोग की जाने वाली एल्युमिनियम स्टील 15CrMoR, 12Cr1MoV, SA387Gr.11, Gr.22 आदि है, जो उच्च तापमान और उच्च दबाव के बर्तनों में व्यापक रूप से उपयोग में लाई जाती है, जैसे स्टीम बॉयलर, रिएक्टर आदि।

क्रोमियम और मोलिब्डेनम को जोड़ने के बाद, एल्यूम स्टील की ऑक्सीकरण प्रतिरोधकता और क्रीप ताकत में महत्वपूर्ण सुधार होता है, इसलिए यह उच्च तापमान और उच्च दबाव के परिवेश में भी अच्छी स्थिरता बनाए रख सकती है। कुछ एल्यूम स्टील विशिष्ट माध्यमों के लिए भी धातु-क्षय प्रतिरोधकता प्रदान कर सकती हैं, जैसे 12Cr1MoV, जो उच्च तापमान के हाइड्रोजन सल्फाइड परिवेश में अच्छी तरह से काम करती है।

हालांकि एल्यूम स्टील की उत्कृष्ट प्रदर्शन है, इसकी निर्माण लागत साधारण कार्बन स्टील की तुलना में महत्वपूर्ण रूप से अधिक है, और इसकी प्रसंस्करण कठिनता भी अधिक है। वेल्डिंग के दौरान, प्रक्रिया पैरामीटर्स को कड़े से नियंत्रित किया जाना चाहिए, और ऊष्मा उपचार किया जाना चाहिए ताकि ऊष्मा फटलें और तension corrosion cracking से बचा जा सके। इसके अलावा, कुछ एल्यूम स्टील हाइड्रोजन embrittlement से संवेदनशील हैं और हाइड्रोजन स्टोरेज उपकरणों में उपयोग करने के लिए सावधानी से उपयोग किया जाना चाहिए।

रसोई बदला:

स्टेनलेस स्टील दबाव बर्तनों के निर्माण में भी उपयोग किया जा सकता है, खासकर रसायन, फार्मास्यूटिकल और भोजन के क्षेत्रों में, और इसकी उत्कृष्ट धातु-क्षय प्रतिरोधकता इसे पहली पसंद बनाती है। स्टेनलेस स्टील को मुख्य रूप से ऑस्टेनाइटिक, फ़ेरिटिक, मार्टेन्सिटिक और डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील में विभाजित किया गया है। सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली ऑस्टेनाइटिक स्टेनलेस स्टील जैसे 304, 316L आदि को अच्छी वेल्डेबिलिटी, कठोरता और धातु-क्षय प्रतिरोधकता के कारण व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

316L स्टेनलेस स्टील में उच्च मोलिब्डेन सामग्री के कारण क्लोराइड माध्यमों के खिलाफ अच्छा प्रतिरोध होता है, और यह नमकीन या समुद्री पानी के पर्यावरण में दबाव बर्तनों के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है। डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील (जैसे 2205, 2507) ऑस्टेनाइट और फ़ेरिट संरचनाओं के लाभों को मिलाता है, जिससे उच्च ताकत और पिटिंग प्रतिरोध होता है, और यह कुछ पारंपरिक ऑस्टेनाइटिक स्टेनलेस स्टील क्षेत्रों में धीरे-धीरे अपनी स्थिति को बदल रहा है।

स्टेनलेस स्टील का मुख्य दोष उसकी उच्च कीमत है, विशेष रूप से उच्च निकेल और मोलिब्डेन सामग्री वाले मॉडलों के लिए। इसके अलावा, वेल्डिंग के दौरान आसानी से अंतर-जारी कोरोशन बनता है, और ठोस घोल प्रइल्टमेंट या कम कार्बन मॉडल (जैसे 316L) की आवश्यकता होती है। एक मजबूत कम करने वाले परिवेश में, स्टेनलेस स्टील में तनाव कोरोशन का जोखिम हो सकता है, और सामग्री मॉडल का चयन लक्षित रूप से किया जाना चाहिए।

इसलिए, स्टेनलेस स्टील का प्रमुख उपयोग निम्नलिखित स्थितियों में होता है:

• रिएक्टर;
• औषधीय संग्रहण टैंक;
• उच्च-शुद्धता गैस संग्रहण टैंक, आदि।

टाइटेनियम और टाइटेनियम यौगिक:

