G3429 أنابيب أسطوانة الغاز السلس: STH11, STH12, STH21, STH22
JIS G3429 أنابيب أسطوانة الغاز السلس: STH11, STH12, STH21, STH22 – تحليل مفصل
مقدمة لأنابيب الصلب JIS G3429
معيار JIS G3429, تأسست المعايير الصناعية اليابانية, يحدد مواصفات الأنابيب الفولاذية غير الملحومة المستخدمة في أسطوانات الغاز عالية الضغط. هذه الأنابيب حاسمة في الصناعات التي تتطلب قوية, مواد موثوقة لتخزين ونقل غازات مثل الغاز الطبيعي المضغوط (الغاز الطبيعي المضغوط), هيدروجين, أكسجين, والأرجون في ظل الظروف القاسية. يغطي المعيار خمس درجات - STH11, STH12, STH21, STH22, و STH31 - صمم خصيصًا لمتطلبات أداء محددة بناءً على التركيب الكيميائي والخصائص الميكانيكية. توفر هذه المقالة تحليلًا متعمقًا لـ STH11, STH12, STH21, و STH22, التركيز على أحجامهم, تحمل الأبعاد, التركيبات الكيميائية, والأداء المقارن في تطبيقات الضغط العالي.
يتم تصنيع أنابيب فولاذية سلسة تحت JIS G3429 باستخدام تقنيات متقدمة مثل التدحرج الساخن أو الرسم البارد لضمان التوحيد, قوة, ومقاومة الضغوط العالية. هذه الأنابيب جزء لا يتجزأ من التطبيقات في صناعة الغاز, قطاع السيارات (على سبيل المثال, أسطوانات CNG لمركبات الغاز الطبيعي), الفضاء الجوي, وصناعات النفط والغاز. بنائهم السلس يلغي نقاط الضعف مثل اللحامات, تعزيز المتانة والسلامة. ينتمي الدرجات STH11 و STH12 إلى الكربون المانغانيين (c-mn) فئة الصلب, مناسبة للأسطوانات للأغراض العامة, بينما STH21 و STH22, مصنوعة من الكروم-موليبدينوم (CR-MO) سبائك, تم تصميمها للبيئات عالية التحميل بسبب قوتها الفائقة ومقاومة الزحف في درجات حرارة مرتفعة. يستكشف هذا الدليل الشامل المواصفات الفنية, يقارن الدرجات, ويسلط الضوء على مدى ملاءمة التطبيقات المختلفة, بدعم من الجداول التفصيلية والتحليل العلمي.
الأحجام والمواصفات الأبعاد
يتم تعريف المواصفات الأبعاد لأنابيب الفولاذ السلس JIS G3429 بدقة لضمان التوافق مع تصنيع أسطوانة الغاز عالي الضغط. تتوفر هذه الأنابيب في مجموعة من الأحجام لاستيعاب التطبيقات المتنوعة, من طفايات الحريق الصغيرة إلى أنظمة تخزين الغاز الصناعية الكبيرة. يحدد المعيار الأقطار الخارجية تتراوح من 19.05 مم ل 114.3 مم, سماكة الجدار من 2.0 مم ل 14 مم, وتصل إلى 16,000 مم. تتيح هذه الأبعاد للمصنعين اختيار الأنابيب التي تلبي متطلبات الضغط والحجم مع الحفاظ على النزاهة الهيكلية.
