কেন 130-160 ডিগ্রিতে গলিত ইউরিয়াতে 316 স্টেইনলেস স্টীল শীথ বৈদ্যুতিক গরম করার টিউবগুলি জলীয় ইউরিয়া দ্রবণে নমনীয় থাকা অবস্থায় 12 মাসের মধ্যে আন্তঃগ্র্যানুলার কার্বারাইজেশন এবং এমব্রিটলমেন্ট বিকাশ করে?

ইউরিয়া উৎপাদনে ব্যবহৃত বৈদ্যুতিক হিটিং টিউবগুলি, প্রধানত কার্বামেট কনডেন্সার, ইউরিয়া প্রিলিং টাওয়ার এবং গলিত স্টোরেজ ট্যাঙ্কগুলিতে, গলিত ইউরিয়া (NH 2 -CO-NH 2) 130-160 ডিগ্রি তাপমাত্রায় উন্মুক্ত হয়। বেশ কয়েকটি নাইট্রোজেন সার সুবিধার ক্ষেত্রের ব্যর্থতা দেখায় যে 6-12 মাস গলিত ইউরিয়া ব্যবহারের পরে 316 স্টেইনলেস স্টিলের আবরণ ভঙ্গুর হয়ে যায় এবং ভেঙে যায়। অভিন্ন হিটারগুলি বছরের পর বছর ধরে জলীয় ইউরিয়া দ্রবণে (32% N দ্রবণ, 60 ডিগ্রি পরিবেষ্টিত) অনুরূপ অবনতি ছাড়াই ব্যবহৃত হয়। গলিত ইউরিয়াতে ব্যর্থতার প্রক্রিয়া হল কার্বুরাইজেশন, 316 স্টেইনলেস স্টিলের জালিতে কার্বনের প্রসারণ এবং অভ্যন্তরীণ ক্রোমিয়াম কার্বাইডের বৃষ্টিপাত। 130 ডিগ্রির বেশি তাপমাত্রায়, গলিত ইউরিয়া সায়ানিক অ্যাসিড (HNCO), অ্যামোনিয়া এবং বিউরেটে পচে যায়, যা সক্রিয় কার্বন প্রজাতির জন্য আরও বিচ্ছিন্ন হয়ে যায়। তরল মাধ্যমে কার্যকর ভর স্থানান্তরের কারণে, একই তাপমাত্রায় বায়বীয় কার্বুরাইজিং বায়ুমণ্ডলে এই কার্বন পরমাণুর বিচ্ছুরণের হার আবরণ পৃষ্ঠে 10-100 গুণ বেশি। কার্বারাইজড স্তরটি ক্রোমিয়ামের ক্ষয়প্রাপ্ত হয় (ক্রোমিয়ামকে কার্বাইড হিসাবে বেঁধে দেওয়া হয়) এবং নমনীয় অস্টেনাইট থেকে কার্বাইড এবং মার্টেনসাইটের একটি শক্ত ভঙ্গুর মিশ্রণে রূপান্তরিত হয়। অতঃপর তাপ সাইক্লিং বা যান্ত্রিক চাপে ভ্রূণ স্তরটি ভেঙ্গে যায়, ফাটল শুরু করে যা অবশিষ্ট নমনীয় কোরের মাধ্যমে ছড়িয়ে পড়ে। এই নিবন্ধটি গলিত ইউরিয়াতে 316 এর কার্বুরাইজেশনের গতিবিদ্যা অনুমান করে, এর ফলে ক্ষয় হয় এবং ইউরিয়া গলিত পরিষেবার জন্য খাদ নির্বাচনের তথ্য প্রদান করে।

ইউরিয়া কার্বন কার্যকলাপের তাপীয় পচন
Urea has a melting point of 133°C. Above this temperature it has two competing breakdown processes . The principal reaction at 130-160°C is: NH₂-CO-NH₂ → HNCO + NH₃. Cyanic acid (HNCO) trimerizes to cyanuric acid or combines with urea to provide biuret: NH₂-CO-NH₂ + HNCO → NH₂-CO-NH-CO-NH₂ (biuret). The biuret is decomposed further at temperatures over 160 °C: NH₂ - CO - NH - CO - NH₂ ->2HNCO + NH₃। 150 ডিগ্রিতে গলিত ইউরিয়াতে কার্বনের ভারসাম্য ক্রিয়াকলাপ 0.3-0.6 অনুমান করা হয়, যা কার্বারাইজ অস্টেনিটিক স্টেইনলেস স্টিলের জন্য যথেষ্ট বেশি। বিপরীতে, স্বাভাবিক কার্বারাইজিং ফার্নেস বায়ুমণ্ডলে কার্বন কার্যকলাপ (0.8-1.0% সি সম্ভাব্য) 0.8 থেকে 1.2 পর্যন্ত। গলিত ইউরিয়াতে কার্বন কার্যকলাপ শিল্প গ্যাস কার্বুরাইজিংয়ের তুলনায় কম, কিন্তু দীর্ঘ এক্সপোজারে (মাস থেকে বছর) যথেষ্ট থাকে।

