Quay lại

4 Vật Liệu Lý Tưởng cho Bình Chứa Áp Suất

Apr 14, 2025

Là một thiết bị đặc biệt có khả năng chịu áp suất nội bộ hoặc ngoại bộ, các bình chịu áp được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như hóa học, dầu khí, y học, năng lượng, thực phẩm, hàng không vũ trụ và nhiều lĩnh vực khác. Do thường phải đối mặt với các điều kiện làm việc khắc nghiệt như nhiệt độ cao, áp suất cao và ăn mòn trong quá trình vận hành, nên chúng đặt ra những yêu cầu cực kỳ cao đối với việc lựa chọn vật liệu. Việc chọn vật liệu không chỉ liên quan đến sự an toàn và tin cậy của bình chịu áp mà còn直接影响 trực tiếp đến chi phí sản xuất và tuổi thọ. Bài viết này sẽ thảo luận chi tiết về các vật liệu lý tưởng để chế tạo bình chịu áp.

Yêu cầu cơ bản đối với vật liệu bình chịu áp

Làm thiết bị chịu áp lực lâu dài, vật liệu của bình chứa áp lực phải có đặc tính cơ học xuất sắc. Điều này bao gồm độ bền kéo cao, độ dẻo tốt, khả năng chịu va đập và độ bền mệt mỏi. Vật liệu không được nứt dưới áp suất cao và phải có khả năng hấp thụ năng lượng thay vì gãy khi bị tác động bởi lực bên ngoài. Ngoài ra, sự ổn định nhiệt và khả năng chịu nhiệt cao cũng là những chỉ số quan trọng để đánh giá vật liệu, đặc biệt trong các lò phản ứng nhiệt độ cao và thiết bị trao đổi nhiệt, nơi mà vật liệu phải duy trì cấu trúc và đặc tính cơ học ổn định.

Khả năng chống ăn mòn là một yêu cầu quan trọng khác. Nhiều bình chịu áp được sử dụng để lưu trữ hoặc phản ứng với các chất ăn mòn như axit mạnh, kiềm mạnh, dung dịch muối, dung môi hữu cơ, v.v. Khả năng chống ăn mòn của vật liệu trực tiếp quyết định tuổi thọ và hệ số an toàn của thiết bị. Vật liệu cũng phải có khả năng hàn tốt và khả năng gia công, tạo hình để đáp ứng nhu cầu sản xuất cấu trúc phức tạp.

pressure vessels.png

Những vật liệu nào có thể được sử dụng để chế tạo bình chịu áp?

Thép Carbon:

Thép Carbon là vật liệu được sử dụng phổ biến nhất trong bình chịu áp. Nó được chọn vì có đặc tính cơ học tốt, khả năng hàn mạnh, hiệu suất gia công tốt và giá thành thấp. Các vật liệu thép carbon thông dụng bao gồm Q235, Q345, A516Gr.70, v.v.

Độ bền chịu uốn của vật liệu thép carbon là trung bình, phù hợp để chế tạo phần lớn các chi tiết chịu áp suất, đặc biệt trong môi trường nhiệt độ thường và không có chất ăn mòn mạnh. Độ dẻo tốt của nó giúp dễ dàng định hình và hàn trong quá trình sản xuất, điều này làm đơn giản hóa đáng kể quy trình sản xuất. Ngoài ra, vật liệu thép carbon có hệ thống tiêu chuẩn và cung ứng hoàn chỉnh trong và ngoài nước, thuận tiện cho việc kiểm soát chất lượng.

Tuy nhiên, nhược điểm của thép carbon cũng rất rõ ràng. Khả năng chống ăn mòn của nó kém, dễ bị gỉ trong môi trường axit, kiềm hoặc muối. Nếu không thực hiện các biện pháp chống ăn mòn hợp lý, rất có khả năng xảy ra thủng và rò rỉ. Ngoài ra, độ dai của nó giảm mạnh trong môi trường nhiệt độ thấp, có nguy cơ gãy giòn, điều này hạn chế ứng dụng của nó trong các điều kiện nhiệt độ thấp.

