Vodič za materijale za LNG i kriogene aplikacije

Tečni prirodni gas (LNG) i kriogeni sistemi rade na temperaturama od -196 stepeni (-321 stepen F) - dovoljno hladnim da obični ugljenični čelik postane lomljiv i opasan. Odabir pravog materijala nije prioritet; to je imperativ sigurnosti. Austenitni nehrđajući čelici i legure visokog -nikla održavaju izuzetnu žilavost na ovim ekstremnim temperaturama, što ih čini izbornim materijalima u cijelom lancu vrijednosti LNG-a: postrojenja za ukapljivanje, rezervoari za skladištenje, kriogeni cjevovodi, terminali za regasifikaciju i plutajuće LNG (FLNG) posude.

Material Guide for LNG and Cryogenic Applications

Ovaj vodič pruža inženjerima, timovima za nabavku i menadžerima projekata sažetu referencu za najšire specificirane razrede nehrđajućeg čelika i legura nikla u LNG i kriogenim uslugama - koji pokrivaju ključna mehanička svojstva, primjenjive standarde i tipična područja primjene.

Ugljični i niskolegirani feritni čelici-podliježu duktilnom-u-prijelazu (DBT) kada temperature padnu. Ispod DBT tačke - koja za uobičajeni ugljenični čelik može biti i do 0 stepeni - energija udara naglo opada, a materijal se može slomiti uz malo upozorenja. Ovaj fenomen je odgovoran za katastrofalne istorijske neuspjehe, uključujući katastrofu melase iz 1919. godine, kada je veliki čelični rezervoar puknuo na hladnom vremenu, ubivši 21 osobu.

Austenitni nehrđajući čelici sadrže -centrirane kubične (FCC) kristalne strukture koje ne pokazuju duktilni-u-prijelaz. Njihova žilavost se zapravo poboljšava kako temperatura pada, zbog čega su propisani kodovima kao što su ASME B31.3 i EN 13480 za kriogene usluge.

304L (UNS S30403): Najrasprostranjeniji kriogeni nerđajući čelik. "L" označava nizak ugljik (manje ili jednako 0,03 %), što sprječava senzibilizaciju tokom zavarivanja - što je kritičan zahtjev za zavarene LNG cijevi i sisteme za skladištenje. Minimalna vlačna čvrstoća je 485 MPa, sa Charpyjevom udarnom vrijednošću koja ostaje iznad 100 J na -196 stepeni.

316L (UNS S31603): Dodaje 2–3 % molibdena za poboljšanu otpornost na koroziju na rupice i pukotine, što ga čini poželjnim izborom za LNG platforme na moru, obalne terminale i svako okruženje gdje je izloženost hloridima zabrinuta. Tipična granica tečenja je minimalno 170 MPa na sobnoj temperaturi, koja se povećava na nižim temperaturama.

Ocjene 321(titanijum-stabilizovan) i347(stabilizirani niobijem{0}}) su dizajnirani za rad koji kombinuje kriogeno izlaganje sa povišenim-ciklusima temperature -, na primjer, izmjenjivači topline koji se mijenjaju između temperature ukapljivanja i temperature procesa. Stabilizujući elementi vezuju ugljenik, sprečavajući taloženje hrom karbida na granicama zrna i čuvajući otpornost na koroziju u širokim temperaturnim rasponima.

Tamo gdje su uvjeti korozije agresivniji - kao što je obrada kiselog plina, kiseli servis ili FLNG komponente natopljene morskom vodom - visoke-legure nikla daju superiorne performanse kojima se ne mogu mjeriti samo austenitni nehrđajući čelici.

Legura 825sadrži 38–46 % nikla, 19,5–23,5 % hroma, 2,5–3,5 % molibdena i bakra, pružajući odličnu otpornost na oksidativne i redukcione kiseline. Široko je specificiran za opremu za obradu LNG-a izloženu H₂S i CO₂, u skladu sa ASTM B424 (ploča) i ASTM B425 (bar). Njegov ekvivalentni broj otpornosti na pitting (PREN) obično premašuje 30, daleko nadmašujući standardni 316L.

Sa više od ili jednako 58% nikla, 20-23% hroma i 8-10% molibdena,Legura 625je standardni materijal za fleksibilne uspone i obloge na FLNG trupovima. Njegova vlačna čvrstoća prelazi 830 MPa u žarenom stanju, a punu duktilnost zadržava na -196 stepeni. Legura 625 je u skladu sa ASTM B443 (ploča) i ASTM B446 (šip/šip), a takođe je kvalifikovana prema NACE MR0175/ISO 15156 za kiselu upotrebu.

Legura 600pruža visoku kombinaciju nikla-hroma (veću ili jednaku 72 % Ni, 14–17 % Cr) sa odličnom otpornošću na pucanje od korozije pod naprezanjem (SCC) u kriogenim izmjenjivačima topline i rashladnim kutijama. Određen je prema ASTM B166 (šip) i ASTM B168 (ploča) i ostaje za-materijal za hladne-kutijaste kućišta-i-izmjenjivače topline u vozovima za odvajanje zraka i LNG tečnosti.