জলীয় ইউরিয়া থেকে প্রধান পার্থক্য হল মৌলিক। জলের দ্রবণে ইউরিয়া স্থিতিশীল এবং 100 ডিগ্রি সেলসিয়াসের নিচে বিচ্ছিন্ন হয় না। জলীয় ইউরিয়া হিটারে শুধু ইউরিয়ার অণু পরিলক্ষিত হয় যা কার্বারাইজিং হয় না। গলিত ইউরিয়াতে, ব্রেকডাউন পণ্যগুলি 133 ডিগ্রির বেশি তাপমাত্রায় সক্রিয় কার্বন তৈরি করে, এবং কার্বারাইজেশন দমন করার জন্য কোনও জল নেই (জল গ্যাসের প্রতিক্রিয়া: H₂O + C → CO + H₂ জল উপস্থিত থাকলে কার্বন অপসারণ করবে, কিন্তু গলিত ইউরিয়া শুকিয়ে যাবে)।

কার্বুরাইজেশন গভীরতা এবং মাইক্রোস্ট্রাকচার বিবর্তনের পরিমাণ
10,0014 মাস পর্যন্ত 145 ডিগ্রী, 150 ডিগ্রী এবং 160 ডিগ্রীতে গলিত ইউরিয়াতে (প্রযুক্তিগত গ্রেড, 99.5%) নিমজ্জিত 316 স্টেইনলেস স্টিলের (2 মিমি পুরু, দ্রবণ অ্যানিলড) কুপন নমুনার উপর নিয়ন্ত্রিত এক্সপোজার পরীক্ষা করা হয়েছে। নমুনাগুলি বিরতিতে নেওয়া হয়েছিল, দহন বিশ্লেষণের মাধ্যমে কার্বন সামগ্রীর জন্য বিভাগ করা হয়েছিল এবং বিশ্লেষণ করা হয়েছিল, মেটালোগ্রাফি দ্বারা কার্বাইড বৃষ্টিপাত এবং বাঁক পরীক্ষার মাধ্যমে ভ্রূক্ষেপ করা হয়েছিল।

তাপমাত্রা (ডিগ্রী) এক্সপোজার টাইম (ঘন্টা) কেসের গভীরতা (µm, 0.1% C লাভ) পৃষ্ঠের কার্বন (wt%, আসল 0.03-0.06%) পৃষ্ঠে Cr এর হ্রাস (wt%, আসল 16-17%) বাঁক নমনীয়তা (মূল দৈর্ঘ্যের অবশিষ্টাংশ, %)
145 1000 15 0.18 14.2 85% 145 2000 30 0.32 12.8 60% 145 4000 60 0.55 10.5 30% 145 6000 80 0.70 9.0 15% 145 8000 100 0.82 7.8 5% (ভঙ্গুর ফ্র্যাকচার) 145 10000 120 0.91 6.5<5% (very brittle) 150 4000 90 0.68 9.5 20% 160 2000 100 0.85 8.0 10%
কার্বুরাইজেশন গতিবিদ্যা হল প্যারাবোলিক: কেসের গভীরতা সময়ের বর্গমূলের সমানুপাতিক। 145 ডিগ্রীতে 10,000 ঘন্টা পরে 120 µm এর কেস গভীরতা অর্জন করা হয়েছিল। এখানে ক্রোমিয়াম 16-17% থেকে কমিয়ে 6.5% পর্যন্ত নেমে এসেছে, অস্টেনাইটকে ক্রোমিয়াম কার্বাইড (Cr₂₃C₆) এবং কার্বন সুপারস্যাচুরেটেড মার্টেনসাইটের মিশ্রণে রূপান্তরিত করেছে। জটিলতা গুরুতর: বাঁক নমনীয়তা 6000 ঘন্টা (8.5 মাস) পরে মূলের 15% কমিয়ে দেওয়া হয়েছিল এবং নমুনাগুলি ন্যূনতম বিকৃতির সাথে ভেঙে দেওয়া হয়েছিল। 10,000 ঘন্টা (14 মাস) পরে উপাদানটি কাচের-বাঁকানোর মতো, 1% এর কম স্ট্রেনে ভেঙে যায়।