Do đó, thép carbon chủ yếu được sử dụng trong các trường hợp sau đây:

Bồn chứa khí nén;
Hệ thống xử lý nước;
Lò hơi;
Bồn chứa dầu, v.v.

Để cải thiện khả năng chống ăn mòn của thép carbon, người ta thường bảo vệ nó bằng cách lót, phun sơn, v.v. Mặc dù thép carbon có những nhược điểm, hiệu suất chi phí tổng thể tuyệt vời của nó khiến nó vẫn là một vật liệu cơ bản không thể thiếu trong việc chế tạo thiết bị áp lực.

Thép Hợp Kim:

Thép hợp kim là một loại vật liệu cải thiện hiệu suất bằng cách thêm các nguyên tố hợp kim như crôm, niken và molypden vào thép carbon. Ưu điểm lớn nhất của nó là độ bền cơ học cao, khả năng chịu nhiệt tốt và có một số khả năng chống ăn mòn. Một số loại thép hợp kim phổ biến bao gồm 15CrMoR, 12Cr1MoV, SA387Gr.11, Gr.22, v.v., được sử dụng rộng rãi trong các bình áp suất cao và nhiệt độ cao, chẳng hạn như cácbo lò hơi, phản ứng, v.v.

Sau khi thêm crôm và molypden, khả năng kháng oxy hóa và độ bền bò của thép hợp kim được cải thiện đáng kể, nhờ đó nó có thể duy trì sự ổn định tốt ngay cả trong môi trường nhiệt độ cao và áp suất cao. Một số loại thép hợp kim cũng có thể cung cấp khả năng kháng ăn mòn đối với các môi trường cụ thể, chẳng hạn như 12Cr1MoV, hoạt động tốt trong môi trường sulfua hiđro ở nhiệt độ cao.

Mặc dù thép hợp kim có hiệu suất tuyệt vời, nhưng chi phí sản xuất của nó cao hơn đáng kể so với thép carbon thông thường, và độ khó trong chế tạo cũng lớn hơn. Trong quá trình hàn, cần kiểm soát nghiêm ngặt các thông số công nghệ, và phải tiến hành xử lý nhiệt để tránh nứt nhiệt và nứt do ăn mòn ứng suất. Ngoài ra, một số loại thép hợp kim nhạy cảm với giòn do hiđro và cần sử dụng thận trọng trong thiết bị lưu trữ hiđro.

Thép không gỉ:

Thép không gỉ cũng có thể được sử dụng để sản xuất các thiết bị chịu áp lực, đặc biệt là trong các lĩnh vực hóa học, dược phẩm và thực phẩm, và khả năng kháng ăn mòn tuyệt vời của nó làm cho nó trở thành sự lựa chọn hàng đầu. Thép không gỉ chủ yếu được chia thành thép không gỉ austenit, ferrit, martensit và duplex. Các loại thép không gỉ austenit được sử dụng phổ biến nhất như 304, 316L, v.v. được ứng dụng rộng rãi nhờ khả năng hàn tốt, độ dai và khả năng kháng ăn mòn cao.

thép không gỉ 316L có khả năng kháng tốt trước môi trường chứa clo do hàm lượng molypden cao, và đặc biệt phù hợp cho các thiết bị chịu áp lực trong môi trường muối hoặc nước biển. Thép không gỉ duplex (như 2205, 2507) kết hợp những ưu điểm của cấu trúc austenit và ferrit, có độ bền cao hơn và khả năng kháng ăn mòn dạng lỗ tốt hơn, và đang dần thay thế vị trí của thép không gỉ austenit truyền thống trong một số lĩnh vực.

Nhược điểm chính của thép không gỉ là giá thành cao, đặc biệt đối với các model có hàm lượng niken và molypden cao. Ngoài ra, trong quá trình hàn dễ hình thành ăn mòn theo hạt, cần phải xử lý hòa tan rắn hoặc sử dụng các model có hàm lượng carbon thấp (như 316L). Trong môi trường khử mạnh, thép không gỉ có thể có nguy cơ bị ăn mòn do ứng suất, và cần chọn lựa vật liệu phù hợp một cách có mục tiêu.

