Yangına Dayanıklılık ve Güvenlik İçin Paslanmaz Çelik

Sanayi çağının başlangıcından bu yana, yapıların güvenliği ve insan hayatının korunması mühendisler için büyük önem taşıyan konular olmuştur. İki asırlık birikmiş deneyime rağmen, aynı konular günümüzde büyük endişe kaynağı olmaya devam ediyor. Belki de insanlığın hırsları bazen mevcut becerilerini aştığı için, kazalar yine de meydana gelir ve bedelini ödemeye devam eder. Yeni teknolojiler yeni problemler ortaya çıkarır ve zaman zaman öngörülemeyenler olur, geniş kapsamlı ve trajik sonuçları olur.

Yangın en tehlikeli tehlikelerden biridir. Yanıcı sıvıların ve gazların yaygın şekilde depolanması ve taşınması, yalnızca bir kıvılcımın bir yangın veya patlamayı tetiklemek için yeterli olabileceği anlamına gelir. Bu nedenle endüstriyel kompleksler planlanırken yangının önlenmesi, sınırlandırılması, sınırlandırılması ve söndürülmesi sorunlarına en yakın dikkat gösterilmelidir. Bu, mevcut malzemeleri incelemeyi ve temel yangın riski alanları ve personel tahliye yolları için en iyi ve en güvenli seçimleri yapmayı içerir.
 

Nikel Geliştirme Enstitüsü, tasarımcılara ve mühendislere bu görevde yardımcı olmak için Uluslararası Krom Geliştirme Derneği ve üç paslanmaz çelik üreticisine (Avesta AB, British Steel Stainless ve Ugine) katıldı ve yaygın olarak kullanılan dört malzeme üzerinde bağımsız bir yangın testi programına sponsor oldu. Bunlar galvanize yumuşak çelik, cam takviyeli plastik (GRP), alüminyum ve östenitik paslanmaz çelik Tip 316 (UNS S31600) idi. 

Testler, paslanmaz çelik yapıların hidrokarbon yangınlarında ulaşılan en yüksek sıcaklıklara uzun süre maruz kaldıktan sonra bile bütünlüklerini korumalarının beklenebileceğini, buna karşılık CTP ve alüminyumun düşük erime noktaları nedeniyle yangına nispeten az direnç sağladığını açıkça göstermiştir. Galvanizli yumuşak çelik, faydalı bir süre boyunca yangına dayanabilir ancak bir miktar sertlik kaybına uğrar ve erimiş çinkoyu damlatarak personel için olası bir tehlike oluşturabilir.

Önerilen Makale: Çelik sac malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için çelik platina fiyatları sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.

Paslanmaz çelik için bu olumlu sonuç, bu tür malzemenin yüksek sıcaklıklı endüstriyel prosesler ve ekipmanlarda yaygın kullanımı ve uzun deneyimleri açısından şaşırtıcı değildir. Bununla birlikte, paslanmaz çeliğin şiddetli yangın koşullarında alternatif malzemelere göre gösterdiği üstünlük sırasını belirlemek için kontrollü koşullar altında karşılaştırmalı testler tavsiye edilebilir kabul edildi.

Bu testlere paralel olarak İngiltere Çelik Konstrüksiyon Enstitüsü'nden, paslanmaz çelik yapıların diğer malzemelerden yapılanlar karşısında ekonomikliğini incelemesi istendi. Bu, ilk maliyetin ve daha da önemlisi, her yapının olası yaşam döngüsü boyunca bakım, onarım ve değiştirmeden kaynaklanan devam eden maliyetleri hesaplamayı içeriyordu. 

Hesaplamalar, paslanmaz çeliğin nispeten yüksek malzeme maliyetinin, uzun korozyonsuz ömrü ve bakım ve onarımdan sanal özgürlüğü ile dengelendiğini ve gerçek ekonomisini ilk bakışta göründüğünden çok daha çekici hale getirdiğini göstermektedir. Aslında, 10-30 yıllık bir kullanım ömrü boyunca, test edilen diğer tek faydalı malzeme derecesi olan galvanizli yumuşak çeliğe göre önemli ölçüde daha az maliyetli olması muhtemeldir.

Ek güvenlik genellikle kısa vadede bazı mali cezalar getirir. Yangın testi programı ve ekonomik çalışma tarafından sağlanan bilgiler, kara ve açık deniz yapılarının seçilen alanlarında paslanmaz çeliklerin daha fazla kullanılmasının kabul edilebilir bir maliyetle yangın güvenliğini önemli ölçüde artırabileceğini göstermektedir.

Testler, paslanmaz çeliklerin üstün yangın direncini kanıtlıyor.
 