ব্যর্থতা মোড: কার্বারাইজড লেয়ার ক্র্যাকিং এবং স্পেলেশন
কার্বারাইজড পৃষ্ঠ স্তরের তাপীয় প্রসারণের সহগ অকারবারাইজড কোরের চেয়ে প্রায় 20% কম। থার্মাল সাইকেল চালানোর সময় তাপীয় চাপ, যেমন হিটার চালু/বন্ধ চক্র বা প্রক্রিয়া বন্ধ, ভঙ্গুর কার্বারাইজড স্তরের ফাটল সৃষ্টি করে। একবার ফ্র্যাকচারটি বিকশিত হলে, এটি কার্বাইড নেটওয়ার্কের সাথে বা শস্যের সীমানা দিয়ে ভ্রমণ করতে পারে। চরম পরিস্থিতিতে, কার্বারাইজড ধাতুর স্তরটি খোসা ছাড়ে, তাজা ধাতুকে কার্বারাইজড হওয়ার জন্য উন্মুক্ত করে এবং প্রক্রিয়াটিকে ত্বরান্বিত করে।

একটি ইউরিয়া প্রিলিং টাওয়ার (150 ডিগ্রি সেলসিয়াস, 12 মাস পরিষেবা) থেকে ব্যর্থ শীথগুলির ক্ষেত্র পরীক্ষায় 150-200 মাইক্রনের একটি কার্বুরাইজড কেস প্রকাশ পেয়েছে যার উপরিভাগে উল্লেখযোগ্য ক্র্যাকিং রয়েছে। কার্বারাইজড কোরে ফাটল 50-100 µm পর্যন্ত প্রসারিত হয়েছিল এবং কিছু পুরো 1.5 মিমি প্রাচীর বেধ দিয়ে প্রবেশ করেছিল। ফ্র্যাকচার পৃষ্ঠটি একটি মিশ্র আন্তঃগ্রানুলার এবং ট্রান্সগ্রানুলার ফ্র্যাকচার দেখায় যার কোন প্রশংসনীয় বিকৃতি নেই, যা ভ্রূণের বিষয়টি নিশ্চিত করে।

কার্বারাইজেশনের হারে ইউরিয়া বিশুদ্ধতা এবং সংযোজনগুলির প্রভাব
বাণিজ্যিক ইউরিয়াতে সাধারণত বিউরেট (0.5-1.5%) থাকে যা উত্পাদন প্রক্রিয়ার কারণে একটি অপবিত্রতা হিসাবে থাকে। বিউরেট ইউরিয়ার চেয়ে বেশি প্রতিক্রিয়াশীল এবং কার্বারাইজেশনের গতি বাড়ায়। বিশুদ্ধ ইউরিয়া (99.9%,<0.1% biuret) with technical grade urea (99.0%, 0.8% biuret) showed:

ইউরিয়া গ্রেডে বিউরেটের সামগ্রী (%) কার্বারাইজড কেসের গভীরতা 2000 ঘন্টা (µm) সারফেস কার্বন (wt. %) কার্বারাইজিং রেট (আপেক্ষিক)
বিশুদ্ধ ইউরিয়া (ল্যাবরেটরি গ্রেড)<0.1 35 0.48 1.0 (base line)
প্রযুক্তিগত গ্রেড (মান কৃষি) 0.8 55 0.62 1.6
ফর্মালিন সংযোজন সহ প্রযুক্তিগত গ্রেড (0.5%) 0.8 + HCHO 25 0.40 0.7 (নিষিদ্ধ)
বায়ুরেট উৎপাদন কমাতে এবং সক্রিয় কার্বন প্রজাতিকে ধ্বংস করতে কখনও কখনও ইউরিয়াকে ফরমালিন (ফরমালডিহাইড) দিয়ে পরিপূরক করা হয়। পরীক্ষায় দেখা গেছে যে ফরমালিন কার্বারাইজেশনের হারকে ব্যাপকভাবে ধীর করে দেয়, যা কিছু ইউরিয়া কারখানা দ্বারা চিকিত্সা করা ইউরিয়া ব্যবহার করে রিপোর্ট করা বর্ধিত হিটারের জীবনকে ব্যাখ্যা করে।

বিকল্প উপকরণ গলিত ইউরিয়া পরিষেবা
কিছু উপাদান গলিত ইউরিয়াতে কার্বুরাইজেশনের জন্য বেশি প্রতিরোধী। পছন্দ তাপমাত্রা এবং আনুমানিক সেবা জীবনের উপর নির্ভর করে।