تعتبر التحمل الأبعاد أمرًا بالغ الأهمية لضمان ملاءمة الأنابيب بسلاسة مع تصميمات الأسطوانة وتؤدي بشكل موثوق تحت الضغط. للقطر الخارجي, عادة ما يكون التسامح ± 1 ٪, ضمان ملاءمة دقيقة لتجميعات الأسطوانات. يتم تعيين تحمل سمك الجدار في +30% لضمان قوة كافية, مع أقصى تباين في سمك الجدار داخل 20% القيمة الاسمية للحفاظ على التوحيد. يتم تحقيق هذه التسامح الصارم من خلال عمليات التصنيع المتقدمة مثل الرسم السلس أو البارد, التي تقلل من الاختلافات والعيوب. يجب أن تكون الأنابيب مستقيمة عمليًا, مع نهايات مقطعة في الزوايا اليمنى إلى المحور, وخالية من العيوب السطحية مثل الشقوق أو الندبات التي قد تعرض الأداء.
| درجة | القطر الخارجي (مم) | سمك الجدار (مم) | طول (مم) | تحمل القطر الخارجي | التسامح مع سمك الجدار |
|---|---|---|---|---|---|
| STH11 | 19.05-114.3 | 2.0-14 | الأعلى 16,000 | ±1% | +30% |
| STH12 | 19.05-114.3 | 2.0-14 | الأعلى 16,000 | ±1% | +30% |
| STH21 | 19.05-114.3 | 2.0-14 | الأعلى 16,000 | ±1% | +30% |
| STH22 | 19.05-114.3 | 2.0-14 | الأعلى 16,000 | ±1% | +30% |
يتم التحقق من صحة الاتساق الأبعاد لأنابيب JIS G3429 من خلال اختبار صارم, بما في ذلك الاختبارات الهيدروليكية في 5 MPA لضمان عدم وجود تسرب واختبار غير مدمر (التيار بالموجات فوق الصوتية أو الدوامة) للكشف عن العيوب. تضمن تدابير مراقبة الجودة هذه أن الأنابيب تلبي المتطلبات الصارمة لـ JIS B8230 و JIS B8241, التي تحكم تصنيع أسطوانة الغاز. تسمح المرونة في نطاقات الحجم بالتخصيص, جعل هذه الأنابيب مناسبة للتطبيقات التي تتراوح من أسطوانات CNG للسيارات إلى أنظمة الدفع الفضائية. يجب على الشركات المصنعة النظر في المتطلبات الأبعاد المحددة لأسطواناتها لتحديد الدرجة والحجم المناسبين, موازنة التكلفة, أداء, والسلامة.
تحليل التكوين الكيميائي
يعد التركيب الكيميائي لأنابيب الصلب JIS G3429 سلسًا محددًا رئيسيًا لخصائصها الميكانيكية ومدى ملاءمة تطبيقات الضغط العالي. المعيار يصنف الدرجات في فولاذ C-MN (STH11, STH12) و CR-MO الفولاذ (STH21, STH22), مع كل درجة مصممة لاحتياجات الأداء المحددة. تتم معايرة التركيب الكيميائي بعناية لموازنة القوة, ليونة, ومقاومة العوامل البيئية مثل التآكل ودرجات الحرارة العالية. فيما يلي انهيار مفصل للتراكيب الكيميائية لـ STH11, STH12, STH21, و STH22, أعرب عن النسب المئوية.
| درجة | ج | و | من | ص | س | كر | شهر |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| STH11 | .30.30 | .30.35 | 0.60-1.20 | .035.035 | .035.035 | – | – |
| STH12 | .30.35 | .30.35 | 0.60-1.20 | .035.035 | .035.035 | – | – |
| STH21 | .250.25 | 0.15-0.35 | 0.40-0.90 | ≤0.030 | ≤0.030 | 0.80-1.20 | 0.15-0.30 |
| STH22 | .250.25 | 0.15-0.35 | 0.40-0.90 | ≤0.030 | ≤0.030 | 0.80-1.20 | 0.45-0.65 |
STH11 و STH12, كما الفولاذ c-mn, لديك محتوى كربون أعلى (ما يصل الى 0.30% و 0.35%, على التوالى) والمنغنيز (0.60-1.20 ٪), التي تعزز القوة والصلابة لأسطوانات الغاز للأغراض العامة. إن عدم وجود كروم وموليبدينوم يجعل هذه الدرجات فعالة من حيث التكلفة ولكن يحد من أدائها في بيئات درجات الحرارة العالية أو عالية التحميل. STH21 و STH22, مع انخفاض محتوى الكربون (≤0.25 ٪) وإضافة الكروم (0.80-1.20 ٪) والموليبدينوم (0.15-0.30 ٪ لـ STH21, 0.45-0.65 ٪ لـ STH22), تقديم مقاومة زحف فائقة وقوة في درجات حرارة مرتفعة. زيادة الموليبدينوم في STH22 يعزز أدائها في الظروف القاسية, مما يجعلها مثالية للأسطوانات ذات الضغط العالي في تطبيقات الفضاء والنفط والغاز. يقلل محتوى الفسفور المنخفض والكبريت في جميع الدرجات من الهشاشة ويحسن قابلية اللحام, ضمان أن تظل الأنابيب متينة تحت الضغط.
