Выбор материала трубопроводов и сосудов
При низких температурах углеродистая сталь становится хрупкой; для сосудов и труб ниже −40 °C применяют низколегированные стали с ударной вязкостью, нержавеющую сталь, медь и алюминий.
Обычный материал для использования с термальными жидкостями- углеродистая сталь. Однако, при температурах ниже −29 °C, углеродистая сталь не должна использоваться из-за снижения упругости. Проектировщик должен рассмотреть возможность использования 304 или 316 нержавеющих сталей из-за их хорошей низкотемпературной упругости. Другая альтернатива — использование углеродистой стали, которая была произведена специально для сохранения хорошей упругости при низких температурах (Dow Corning USA 1993). Например, Углеродистая сталь до −29 °C.
- SA - 333 - GR1 −29 до −46 °C
- SA - 333 - GR7 −46 до −73 °C
- SA - 333 - GR3 −59 до −101 °C
- SA - 333 - GR6 до −46 °C
Материалы
| Материал | Предел |
|---|---|
| Углеродистая сталь | До −40 °C |
| Низколегированная (09Г2С) | До −70 °C |
| Нержавейка, медь, алюминий | Криогенные |
Смежная тема — в статье запуск компрессоров при низких температурах.
Как выбрать материал по ударной вязкости?
Материал трубопроводов и сосудов низкотемпературной системы выбирают по ударной вязкости при минимальной рабочей температуре: металл должен сохранять способность поглощать энергию удара, а не раскалываться. Ориентир для сталей — ударная вязкость KCV не меньше 27 Дж на стандартном образце или KCU не меньше 30 Дж/см² при расчётной температуре.
| Материал | Пример марки | Минимальная температура |
|---|---|---|
| Углеродистая сталь | Ст3сп, 20 | до −20…−30 °C |
| Низколегированная сталь | 09Г2С | до −70 °C |
| Аустенитная нержавеющая | 12Х18Н10Т | до −196 °C и ниже |
| Медь и латунь | М1, Л63 | до −196 °C и ниже |
| Алюминиевые сплавы | АМг | до −196 °C и ниже |
Кроме ударной вязкости учитывают температурное сжатие: медная труба длиной 10 м при охлаждении с +20 до −80 °C укорачивается примерно на 17 мм, и без компенсаторов или гибов это ломает пайки. Подробнее о поведении металлов на холоде — в статье хрупкость металлов при низких температурах. Для нижнего контура каскадных установок до −75 °C обычно выбирают медь или нержавеющую сталь.
Частые вопросы
Почему углеродистая сталь не годится для низких температур?
Она становится хрупкой. Ниже порога хладноломкости ударная вязкость резко падает, и трещина распространяется без пластической деформации.
Какую сталь применяют до −70 °C?
Низколегированную, например 09Г2С. Для более низких температур — аустенитную нержавеющую сталь 12Х18Н10Т.
Насколько укорачивается труба при охлаждении?
ΔL = α · L · Δt. Медная труба 10 м при охлаждении на 100 K укорачивается примерно на 17 мм, стальная — на 12 мм, алюминиевая — на 23 мм.
Читайте также