Modern elektrik kabloları, bir yangın çıkması durumunda iletkenlerin kendini korumasını sağlamak için genişleyen kaplamalara sahiptir. Bu kaplamalar ateşte genişler, kırılgan hale gelir ve fazla eğilmeye dayanamaz. Bu nedenle kablo merdivenleri, yüksek sıcaklıklarda aşırı deforme olmayacak ve böylece kaplamaların zarar görmesini önleyecek malzemeden yapılmalıdır. Test prosedürü, kabloların ağırlığını simüle etmek için eşit şekilde yüklenmiş * ve 5 dakika boyunca ortalama 1000-1050 ° C sıcaklık verecek şekilde ayarlanmış 18 LPG brülörü ile doğrudan ısıtılan 3 metre uzunluğundaki merdivenleri içeriyordu.

Sonuçlar

GRP: CTP merdiveni, tüm brülörler ateşlenmeden önce çöktü ve anlamlı bir sıcaklık ölçümü mümkün değildi. Merdiven malzemesinin tutuşması, çıkan dumanla birlikte gözlendi. 
Alüminyum: Alüminyum merdiven 26 saniye sonra, anlamlı sıcaklık okumalarının elde edilmesi için çok kısa bir süre sonra toplam yapısal arızaya maruz kaldı. Yumuşamaya bağlı hızlı çökme merdivenin yangın bölgesinin dışına düşmesine neden olduğu için erimiş metal görülmedi.

Galvanizli Yumuşak Çelik: Yumuşak çelik merdiven, gereken 5 dakika boyunca bütünlüğünü korumuştur. Test ilerledikçe büyük erimiş çinko küreciklerinin düştüğü görüldü. Kaydedilen maksimum ortalama sıcaklık 642 ° C ve maksimum bireysel merdiven sıcaklığı 811 ° C idi.

Paslanmaz Çelik: Paslanmaz çelik merdiven gerekli 5 dakika boyunca bütünlüğünü korumuş ve brülörleri kapatmadan teste devam edilmesine karar verilmiştir. 40 dakika daha geçtikten sonra, şişelenmiş gaz tedariki bitince test sona erdi. Tam 45 dakika boyunca paslanmaz çelik merdiven bütünlüğünü korudu. Ulaşılan maksimum ortalama merdiven sıcaklığı 705 ° C ve maksimum bireysel merdiven sıcaklığı 757 ° C idi. Ortalama alev sıcaklığı, 14 dakika boyunca belirtilen 1000 ° C'yi aştı.
 

Yangın durumlarında, yapılar doğrudan alev çarpması yerine radyasyonla ısınabilir. Bu durumu simüle etmek için, her bir merdiven önceki testte olduğu gibi eşit şekilde yüklendi ve ardından elektrikle ısıtılan bir kabin içinde yukarıdan doğrudan radyasyona maruz bırakıldı. Testler, merdiven sıcaklığı stabilize olana veya yapısal arıza meydana gelene kadar sürdürüldü.

Sonuçlar

GRP: GRP merdiveni 6 dakika sonra tamamen yapısal arızaya uğradı. Başarısızlıktaki ortalama merdiven sıcaklığı 185 ° C ve maksimum bireysel sıcaklık 222 ° C idi.

Alüminyum: Alüminyum merdiven 12 dakika sonra tamamen yapısal bir hasara uğradı. Başarısızlıktaki ortalama merdiven sıcaklığı 238 ° C ve maksimum bireysel sıcaklık 264 ° C idi.

Galvanizli Yumuşak Çelik: Yumuşak çelik merdiven, sıcaklık stabilitesine ulaşmak için geçen 2 saat boyunca yapısal bütünlüğünü korumuştur. Testin sonunda ortalama merdiven sıcaklığı 552 ° C, maksimum bireysel sıcaklık 557 ° C idi. Testin sonunda merdivenin tüm çinko kaplaması kayboldu, ancak yalnızca bir erimiş çinko globülünün düştüğü gözlendi. .

Paslanmaz Çelik: Paslanmaz çelik merdiven, sıcaklık stabilitesine ulaşmak için geçen 3 saat boyunca yapısal bütünlüğünü korumuştur. Testin sonunda ortalama merdiven sıcaklığı 556 ° C idi ve maksimum bireysel sıcaklık 565 ° C idi. Bu merdivenin 3 saat sonra sapması, 2 saat sonra galvanizli çelik merdivenin sadece üçte birinden biraz daha fazlaydı.
 