الخصائص الميكانيكية ومقارنة الأداء
تعتبر الخواص الميكانيكية لأنابيب JIS G3429 سلسة أمرًا بالغ الأهمية لأدائها في تطبيقات أسطوانات الغاز عالية الضغط. هذه الخصائص, بما في ذلك قوة الشد, قوة الخضوع, والاستطالة, حدد قدرة الأنابيب على تحمل الضغط الداخلي, مقاومة التشوه, والحفاظ على النزاهة الهيكلية مع مرور الوقت. درجات CR-MO (STH21 و STH22) تم تصميمها لبيئات التحميل العالي, تقديم قوة شد وزحف فائقة مقارنة بدرجات C-MN (STH11 و STH12).
| درجة | قوة الشد (MPa) | قوة العائد (MPa) | استطالة (%) |
|---|---|---|---|
| STH11 | ≥410 | ≥245 | ≥20 |
| STH12 | ≥480 | ≥315 | ≥18 |
| STH21 | ≥550 | ≥355 | ≥20 |
| STH22 | ≥590 | ≥410 | ≥18 |
تقدم STH11 و STH12 قوة شد كافية (≥410 ميجا باسكال و -480 ميجا باسكال, على التوالى) لأسطوانات الغاز القياسية, مثل تلك المستخدمة في طفايات الحريق أو التطبيقات الصناعية على نطاق صغير. استطالةهم (≥20 ٪ و ≥18 ٪) يضمن ليونة كافية لامتصاص الإجهاد دون كسر. لكن, STH21 و STH22, مع نقاط قوة الشد من -550 ميجا باسكال و -590 ميجا باسكال, على التوالى, أكثر ملاءمة لبيئات الضغط العالي بسبب قوتها المحسنة ومقاومة الزحف. STH22, بمحتوى موليبدينوم الأعلى, يعرض أعلى قوة شد وهو فعال بشكل خاص في التطبيقات التي تتطلب أداءً مستدامًا في ظل درجات الحرارة والضغوط القصوى, مثل مقطورات CNG أو أنظمة الدفع الفضائية. المفاضلة أقل قليلاً من الاستطالة في STH22, تشير إلى انخفاض ليونة مقارنة مع STH21, والتي قد تؤثر على اختيار المواد اعتمادًا على التطبيق المحدد.
التطبيقات وأهمية الصناعة
تعتبر أنابيب الفولاذ السلس JIS G3429 جزءًا لا يتجزأ من الصناعات التي تكون فيها السلامة والموثوقية تحت الضغط العالي أمرًا بالغ الأهمية. يتم استخدام STH11 و STH12 بشكل شائع في أسطوانات الغاز للأغراض العامة, مثل تلك الخاصة بالغازات الصناعية مثل النيتروجين والأرجون, بسبب فعاليتها من حيث التكلفة والخصائص الميكانيكية الكافية. هذه الدرجات مناسبة أيضًا لتطبيقات مثل دبابات الغوص وطفايات الحريق, حيث تتطلب مقاومة الضغط المعتدل. يوفر تكوين C-MN توازنًا في القوة والليونة, جعلها متعددة الاستخدامات لتصنيع الأسطوانات القياسية.