Do đó, thép không gỉ chủ yếu được sử dụng trong các trường hợp sau đây:

Lò phản ứng;
Bồn chứa dược phẩm;
Bồn chứa khí tinh khiết cao, v.v.

Thiếc và hợp kim thếc:

Kim loại thếc đã trở thành một vật liệu phổ biến cho việc chế tạo bình chịu áp cao cấp nhờ vào mật độ thấp, cường độ riêng cao và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời. Thếc có tính ổn định xuất sắc đối với nhiều môi trường ăn mòn mạnh như axit nitric, axit hữu cơ, khí clo ẩm, nước biển, v.v., và đặc biệt thích hợp cho việc sử dụng lâu dài trong môi trường oxi hóa và trung tính.

Các vật liệu titan thông dụng bao gồm titan thuần khiết (chẳng hạn như TA1, TA2) và hợp kim titan (chẳng hạn như TC4). Titan thuần khiết có khả năng hàn và dập hình tuyệt vời, và được sử dụng rộng rãi trong các bồn chứa có độ bền thấp nhưng yêu cầu chống ăn mòn cao, chẳng hạn như bồn chứa nước muối, bồn mạ điện, phản ứng hóa học, v.v. Hợp kim titan có cả độ bền và khả năng chống ăn mòn, thích hợp cho các chi tiết chịu áp suất hoặc các trường hợp chịu lực cao.

Vật liệu titan đắt tiền, khó gia công và có yêu cầu môi trường cực kỳ cao trong quá trình hàn (cần bảo vệ bằng khí trơ), vì vậy chúng chủ yếu được sử dụng trong các sản phẩm công nghệ cao và giá trị gia tăng cao. Trong các lĩnh vực hàng không vũ trụ, hàng không, kỹ thuật biển sâu, thiết bị khử muối nước biển, thiết bị y tế, v.v., vật liệu titan ngày càng đóng vai trò không thể thay thế.

Làm thế nào để lựa chọn?

Trong kỹ thuật thực tế, việc chọn vật liệu thay đổi tùy theo điều kiện làm việc khác nhau. Ví dụ điển hình là tháp khử lưu huỳnh trong nhà máy lọc dầu, môi trường của nó chứa các thành phần ăn mòn mạnh như hydrogen sulfide, amoniac và clorua. Việc chọn loại vật liệu này sẽ phù hợp hơn thép không gỉ 316l hoặc thép không gỉ duplex 2205. Trong lò hơi nhà máy nhiệt điện, hơi nước ở nhiệt độ và áp suất cao đặt ra yêu cầu rất cao đối với các hợp kim chịu nhiệt, thường sử dụng thép hợp kim như 12Cr1MoV hoặc SA387.

Trong ngành phân bón, các phản ứng có áp lực cao được sử dụng trong bộ phận tổng hợp amoniac thường sử dụng các vật liệu đặc biệt như tấm hợp kim titan và tấm Hastelloy; trong ngành chế biến thực phẩm, để đảm bảo vệ sinh và sạch sẽ, người ta thường sử dụng vật liệu thép không gỉ austenitic như 304L và 316L.

Do đó, trong các ứng dụng kỹ thuật, việc chọn vật liệu phải được kết hợp với áp suất làm việc của thiết bị, nhiệt độ, loại môi trường, chu kỳ vận hành, kinh tế và tính phù hợp của tiêu chuẩn. Cân nhắc nhiều yếu tố khác nhau để chọn vật liệu đảm bảo cả về mặt an toàn, đáng tin cậy và hợp lý về kinh tế.

HNJBL là nhà sản xuất và cung cấp thép chuyên nghiệp. Các sản phẩm chính của công ty chúng tôi bao gồm thép carbon, thép không gỉ, thép chịu mài mòn, profile thép, thép phủ lớp, v.v. Với quy cách đầy đủ, chất lượng ổn định và số lượng dồi dào.

+86 17611015797 (WhatsApp )