Gerçek kurulumların gözlemleri, kablo merdivenlerinin yangından korunmasına rağmen, destek ayaklarının çok nadiren yalıtıldığını göstermiştir. Bu, yangından korunma çevresinde bir ısı yolu sağlayabilir. Bu nedenle testler, 100 mm seramik elyaf izolasyonla sarılan ve korumasız ayaklarla desteklenen alüminyum ve paslanmaz çelik merdivenlerde yapıldı. Her merdivene bir paslanmaz çelik ve bir galvanizli yumuşak çelik ayak takıldı. Alüminyum ayakların hiçbir testi yapılmadı, çünkü bunların korumalı merdivenlere takılmasının olası olmadığı düşünülüyordu.

Her merdiven, yanlarından altılı iki grup halinde kıvrılmış 12 kablo içeriyordu ve kalan kabloları simüle etmek için önceki testlerde olduğu gibi yüklendi. Her iki taraftaki üç kablo, üç arıza durumunu gösteren bir bütünlük ölçere bağlandı: açık devre; toprak hatası; kablo-kablo hatası, yani. kablolar arasında elektrik direnci bozulması. Her iki taraftaki bir kablo ısıyla bağlanmıştır.

Test prosedürü, brülörleri 1000-1050 ° C aralığında alev sıcaklıkları için kontrol etmek ve kablo bütünlüğünü ve sıcaklığı izlemekti. Arıza için iki kriter belirlendi: (a) kablo bütünlüğünün 15 dakika sürdürülmesi ve (b) kablo sıcaklığının 15 dakika boyunca 95 ° C'nin altında kalması.

Sonuçlar

Alüminyum: Alüminyum merdiven, 5 dakikadan daha kısa bir süre içinde aşamalı olarak çökmeye ve bunun sonucunda kablo bütünlüğü bozulmasına maruz kaldı. Galvanizli bacak tarafındaki ilk çökme 2 dakikadan biraz fazla bir süre içinde meydana geldi ve paslanmaz bacak tarafında ise 1 dakikadan biraz daha uzun bir süre sonra kısmi çökme meydana geldi. Merdivenin tamamen çökmesi 4 dakika 41 saniye sürdü.

Paslanmaz Çelik: Test kriterleri tam olarak karşılandı ve test, öngörülen 15 dakikanın ötesinde devam etti. Paslanmaz ayak tarafında 26. dakikada, galvaniz ayak tarafında 33. dakikada kablo bütünlüğü hatası oluştu. Kablo sıcaklığı, paslanmaz ayak tarafında 21 dakika ve galvaniz ayak tarafında 26 dakika sonra öngörülen 95 ° C'nin üzerine çıktı.
 

Kablo merdivenlerinin duvarlardan geçtiği bazı tesisatlarda, duvarın bir tarafındaki yangından diğer tarafta tehlike oluşturacak şekilde yeterli ısının aktarılması olasılığı vardır. Bu nedenle, bir kablo merdiveni ile girilen ve yalnızca bir tarafta şiddetli bir yangına maruz kalan boşluğun yalıtıldığı bir boşluk duvarını simüle eden bir teçhizat üzerinde testler yapılmıştır.

Her biri 2 metre uzunluğundaki alüminyum ve paslanmaz çelik merdivenler, ortada bir ekleme plakası ile donatılmış bir bağlantı ile test edildi. Test için, her merdiven, duvarın penetrasyon noktasında ekleme plakası ile konumlandırılmıştır. Alev sıcaklıkları 1000-1050 ° C'ye ayarlandı ve test, duvarın "soğuk" tarafında sıcaklık stabilize olana kadar sürdürüldü.

Sonuçlar

Alüminyum: Alüminyum merdiven 1 dakika 8 saniye sonra "sıcak" tarafta eriyerek tamamen çöktü. Ancak duvardan çıkıntı yapan merdivenin ucu hala aleve maruz kaldığı için teste devam edildi. 37 dakika sonra sıcaklık, bir merdiven ağında 134 ° C'de ve diğer ağda 152 ° C'de "soğuk" tarafta sabitlendi.

Paslanmaz Çelik: Paslanmaz çelik merdiven test boyunca değişmeden kaldı ve duvarın "soğuk" tarafındaki sıcaklıklar sabitlendiğinde 90 dakikada sona erdi. Kaydedilen sıcaklıklar bir merdiven ağında 80 ° C ve diğerinde 58 ° C idi.

Paslanmaz Çeliklerin Dünya Çapında Kullanım Alanları

Paslanmaya dayanıklı çelikler ilk olarak 75 yıl önce çeliğe önemli miktarda krom eklenmesinin etkileri araştırılırken geliştirildi. Bu erken dönem krom bakımından zengin çelikler, parlak bir yüzey görünümünü daha sonra korozyona karşı olağanüstü direnç olarak kabul edilenle birleştirerek oldukça umut verici görünüyordu. Uygulamada, sıcak ve soğuk işlemeye uygun olmadıklarından ve endüstriyel ekipman yapmak için gerekli olan çubuk, levha, levha ve diğer şekillerde kolayca biçimlendirilemedikleri için yararlılıklarının sınırlı olduğu kanıtlandı. Bu sınırlamalar, krom çeliklerine nikel eklenerek aşıldı; bu, imalat özelliklerini çok geliştirmiş ve korozyon direncini daha da artırmıştır.