في المقابل, يفضل STH21 و STH22 في بيئات التحميل العالي, مثل أسطوانات CNG السيارات, أنظمة الفضاء, وتخزين النفط والغاز. يعزز تكوين CR-MO قدرته على تحمل درجات الحرارة والضغوط العالية دون تشوه, جعلها مثالية للطلب. على سبيل المثال, قوة زحف STH22 المتفوقة أمر بالغ الأهمية في مقطورات CNG, حيث تتعرض الأسطوانات للتحميل الدوري والضغوط الداخلية العالية. تجد هذه الدرجات أيضًا استخدامًا في الفضاء الفضائي لأنظمة الدفع ودعم الحياة, حيث تكون الموثوقية غير قابلة للتفاوض. إن البناء السلس لجميع أنابيب JIS G3429 يضمن ضيقة غاز ممتازة, منع التسريبات وضمان السلامة عبر الطلبات. يجب على الشركات المصنعة أن تزن تكلفة درجات CR-MO مقابل مزايا أدائها عند اختيار مواد لتصميم أسطوانة محددة.
معايير التحليل والاختيار المقارن
يعتمد اختيار درجة JIS G3429 المناسبة على المتطلبات المحددة لتطبيق أسطوانة الغاز, بما في ذلك الضغط, درجة حرارة, والظروف البيئية. يعد STH11 و STH12 خيارات فعالة من حيث التكلفة للتطبيقات ذات الطلبات المعتدلة ومتطلبات درجة الحرارة. يوفر محتوى الكربون العالي قوة كافية للأسطوانات للأغراض العامة, لكن افتقارها لعناصر صناعة السبائك مثل الكروم والموليبدينوم يحد من أدائها في الظروف القاسية. هذه الدرجات مثالية للمصنعين لتحديد أولويات القدرة على تحمل التكاليف دون المساس بالجودة للتطبيقات القياسية.
STH21 و STH22, مع تكوين CR-MO, تقديم مزايا كبيرة في بيئات الضغط العالي ودرجات الحرارة العالية. إضافة الكروم يعزز مقاومة التآكل, بينما يحسن الموليبدينوم قوة الزحف, جعل هذه الدرجات مناسبة للتطبيقات الصعبة مثل مركبات CNG وأنظمة الفضاء الجوي. STH22, بمحتوى موليبدينوم الأعلى, يتفوق على STH21 في الظروف القاسية ولكنه يأتي بتكلفة أعلى. يجب على الشركات المصنعة النظر في عوامل مثل بيئة التشغيل, حياة الاسطوانة, والميزانية عند الاختيار بين هذه الدرجات. اختبار صارم, بما في ذلك الطرق الهيدروليكية وغير المدمرة, يضمن أن جميع الدرجات تلبي معايير السلامة والأداء الموضحة في JIS G3429, توفير الثقة في موثوقيتها عبر التطبيقات المتنوعة.
تستخدم اسطوانات الغاز على نطاق واسع في المؤسسات الصناعية والتعدين, الحماية من الحرائق, والمجالات الطبية, وتستخدم لتخزين وإطلاق الوسائط الغازية. أنبوب أسطوانة الغاز عبارة عن أنبوب فولاذي غير ملحوم مناسب لإنتاج أوعية الضغط العالي من نوع أسطوانة الغاز.
تضع JIS G3429 معايير صارمة للأنابيب الفولاذية غير الملحومة المستخدمة في أسطوانات الغاز ذات الضغط العالي, التأكد من أنهم يمتلكون القوة اللازمة, صلابة, والمتانة. من خلال الالتزام بهذه المعايير, يمكن للمصنعين إنتاج جودة عالية, أسطوانات موثوقة تقوم بتخزين الغازات ونقلها بأمان تحت ضغط عالٍ, تلبية متطلبات الصناعية المختلفة, طبي, وتطبيقات السلامة.