Tabela ispod sumira najčešće specificirane klase, njihovu minimalnu radnu temperaturu, mjerodavne standarde, sadržaj nikla i primarnu primjenu.

Ocjena	Min temp (stepen)	Ključ Standard	Ni Content	Primarna aplikacija
304L	−196 stepeni	ASTM A240 / A182	8–12 %	LNG rezervoari, cjevovodi, strukturni
316L	−196 stepeni	ASTM A240 / A276	10–14 %	Marine LNG, procesni cjevovodi
321	−196 stepeni	ASTM A240 / A182	9–12 %	Visoka-temperatura + cryo dual service
347	−196 stepeni	ASTM A240 / A182	9–13 %	Stabilizirani krio cijevi
Legura 825	−196 stepeni	ASTM B424 / B425	38–46 %	Kiseli{0}}usluga LNG, kiseli gas
Legura 625	−196 stepeni	ASTM B443 / B446	Veće ili jednako 58 %	Fleksibilni usponi, FLNG
Legura 600	−196 stepeni	ASTM B166 / B168	Veće ili jednako 72 %	Izmjenjivači topline, hladnjaci
9 % Ni čelik	−196 stepeni	ASTM A553 Tip I	9 %	LNG rezervoar za skladištenje

Tabela 1: Nehrđajući čelik i legure nikla za LNG i kriogene primjene.

Kada određuju materijale za LNG ili kriogene usluge, inženjeri bi trebali procijeniti sljedeće faktore:

Key Material Selection Criteria

Projektna temperatura: Provjerite da odabrana klasa održava odgovarajuću Charpyjevu energiju udara (obično veću od ili jednaku 27 J po ASME) na minimalnoj projektnoj temperaturi.

Okruženje korozije: Okruženje bogato hloridima-ili kiselim{1}}plinovim zahtijeva više-legirane razrede kao što su 316L, legura 825 ili legura 625.

Zavarljivost: Nisko-ugljični ("L") razredi ili stabilizirani slojevi sprječavaju senzibilizaciju. Svi sučeoni zavareni spojevi u kriogenom radu trebaju biti -otopljeni žareni gdje je to praktično.

Primjenjivi kodovi: ASME VIII Div. 1, ASME B31.3 Poglavlje IX (niskotemperaturni cjevovodi), EN 13458 (statičke kriogene posude) i IGC kod (za LNG brodove) svi specificiraju dozvoljene materijale.

Oblik proizvoda: Ploča, cijev, šipka, fitinzi i otkovci moraju biti u skladu sa svojim ASTM / ASME SB/SA specifikacijama.

Nehrđajući čelik i legure nikla pojavljuju se u cijelom LNG lancu vrijednosti:

Rezervoari za skladištenje LNG-a: Unutarnje školjke od 9% čelika nikla (ASTM A553) ili nerđajućeg čelika 304L; potporne konstrukcije i cijevi u 304L / 316L.

Kriogeni cjevovodi i sistemi cjevovoda: Raspored cijevi od 10S do 80S u 304L / 316L prema ASME B36.19; fitinzi prema ASTM A403.

Izmjenjivači topline i rashladne kutije: cijevi, razdjelnici i komponente omotača od 321, 347 ili legure 600, ovisno o radnom ciklusu temperature.

Pumpe, ventili i instrumentacija: odljevci u CF-3M (316L ekvivalent) ili CF-8M; obloga od legure 625 za kriogene ventile visokog pritiska.

FLNG i offshore LNG strukture: obložene palube, fleksibilni usponi i cjevovodi za hlađenje{0}} sprejom od legure 625 ili 316L.

ASTM A240 / ASME SA-240 - Ploča, lim i traka od nerđajućeg čelika

ASTM A276 / A479 / ASME SA-479 - Šipka i oblici od nerđajućeg čelika

ASTM A182 / ASME SA-182 - Prirubnice i priključci od kovanog nerđajućeg čelika

ASTM A403 / ASME SA-403 - Fitingi za cijevi od nehrđajućeg čelika

ASTM B424 / B443 / B166 - ploča od legure nikla (legura 825, 625, 600)

ASTM B425 / B446 / B166 - šipka od legure nikla (legura 825, 625, 600)

ASME B31.3 Poglavlje IX - Kriogeni dizajn cjevovoda

EN 13458 - Statičke posude pod kriogenim pritiskom

NACE MR0175 / ISO 15156 - kiselo-kvalificiranje usluge

Svaka odluka o materijalu treba biti validirana u skladu sa važećim standardom ASME, ASTM, EN ili klasifikacionog društva i verifikovana podacima o ispitivanju na udar na minimalnoj projektovanoj temperaturi. kada ste u nedoumici,konsultujte JN dobavljača.