टाइटेनियम धातु के कारण इसका घनत्व कम है, उच्च विशिष्ट ताकत और उत्कृष्ट कोरोशन प्रतिरोध है, यह उच्च-अंत दबाव बर्तनों के निर्माण के लिए लोकप्रिय सामग्री बन गई है। टाइटेनियम का नाइट्रिक अम्ल, यौगिक अम्ल, गीली क्लोरीन गैस, समुद्री पानी, आदि जैसी विभिन्न उच्च कोरोशन माध्यम के प्रति उत्कृष्ट स्थिरता है, और यह ऑक्सीकारी और उदासीन परिवेशों में लंबे समय तक के उपयोग के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है।

सामान्य टाइटेनियम सामग्री में शुद्ध टाइटेनियम (जैसे TA1, TA2) और टाइटेनियम एल्योइ (जैसे TC4) शामिल हैं। शुद्ध टाइटेनियम का उत्कृष्ट वेल्डिंग और रूपांतरण की क्षमता होती है, और यह कम ताकत वाले परन्तु ऊँचे बिखराव प्रतिरोध की आवश्यकता वाले बर्तनों में व्यापक रूप से उपयोग में लाया जाता है, जैसे लवण जल स्टोरेज टैंक, गैल्वेनाइज़िंग टैंक, रासायनिक अभिक्रिया कर्ता आदि। टाइटेनियम एल्योइ में दोनों ताकत और बिखराव प्रतिरोध होते हैं, और ये दबाव योग्य भागों या उच्च-तनाव की स्थितियों के लिए उपयुक्त हैं।

टाइटेनियम सामग्री महंगी है, प्रसंस्करण करना मुश्किल है और इसके वेल्डिंग के दौरान अत्यधिक वातावरणीय आवश्यकताएँ होती हैं (निर्जीव गैस सुरक्षा की आवश्यकता होती है), इसलिए ये अधिकतर उच्च-प्रौढ़ता और उच्च-मूल्य वाले उत्पादों में उपयोग की जाती है। विमानन, वायु यान, गहरी समुद्री इंजीनियरिंग, समुद्री जल की वाष्पीकरण उपकरण, चिकित्सा उपकरण आदि क्षेत्रों में, टाइटेनियम सामग्री का एक अप्रतिस्थापनीय भूमिका निभाने के लिए बढ़ता हुआ योगदान है।

कैसे चुनें?

वास्तविक इंजीनियरिंग में, कार्यात्मक परिस्थितियों के अनुसार सामग्री का चयन भिन्न होता है। रिफाइनरी डिसल्फराइज़ेशन टावर को उदाहरण के तौर पर लें, इसके माध्यम में हाइड्रोजन सल्फाइड, एमोनिया और क्लोराइड्स जैसी अति कारोबारी घटक होते हैं। इसलिए चयन करने के लिए यह अधिक उपयुक्त है 316L स्टेनलेस स्टील या 2205 डबल्यूप रस्टलिस स्टील। विद्युत संयंत्र की बॉयलर्स में, उच्च तापमान और उच्च दबाव वाली भाप का उच्च तापमान प्रतिरोधी धातुओं पर बहुत अधिक मांग होती है, और 12Cr1MoV या SA387 एलोय स्टील का उपयोग अक्सर किया जाता है।

उर्वरक उद्योग में, सिंथेटिक एमोनिया यूनिट में उपयोग की जाने वाली उच्च दबाव वाली रिएक्टर्स में टाइटेनियम कंपाउंड प्लेट्स और हैस्टेलॉय कंपाउंड प्लेट्स जैसी विशेष सामग्रियों का उपयोग किया जाता है; खाद्य प्रसंस्करण उद्योग में, स्वच्छता और स्वास्थ्य को ध्यान में रखते हुए ऑस्टेनाइटिक रस्टलिस स्टील सामग्रियों जैसे 304L और 316L का उपयोग अक्सर किया जाता है।

इसलिए, इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में, सामग्री का चयन उपकरण के कार्यात्मक दबाव, तापमान, माध्यम का प्रकार, संचालन चक्र, आर्थिकता और मानकों की लागूपन के साथ जोड़ा जाना चाहिए। सुरक्षित, विश्वसनीय और आर्थिक रूप से वजह से मान्य सामग्री का चयन करने के लिए विभिन्न कारकों को ध्यान में रखें।

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