Průvodce materiálem pro LNG a kryogenní aplikace

Systémy na zkapalněný zemní plyn (LNG) a kryogenní systémy fungují při teplotách až -196 stupňů (-321 stupňů F) - dostatečně studených, aby se obyčejná uhlíková ocel stala křehkou a nebezpečnou. Výběr správného materiálu není prioritou; je to bezpečnostní imperativ. Austenitické nerezové oceli a slitiny s vysokým-niklem si zachovávají výjimečnou houževnatost při těchto extrémních teplotách, což z nich činí materiály volby v celém hodnotovém řetězci LNG: zkapalňovací závody, skladovací nádrže, kryogenní potrubí, terminály pro zpětné zplynování a plovoucí nádoby na LNG (FLNG).

Material Guide for LNG and Cryogenic Applications

Tato příručka poskytuje inženýrům, nákupním týmům a projektovým manažerům stručné reference pro nejrozšířenější třídy nerezové oceli a slitin niklu v LNG a kryogenních službách -, které pokrývají klíčové mechanické vlastnosti, příslušné normy a typické oblasti použití.

Uhlíkové a -nízkolegované feritické oceli procházejí při poklesu teplot tažným-k-křehkým přechodem (DBT). Pod bodem DBT -, který u běžné uhlíkové oceli může být až 0 stupňů -, nárazová energie prudce klesá a materiál se může s malým varováním zlomit. Tento jev je zodpovědný za katastrofické historické neúspěchy, včetně melasové katastrofy z roku 1919, kdy se v chladném počasí protrhla velká ocelová nádrž a zabilo 21 lidí.

Austenitické nerezové oceli obsahují plošně -centrované kubické (FCC) krystalické struktury, které nevykazují tvárný-k-křehký přechod. Jejich houževnatost se ve skutečnosti zlepšuje s klesající teplotou, což je důvod, proč jsou předepsány kódy jako ASME B31.3 a EN 13480 pro kryogenní provoz.

304L (UNS S30403): Nejpoužívanější kryogenní nerezová ocel. „L“ označuje nízkouhlíkové (méně než nebo rovno 0,03 %), což zabraňuje senzibilizaci během svařování -, což je kritický požadavek pro svařované potrubí a skladovací systémy LNG. Minimální pevnost v tahu je 485 MPa, s hodnotou Charpyho rázu, která zůstává nad 100 J při -196 stupních.

316L (UNS S31603): Přidává 2–3 % molybdenu pro zvýšenou odolnost proti důlkové a štěrbinové korozi, díky čemuž je preferovanou volbou pro pobřežní platformy LNG, pobřežní terminály a jakékoli prostředí, kde je problémem expozice chloridům. Typická mez kluzu je minimálně 170 MPa při pokojové teplotě, zvyšuje se při nižších teplotách.

Známky 321(stabilizováno titanem-) a347(niobem-stabilizované) jsou navrženy pro provoz, který kombinuje kryogenní expozici s cykly se zvýšenými -teplotami -, například výměníky tepla, které se pohybují mezi teplotou zkapalňování a teplotou procesu. Stabilizační prvky vážou uhlík, zabraňují vysrážení karbidu chrómu na hranicích zrn a zachovávají odolnost proti korozi v širokém rozsahu teplot.

Tam, kde jsou korozní podmínky agresivnější -, jako je zpracování kyselým plynem, kyselý provoz nebo mořskou vodou-smáčené součásti FLNG - s vysokým-niklem, poskytují slitiny s vysokým obsahem niklu vynikající výkon, kterému se samotná austenitická nerezová ocel nemůže rovnat.

Slitina 825obsahuje 38–46 % niklu, 19,5–23,5 % chrómu, 2,5–3,5 % molybdenu a mědi, poskytuje vynikající odolnost vůči oxidujícím i redukčním kyselinám. Je široce specifikován pro zařízení na zpracování LNG vystavená H₂S a CO₂, v souladu s ASTM B424 (deska) a ASTM B425 (bar). Jeho ekvivalentní číslo odolnosti proti důlkové korozi (PREN) obvykle přesahuje 30, což daleko předčí standardní 316L.

S obsahem větším nebo rovným 58 % niklu, 20–23 % chrómu a 8–10 % molybdenu,Slitina 625je standardním materiálem pro flexibilní podpěry a obklady na trupy FLNG. Jeho pevnost v tahu přesahuje 830 MPa v žíhaném stavu a zachovává si plnou tažnost při -196 stupních. Alloy 625 odpovídá ASTM B443 (deska) a ASTM B446 (tyč/tyč) a je také kvalifikována podle NACE MR0175/ISO 15156 pro kyselý provoz.