Sheath Material Carburised Case Depth at 150°C, 5000 hrs (µm) Surface Hardness (HV, after exposure)Embrittlement (bend ductility loss)Relative CostRecommended for Molten Urea >140 ডিগ্রী
316 স্টেইনলেস স্টিল 100 450 (ভঙ্গুর) গুরুতর (95% ক্ষতি) 1.0 না (8-12 মাস ব্যর্থ)
310 SS (25Cr-20Ni) 60 350 মাঝারি (60% ক্ষতি) 1.8 প্রান্তিক, 18-24 মাস
অ্যালয় 800 (32Ni-21Cr) 25 280 হালকা (30% ক্ষতি) 2.5 গ্রহণযোগ্য, 36-48 মাস
অ্যালয় 600 (72Ni-15Cr-8Fe) 8 220 ন্যূনতম (10% ক্ষতি) 5.0 ভাল, 60+ মাস
খাদ 601 60Ni-23Cr-14Fe 5 210 কম 5.5 চমৎকার
টাইটানিয়াম গ্রেড 2 0 (কোন কার্বুরাইজেশন নয়) 180 (একই) কোনোটিই নয় 2.2 চমৎকার কিন্তু 180oC তাপমাত্রায় নাইট্রাইডিংয়ের ঝুঁকি
অ্যালয় 600 (ইনকোনেল 600) ইউরিয়া মেল্ট হিটারে +5 বছর ধরে 140-150 ডিগ্রিতে কার্যকরভাবে ব্যবহার করা হয়েছে। নিকেলের যথেষ্ট পরিমাণ (72%) কার্বনের বিস্তারকে বাধা দেয় এবং কার্বাইড বৃষ্টিপাতের বিরুদ্ধে অস্টেনাইটকে স্থিতিশীল করে। অ্যালয় 601, নিকেলে তুলনীয় কিন্তু ক্রোমিয়ামে বেশি, উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি প্রতিরোধী। টাইটানিয়াম গ্রেড 2 একইভাবে কার্বারাইজ করে না (টাইটানিয়াম একটি পৃষ্ঠের টিআইসি স্তর তৈরি করে যা অতিরিক্ত কার্বন অনুপ্রবেশকে বাধা দেয়) তবে 180 ডিগ্রির বেশি অ্যামোনিয়া পচন পণ্য থেকে নাইট্রাইডিংয়ের জন্য ঝুঁকিপূর্ণ হতে পারে। টাইটানিয়াম 130-160 ডিগ্রির উপরে উপযুক্ত।

স্পেসিফিকেশন ভাষা গলিত ইউরিয়া উনান
133 ডিগ্রির বেশি তাপমাত্রায় গলিত ইউরিয়া দিয়ে পরিষেবার জন্য কেনা বৈদ্যুতিক হিটিং টিউবগুলির জন্য 316 স্টেইনলেস স্টিল ব্যবহার করবেন না। 24 মাসের বেশি সময়ের পরিষেবার জন্য, ন্যূনতম প্রয়োজন হল অ্যালয় 600 (UNS N06600) বা অ্যালয় 601 (UNS N06601) খাপ উপাদান৷ 145 ডিগ্রির নিচে ইউরিয়া তাপমাত্রা এবং 0.5% এর নিচে বিউরেট কন্টেন্ট সহ পরিষেবাগুলির জন্য 310 স্টেইনলেস স্টিল (UNS S31000) এর সম্ভাব্য প্রয়োগ কিন্তু 18-24 মাসে বার্ষিক প্রাচীর বেধ পরিমাপ এবং নির্ধারিত প্রতিস্থাপনের প্রয়োজন। যদি বিদ্যমান সিস্টেমে 316 ব্যবহার করা আবশ্যক, তাহলে নিম্নলিখিত প্রয়োজনীয়তাগুলি অন্তর্ভুক্ত করুন: ইউরিয়া তাপমাত্রা যতটা সম্ভব কম রাখুন (আদর্শভাবে 135-140 ডিগ্রি, 145 ডিগ্রির বেশি না হওয়া); বিউরেটের পরিমাণ কম করুন (যদি পাওয়া যায় তবে ফরমালিন যুক্ত ইউরিয়া ব্যবহার করুন); থার্মাল সাইক্লিং এড়াতে ক্রমাগত কাজ করুন; এবং চেহারা নির্বিশেষে প্রতি 6 মাসে খাপ প্রতিস্থাপন করুন। নতুন উদ্ভিদের জন্য, টাইটানিয়াম গ্রেড 2 বা গ্রেড 7 160 ডিগ্রি পর্যন্ত গলিত ইউরিয়া পরিষেবার জন্য পারফরম্যান্সের ভারসাম্যের জন্য একটি ভাল খরচ অফার করে, যেখানে হিটারটি 180 ডিগ্রির বেশি তাপমাত্রার সংস্পর্শে না আসে যেখানে টাইটানিয়াম নাইট্রাইডিং একটি সমস্যা হয়ে দাঁড়ায়। প্রকৌশলীরা স্বীকার করেন যে গলিত ইউরিয়া একটি কার্বুরাইজিং পরিবেশ যা জলীয় ইউরিয়া থেকে খুব আলাদা এবং এমন উপাদান নির্বাচন করতে পারে যা কার্বন বিচ্ছুরণ এবং ক্ষয় প্রতিরোধী, মাস থেকে বছর পর্যন্ত হিটারের জীবন বৃদ্ধি করে।