Ръководство за материали за LNG и криогенни приложения

Втечненият природен газ (LNG) и криогенните системи работят при ниски температури до −196 градуса (−321 градуса F) - достатъчно студени, за да направят обикновената въглеродна стомана крехка и опасна. Изборът на правилния материал не е предпочитание; това е императив за безопасност. Аустенитните неръждаеми стомани и високо-никеловите сплави поддържат изключителна здравина при тези екстремни температури, което ги прави предпочитани материали в цялата верига на стойността на LNG: инсталации за втечняване, резервоари за съхранение, криогенни тръбопроводи, терминали за регазификация и плаващи съдове за LNG (FLNG).

Material Guide for LNG and Cryogenic Applications

Това ръководство предоставя на инженерите, екипите за доставки и ръководителите на проекти кратка справка за най-широко специфицираните класове неръждаема стомана и никелови сплави в LNG и криогенни услуги -, обхващащи ключови механични свойства, приложими стандарти и типични области на приложение.

Въглеродните и ниско{0}}легираните феритни стомани претърпяват преход от-към-крехкост (DBT), когато температурите паднат. Под DBT точката -, която за обикновената въглеродна стомана може да достигне до 0 градуса - енергията на удара спада рязко и материалът може да се счупи с малко предупреждение. Това явление е отговорно за катастрофални исторически провали, включително бедствието с меласа от 1919 г., когато голям стоманен резервоар се спука в студено време, убивайки 21 души.

Аустенитните неръждаеми стомани съдържат лицево{0}}центрирани кубични (FCC) кристални структури, които не показват преход от пластично-към-крехкост. Тяхната издръжливост всъщност се подобрява с понижаване на температурата, поради което те са задължителни от кодове като ASME B31.3 и EN 13480 за криогенно обслужване.

304L (UNS S30403): Най-широко използваната криогенна неръждаема стомана. „L“ означава нисък въглерод (По-малко или равно на 0,03%), което предотвратява сенсибилизация по време на заваряване - критично изискване за заварени LNG тръбопроводи и системи за съхранение. Минималната якост на опън е 485 MPa, със стойност на удар на Шарпи, която остава над 100 J при −196 градуса.

316L (UNS S31603): Добавя 2–3 % молибден за повишена устойчивост на корозия на питинг и пукнатини, което го прави предпочитан избор за офшорни LNG платформи, крайбрежни терминали и всякаква среда, където излагането на хлорид е проблем. Типичната граница на провлачване е минимум 170 MPa при стайна температура, като се увеличава при по-ниски температури.

Степени 321(титан-стабилизиран) и347(ниобий-стабилизирани) са проектирани за обслужване, което съчетава криогенно излагане с повишени{1}}температурни цикли -, например топлообменници, които варират между температурите на втечняване и температурите на процеса. Стабилизиращите елементи свързват въглерода, предотвратявайки утаяването на хромен карбид по границите на зърната и запазвайки устойчивостта на корозия в широк температурен диапазон.

Когато условията на корозия са по-агресивни - като обработка с кисели газове, работа с киселини или морска вода-компоненти с FLNG, намокрени с - високо-никелови сплави, осигуряват превъзходна производителност, която аустенитните неръждаеми стомани сами по себе си не могат да се сравнят.

Сплав 825съдържа 38–46 % никел, 19,5–23,5 % хром, 2,5–3,5 % молибден и мед, осигурявайки отлична устойчивост както на окислителни, така и на редуциращи киселини. Той е широко специфициран за оборудване за обработка на LNG, изложено на H₂S и CO₂, в съответствие с ASTM B424 (плоча) и ASTM B425 (bar). Неговото еквивалентно число на съпротивление на хлътване (PREN) обикновено надвишава 30, далеч надминавайки стандарта 316L.

С по-голямо или равно на 58 % никел, 20–23 % хром и 8–10 % молибден,Сплав 625е стандартният материал за гъвкави щрангове и облицовки на корпуси от FLNG. Неговата якост на опън надвишава 830 MPa в закалено състояние и запазва пълна пластичност при -196 градуса. Сплав 625 съответства на ASTM B443 (плоча) и ASTM B446 (пръти/пръти) и също така е квалифицирана съгласно NACE MR0175/ISO 15156 за работа в кисела среда.

Сплав 600осигурява високо съдържание на никел-хром (по-голямо или равно на 72 % Ni, 14–17 % Cr) с отлична устойчивост на корозионно напукване под напрежение (SCC) в криогенни топлообменници и студени кутии. Той е определен за ASTM B166 (бар) и ASTM B168 (плоча) и остава-материал за студени-корпусни-и-тръбни топлообменници във въздушно разделяне и влакове за втечняване на LNG.