1920'lerde, çok yönlü paslanmaz çelik için kesin bir bileşim oluşturuldu. Bu, bugün çok tanıdık olan ve% 18 krom ve% 8 nikel içeren '18 - 8 'tipiydi. Bunu kısa süre sonra ticari üretim izledi ve popüler "paslanmaz çelik" adı genel bir dile geldi. İlk önemli kullanımlarından biri, 1929'da New York'ta inşa edilen Chrysler Binası'nın Art Deco tarzı kulesiydi; 320 m yüksekliğindeki yapının 88 m üst kısmının kaplamasını içeriyordu. Bugün, altmış yıldan fazla bir süre sonra, sivri, paslanmaz çeliğin uzun ömürlülüğüne ve görsel çekiciliğine çarpıcı bir tanıklık eden, değişen güneş ışığını yakalayıp yansıttığı için şehrin en güzel manzaraları arasında kalmaya devam ediyor.

1930'lar, "18 -8" tipi paslanmaz çeliklerin kullanımında dikkate değer bir genişleme gördü. Birçok korozif ortam türüne karşı mükemmel dirençlerinin ve atmosferik koşullara uzun süre maruz kaldıklarında bakımdan uzak olmalarının haberi yayıldıkça önemli pazarlar açılmaya başladı. Yeni malzemelerin faydalarından ilk kez yararlanan sektörler arasında petrokimya üretimi, enerji üretimi, gıda işleme ve işleme, nakliye ve mimari vardı. Pratik deneyim kazandıkça ve güven arttıkça kullanım yelpazesi istikrarlı bir şekilde genişledi

İkinci Dünya Savaşı sırasında daha fazla genişleme meydana geldi, ancak savaş sonrası dönemde büyüme hızı hızla arttı. İtici güç ilk olarak geleneksel endüstrilerin modernizasyonu ve yeniden yapılandırılmasından, ardından ileri teknolojilerin ortaya çıkmasından ve son olarak da dünya halklarının yaşam standartları, sağlık hizmetleri ve çevresel kaygılar açısından sürekli yükselen özlemlerinden geldi. Tüm bu dürtüler, güvenlik, uzun sorunsuz ömür, bozulma özgürlüğü ve minimum bakım sağlayabilen üstün yapı malzemeleri gerektiriyordu. Bunlar paslanmaz çeliklerin sağladığı niteliklerdir.

Artık özel ihtiyaçları karşılamak için pek çok kalite krom-nikel paslanmaz çelik mevcuttur, ancak temel '18 -8 'tipi (şimdi Tip 304 veya UNS S30400 olarak adlandırılmıştır), yeni varyantların herhangi birinden çok daha büyük miktarlarda hala kullanılmaktadır. İyi korozyon direnci, temizleme kolaylığı, hem sıcağa hem de aşırı soğuğa dayanma yeteneği, mukavemeti, tokluğu ve iyi üretim davranışı onu sayısız uygulama için standart malzeme haline getirmektedir. Örnekler, petrokimya ekipmanı, yiyecek ve içecek üretimi, tıbbi ekipman, karayolu ve demiryolu taşımacılığı, kağıt ve kağıt hamuru imalatı, sıvı-gaz işleme ve depolama, nükleer bileşenler ve yapılar, farmasötik üretim, mimari cepheler ve çatı kaplamaları, ev tipi mutfak ekipmanları ve şehir mobilyalarıdır.

Servis koşullarının alışılmadık derecede katı olduğu her yerde, gelişmiş performans sağlamak için bir veya daha fazla özel paslanmaz çelik türü mevcuttur. Deniz hizmetlerinin agresif klorür yüklü koşullarında yaygın ve başarılı Tip 316 (UNS S31600) paslanmaz çeliğin kullanımı buna iyi bir örnektir. Üstün korozyon direnci, daha kolay imalat, iyileştirilmiş kaynaklanabilirlik, maksimum mukavemet oranı veya iyi soğuk çalışma davranışı gibi özel ihtiyaçlar, uygun şekilde alaşımlı paslanmaz çeliklerle karşılanabilir. Kullanılacak en uygun sınıfa ilişkin tavsiyeler, paslanmaz çelik üreticilerinden veya Nikel Geliştirme Enstitüsü'nden elde edilebilir.