Slitina 600poskytuje kombinaci niklu-chrómu (Větší nebo rovna 72 % Ni, 14–17 % Cr) s vynikající odolností proti koroznímu praskání (SCC) v kryogenních výměnících tepla a chladicích boxech. Je specifikován podle ASTM B166 (tyč) a ASTM B168 (deska) a zůstává běžným-materiálem pro chladící-skořepinové{9}}a{10}}trubkové výměníky tepla ve vlakech pro separaci vzduchu a zkapalňování LNG.

Níže uvedená tabulka shrnuje nejčastěji specifikované jakosti, jejich minimální provozní teplotu, platné normy, obsah niklu a primární použití.

Stupeň	Min. teplota ( stupně )	Klíčový standard	Obsah Ni	Primární aplikace
304L	-196 stupňů	ASTM A240 / A182	8–12 %	Nádrže LNG, potrubí, konstrukční
316L	-196 stupňů	ASTM A240 / A276	10–14 %	Námořní LNG, procesní potrubí
321	-196 stupňů	ASTM A240 / A182	9–12 %	Duální služba pro vysoké-teploty + kryo
347	-196 stupňů	ASTM A240 / A182	9–13 %	Stabilizované kryo potrubí
Slitina 825	-196 stupňů	ASTM B424 / B425	38–46 %	Kyselý-servis LNG, kyselý plyn
Slitina 625	-196 stupňů	ASTM B443 / B446	Větší nebo rovno 58 %	Pružné stoupačky, FLNG
Slitina 600	-196 stupňů	ASTM B166 / B168	Větší nebo rovno 72 %	Výměníky tepla, chladící boxy
9 % Ni ocel	-196 stupňů	ASTM A553 typ I	9 %	Plášť zásobníku LNG

Tabulka 1: Nerezové oceli a slitiny niklu pro LNG a kryogenní aplikace.

Při specifikaci materiálů pro LNG nebo kryogenní provoz by inženýři měli vyhodnotit následující faktory:

Key Material Selection Criteria

Návrhová teplota: Ověřte, zda si vybraná třída zachovává přiměřenou energii Charpyho nárazu (obvykle větší nebo rovnou 27 J na ASME) při minimální návrhové teplotě.

Korozní prostředí: Prostředí s -chloridem nebo kyselým{1}}plynem vyžaduje vyšší-legované třídy, jako je 316L, Alloy 825 nebo Alloy 625.

Svařitelnost: Nízkouhlíkové ("L") nebo stabilizované druhy zabraňují senzibilizaci. Všechny tupé svary v kryogenním provozu by měly být žíhány-rozpouštědlem, kde je to praktické.

Použitelné kódy: ASME VIII Div{0}}, ASME B31.3 Kapitola IX (nízkoteplotní potrubí), EN 13458 (statické kryogenní nádoby) a IGC Code (pro lodě na LNG), všechny specifikují povolené materiály.

Forma produktu: Desky, trubky, tyče, tvarovky a výkovky musí odpovídat příslušným specifikacím ASTM / ASME SB/SA.

Nerezová ocel a slitiny niklu se objevují v celém hodnotovém řetězci LNG:

Skladovací nádrže LNG: Vnitřní pláště z 9% niklové oceli (ASTM A553) nebo nerezové oceli 304L; nosné konstrukce a potrubí v 304L / 316L.

Kryogenní potrubí a potrubní systémy: Plán potrubí 10S až 80S v 304L / 316L podle ASME B36.19; armatury podle ASTM A403.

Výměníky tepla a chladicí boxy: Trubky, sběrače a součásti pláště z 321, 347 nebo Alloy 600 v závislosti na teplotním cyklu.

Čerpadla, ventily a přístrojové vybavení: Odlitky z CF-3M (ekvivalent 316L) nebo CF-8M; obložení ze slitiny 625 pro vysokotlaké kryogenní ventily.

Konstrukce FLNG a pobřežní LNG: Opláštěné paluby, flexibilní stoupačky a potrubí chlazení-stříkáním ze slitiny Alloy 625 nebo 316L.

ASTM A240 / ASME SA-240 - Deska, plech a pás z nerezové oceli

ASTM A276 / A479 / ASME SA-479 - Tyč a tvary z nerezové oceli

ASTM A182 / ASME SA-182 - Kované nerezové příruby a fitinky

ASTM A403 / ASME SA-403 - Tvářené potrubní armatury z nerezové oceli

ASTM B424 / B443 / B166 - Deska z niklové slitiny (Alloy 825, 625, 600)

ASTM B425 / B446 / B166 - Tyč ze slitiny niklu (Alloy 825, 625, 600)

ASME B31.3 Kapitola IX - Návrh kryogenního potrubí

CZ 13458 - Statické kryogenní tlakové nádoby

Kvalifikace služeb NACE MR0175 / ISO 15156 - Sour-

Každé rozhodnutí o materiálu by mělo být validováno podle příslušné normy ASME, ASTM, EN nebo klasifikační společnosti a ověřeno s údaji z nárazových zkoušek při minimální návrhové teplotě. Když máte pochybnosti,poraďte se s dodavatelem JN.