Таблицата по-долу обобщава най-често уточняваните степени, тяхната минимална работна температура, управляващи стандарти, съдържание на никел и основно приложение.

Степен	Мин. температура (градус)	Ключов стандарт	Ni съдържание	Основно приложение
304L	−196 градуса	ASTM A240 / A182	8–12 %	LNG резервоари, тръбопроводи, структурни
316L	−196 градуса	ASTM A240 / A276	10–14 %	Морски LNG, технологични тръбопроводи
321	−196 градуса	ASTM A240 / A182	9–12 %	Двойна-температура + крио услуга
347	−196 градуса	ASTM A240 / A182	9–13 %	Стабилизиран крио тръбопровод
Сплав 825	−196 градуса	ASTM B424 / B425	38–46 %	Кисел{0}}обслужващ LNG, киселинен газ
Сплав 625	−196 градуса	ASTM B443 / B446	По-голямо или равно на 58 %	Гъвкави щрангове, FLNG
Сплав 600	−196 градуса	ASTM B166 / B168	По-голямо или равно на 72 %	Топлообменници, студени кутии
9% Ni стомана	−196 градуса	ASTM A553 Тип I	9 %	Корпус на резервоар за съхранение на LNG

Таблица 1: Класове неръждаема стомана и никелови сплави за LNG и криогенни приложения.

Когато определят материали за LNG или криогенни услуги, инженерите трябва да оценят следните фактори:

Key Material Selection Criteria

Проектна температура: Проверете дали избраният клас поддържа адекватна ударна енергия на Шарпи (обикновено по-голяма или равна на 27 J по ASME) при минималната проектна температура.

Корозионна среда: Богатите на хлорид{0}}или киселинни-газови среди изискват по-високи-легирани степени като 316L, Alloy 825 или Alloy 625.

Заваряемост: Ниско{0}}въглеродни ("L") класове или стабилизирани класове предотвратяват сенсибилизация. Всички челни заварки при криогенно обслужване трябва да бъдат-закалени, когато е практично.

Приложими кодове: ASME VIII Div. 1, ASME B31.3 Глава IX (тръбопроводи за ниска-температура), EN 13458 (статични криогенни съдове) и IGC код (за LNG кораби) всички уточняват допустимите материали.

Форма на продукта: Плочата, тръбата, прътът, фитингите и изковките трябва да отговарят на съответните си спецификации ASTM / ASME SB/SA.

Неръждаема стомана и никелови сплави се появяват в цялата верига на стойността на LNG:

Резервоари за съхранение на LNG: вътрешни черупки от 9% никелова стомана (ASTM A553) или неръждаема стомана 304L; подпорни конструкции и тръбопроводи в 304L / 316L.

Криогенни тръбопроводи и тръбопроводни системи: Тръби от 10S до 80S в 304L / 316L по ASME B36.19; фитинги по ASTM A403.

Топлообменници и хладилни камери: Тръби, колектори и компоненти на корпуса от 321, 347 или сплав 600 в зависимост от режима на температурен цикъл.

Помпи, клапани и инструменти: Отливки в CF-3M (316L еквивалент) или CF-8M; облицовка от сплав 625 за криогенни клапани за високо налягане.

Конструкции за FLNG и офшорни LNG: Облицовани палуби, гъвкави щрангове и тръбопроводи за-охлаждане със спрей от сплав 625 или 316L.

ASTM A240 / ASME SA-240 - Плоча, лист и лента от неръждаема стомана

ASTM A276 / A479 / ASME SA-479 - Пръчка и профили от неръждаема стомана

ASTM A182 / ASME SA-182 - Ковани фланци и фитинги от неръждаема стомана

ASTM A403 / ASME SA-403 - Тръбни фитинги от кована неръждаема стомана

ASTM B424 / B443 / B166 - Плоча от никелова сплав (сплав 825, 625, 600)

ASTM B425 / B446 / B166 - Пръчка от никелова сплав (сплав 825, 625, 600)

ASME B31.3 Глава IX - Проектиране на криогенни тръбопроводи

EN 13458 - Статични криогенни съдове под налягане

NACE MR0175 / ISO 15156 - Sour-сервизна квалификация

Изборът на правилната неръждаема стомана или никелова сплав е единственото най-въздействащо решение при проектирането на безопасна, надеждна LNG или криогенна система. Класове 304L и 316L покриват по-голямата част от общите приложения за втечнен природен газ, докато стабилизираните класове 321 и 347 служат за задачи с двоен температурен-обхват.

Всяко материално решение трябва да бъде валидирано спрямо приложимите стандарти на ASME, ASTM, EN или класификационното общество и проверено с данни от изпитване на удар при минимална проектна температура. Когато се съмнявате,консултирайте се с доставчика на JN.