با پیشرفت مداوم فناوری جهانی صنعتی ، کشتی های فشار ، به عنوان تجهیزات اصلی برای ذخیره و حمل و نقل گاز و مایعات با فشار بالا ، نیازهای عملکردی به طور فزاینده ای دارند. اگرچه کشتی های فشار فلزی سنتی از استحکام و دوام بالایی برخوردار هستند ، اما مضرات آنها مانند وزن سنگین و مقاومت در برابر خوردگی ضعیف کاربرد آنها را در برخی از زمینه های سطح بالا محدود می کند. مواد کامپوزیت فیبر کربن به دلیل خاصیت عالی آنها مانند وزن سبک ، استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی ، به تدریج به ماده ارجح برای تولید عروق فشار تبدیل شده اند. در سالهای اخیر ، نوآوری مداوم فناوری فیبر کربن باعث توسعه سریع بازار کشتی فشار شده و آن را به طور گسترده در ذخیره انرژی هیدروژن و حمل و نقل ، وسایل نقلیه گاز طبیعی ، هوافضا و سایر زمینه ها استفاده می کند. در این مقاله به تفصیل در مورد کاربرد نوآورانه فناوری فیبر کربن در زمینه کشتی های فشار و تأثیر آن بر بازار بحث خواهد شد.
فرآیند تولید فیبر کربن
فرآیند تولید فیبر کربن عمدتا شامل مراحل زیر است:
تهیه الیاف خام
مواد اولیه مانند پلی آکریلونیتریل (PAN) یا آسفالت را به الیاف چرخش دهید.
قبل از اکسیداسیون
درمان قبل از اکسیداسیون در هوا در درجه {1}} برای تثبیت ساختار مولکولی فیبر انجام می شود.
کربن سازی
تحت محافظت از گاز بی اثر ، فیبر از قبل اکسیده شده برای کربن سازی آن به درجه {1}} گرم می شود.
مزایای کشتی های فشار فیبر کربن
سبک وزن
چگالی مواد کامپوزیت فیبر کربن بسیار پایین تر از مواد فلزی است که باعث کاهش وزن عروق فشار فیبر کربن می شود. به عنوان مثال ، چگالی مواد کامپوزیت فیبر کربن در حدود 1.6 گرم در سانتی متر مربع است ، در حالی که چگالی فولاد 7.8 گرم در سانتی متر مربع است. بنابراین ، وزن عروق فشار فیبر کربن فقط 20 ٪ {5}}}} از ظروف فولادی است. طراحی سبک نه تنها هزینه های حمل و نقل و استفاده را کاهش می دهد ، بلکه قابلیت حمل و بازده نصب ظروف را نیز بهبود می بخشد.
01
استحکام بالا
مواد کامپوزیت فیبر کربن از استحکام خاص بسیار بالایی برخوردار هستند و می توانند بدون تغییر شکل در برابر فشارهای بزرگ مقاومت کنند. این امر به عروق فشار فیبر کربن اجازه می دهد تا با خیال راحت در محیط های فشار بالا کار کنند و برای ذخیره و حمل گازهای فشار قوی (مانند هیدروژن ، گاز طبیعی و غیره) مناسب هستند.
02
مقاومت در برابر خوردگی
مواد کامپوزیت فیبر کربن از مقاومت در برابر خوردگی عالی در برابر مواد شیمیایی مانند اسیدها ، قلیایی ها و نمک ها برخوردار هستند و می توانند برای مدت طولانی در محیط های سخت استفاده شوند. این به عروق فشار فیبر کربن مزایای قابل توجهی در محیط های خورنده مانند محیط های شیمیایی و دریایی می دهد.
03
مقاومت در برابر خستگی
مواد کامپوزیت فیبر کربن از مقاومت خستگی خوبی برخوردار هستند و می توانند بدون شکستن به راحتی در برابر چرخه های استرس مکرر مقاومت کنند. این امر باعث می شود کشتی فشار فیبر کربن از قابلیت اطمینان و دوام بالایی در استفاده طولانی مدت برخوردار باشد.
04
ضریب انبساط حرارتی کم
مواد کامپوزیت فیبر کربن از ضریب انبساط حرارتی کم برخوردار هستند و می توانند پایداری بعدی را در محیط های درجه حرارت بالا حفظ کنند. این امر باعث می شود کشتی فشار فیبر کربن در محیط های با درجه حرارت بالا و فشار بالا عملکرد بسیار خوبی داشته باشد.
05
مناطق کاربردی کشتی های فشار فیبر کربن
ذخیره انرژی هیدروژن و حمل و نقل
با افزایش تقاضای جهانی برای انرژی پاک ، انرژی هیدروژن ، به عنوان یک حامل انرژی کارآمد و پاک ، مورد توجه گسترده ای قرار گرفته است. کشتی های فشار فیبر کربن به دلیل سبک بودن ، استحکام بالا و مقاومت بالا به تجهیزات مورد نظر برای ذخیره انرژی و حمل و نقل هیدروژن تبدیل شده اند. به عنوان مثال ، سیلندرهای هیدروژن نوع IV ساخته شده از مواد کامپوزیت فیبر کربن می توانند با خیال راحت هیدروژن را در فشار زیاد 70MPa ذخیره کنند و پشتیبانی کلیدی را برای ارتقاء وسایل نقلیه انرژی هیدروژن فراهم می کنند.
وسایل نقلیه گاز طبیعی
وسایل نقلیه گاز طبیعی (NGV) ، به عنوان یک وسیله نقلیه انرژی پاک ، در سالهای اخیر به سرعت توسعه یافته اند. کشتی های فشار فیبر کربن به دلیل مقاومت در برابر سبک و فشار زیاد ، به یک گزینه ایده آل برای سیستم های ذخیره سوخت NGV تبدیل شده اند. به عنوان مثال ، سیلندرهای CNG ساخته شده از مواد کامپوزیت فیبر کربن می توانند با خیال راحت گاز طبیعی را با فشار زیاد 20MPa ذخیره کنند و دامنه کروز و ایمنی NGV ها را بهبود بخشند.
هوا و فضا
میدان هوافضا برای عملکرد مواد نیازهای بسیار بالایی دارد. مواد کامپوزیت فیبر کربن به دلیل سبک بودن ، استحکام بالا و مقاومت در برابر دمای بالا به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. به عنوان مثال ، از کشتی های فشار فیبر کربن برای ذخیره سوخت موشک ، اکسیژن فضاپیما و غیره استفاده می شود که عملکرد و قابلیت اطمینان وسایل نقلیه هوافضا را بهبود می بخشد.
مواد شیمیایی
صنعت شیمیایی برای مقاومت در برابر خوردگی عروق فشار نیازهای بالایی دارد. مواد کامپوزیت فیبر کربن به دلیل مقاومت در برابر خوردگی عالی ، به یک ماده ایده آل برای عروق فشار شیمیایی تبدیل شده اند. به عنوان مثال ، از عروق فشار فیبر کربن برای ذخیره و حمل مواد شیمیایی خورنده مانند اسیدها و قلیایی استفاده می شود که باعث بهبود ایمنی و کارآیی تولید شیمیایی می شود.
مهندسی دریایی
محیط دریایی نیازهای زیادی برای مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر خستگی مواد دارد. مواد کامپوزیت فیبر کربن به دلیل عملکرد عالی آنها به طور گسترده در مهندسی دریایی مورد استفاده قرار گرفته است. به عنوان مثال ، کشتی های فشار فیبر کربن در استخراج نفت و گاز زیر آب ، تجهیزات سکوهای دریایی و غیره استفاده می شود که باعث افزایش قابلیت اطمینان و دوام مهندسی دریایی می شود.
