Anyagútmutató LNG- és kriogén alkalmazásokhoz

A cseppfolyósított földgáz (LNG) és a kriogén rendszerek olyan alacsony hőmérsékleten működnek, mint –196 fok (-321 °F) - elég hideg ahhoz, hogy a közönséges szénacél rideggé és veszélyessé tegye. A megfelelő anyag kiválasztása nem preferencia; ez biztonsági követelmény. Az ausztenites rozsdamentes acélok és a nagy-nikkeltartalmú ötvözetek kivételes szívósságot tartanak fenn ezeken az extrém hőmérsékleteken, így ezek a választott anyagok a teljes LNG-értékláncban: cseppfolyósító üzemek, tárolótartályok, kriogén csővezetékek, visszagázosítási terminálok és úszó LNG (FLNG) tartályok.

Material Guide for LNG and Cryogenic Applications

Ez az útmutató tömör referenciát nyújt a mérnököknek, a beszerzési csapatoknak és a projektmenedzsereknek a legszélesebb körben meghatározott rozsdamentes acél- és nikkelötvözet-minőségekre vonatkozóan az LNG-ben és a kriogén szolgáltatásban -, amely tartalmazza a legfontosabb mechanikai tulajdonságokat, az alkalmazandó szabványokat és a tipikus alkalmazási területeket.

A széntartalmú és gyengén{0}}ötvözött ferrites acélok hajlékony---törékeny átalakuláson (DBT) mennek keresztül, amikor a hőmérséklet csökken. A DBT-pont - alatt, amely a közönséges szénacélok esetében akár 0 fokos is lehet, - az ütközési energia élesen csökken, és az anyag kevés figyelmeztetés nélkül eltörhet. Ez a jelenség felelős a katasztrofális történelmi kudarcokért, köztük az 1919-es melasz-katasztrófáért, amikor a hideg időben egy nagy acéltartály felszakadt, és 21 ember halálát okozta.

Az ausztenites rozsdamentes acélok felület{0}}központú köbös (FCC) kristályszerkezeteket tartalmaznak, amelyek nem mutatnak képlékeny -a- rideg átmenetet. Szívósságuk a hőmérséklet csökkenésével javul, ezért olyan kódok írják elő őket, mint az ASME B31.3 és az EN 13480 a kriogén szolgáltatásra.

304L (UNS S30403): A legszélesebb körben használt kriogén rozsdamentes acél. Az "L" alacsony széntartalmú (0,03 %-nál kisebb vagy azzal egyenlő), ami megakadályozza a hegesztés közbeni érzékenységet -, amely kritikus követelmény a hegesztett LNG-csövek és tárolórendszerek esetében. A minimális szakítószilárdság 485 MPa, a Charpy-ütési érték pedig 100 J felett marad –196 fokon.

316L (UNS S31603): 2–3% molibdént ad hozzá a megnövelt lyukkorrózió- és réskorrózióállóság érdekében, így ez az előnyben részesített választás a tengeri LNG-platformokhoz, part menti terminálokhoz és minden olyan környezethez, ahol a kloridnak való kitettség aggodalomra ad okot. A jellemző folyáshatár szobahőmérsékleten 170 MPa minimum, alacsonyabb hőmérsékleten növekszik.

321. évfolyam(titán-stabilizált) és347(nióbium-stabilizált) olyan szolgáltatásokhoz készültek, amelyek kombinálják a kriogén expozíciót megemelt-hőmérsékletciklusokkal -, például hőcserélők, amelyek a cseppfolyósítási hőmérséklet és a folyamat hőmérséklete között ingadoznak. A stabilizáló elemek megkötik a szenet, megakadályozzák a króm-karbid kicsapódását a szemcsehatárokon és megőrzik a korrózióállóságot széles hőmérsékleti tartományokban.

Ahol agresszívebbek a korróziós körülmények, - például savas gázfeldolgozás, savanyú feldolgozás vagy tengervíz-nedvesített FLNG-komponensek - magas-nikkelötvözetek olyan kiváló teljesítményt nyújtanak, mint az ausztenites rozsdamentes acélok önmagukban.

825-ös ötvözet38–46 % nikkelt, 19,5–23,5 % krómot, 2,5–3,5 % molibdént és rezet tartalmaz, így kiválóan ellenáll mind az oxidáló, mind a redukáló savaknak. Széles körben specifikálják H₂S-nek és CO₂-nak kitett LNG-feldolgozó berendezésekhez, amelyek megfelelnek az ASTM B424 (lemez) és az ASTM B425 (bar) szabványoknak. A lyukasztási ellenállás egyenértékszáma (PREN) általában meghaladja a 30-at, messze felülmúlva a szabványos 316 litert.

Legalább 58 % nikkelt, 20–23 % krómot és 8–10 % molibdént tartalmaz,625-ös ötvözetaz FLNG hajótestek rugalmas felszállóinak és burkolatainak standard anyaga. Szakítószilárdsága izzított állapotban meghaladja a 830 MPa-t, és –196 fokon megtartja a teljes alakíthatóságát. A 625-ös ötvözet megfelel az ASTM B443-nak (lemez) és az ASTM B446-nak (rúd/rúd), és a NACE MR0175/ISO 15156 szerint is rendelkezik a savanyú kiszolgáláshoz.

600-as ötvözetmagas nikkel-króm kombinációt biztosít (legfeljebb 72 % Ni, 14–17 % Cr), kiváló ellenállással a feszültségkorróziós repedésekkel (SCC) szemben a kriogén hőcserélőkben és hűtőládákban. Az ASTM B166 (bar) és az ASTM B168 (lemez) szerint van megadva, és továbbra is a hideg-dobozhéj-és-csöves hőcserélő anyaga marad a légleválasztó és LNG cseppfolyósító szerelvényekben.

Az alábbi táblázat összefoglalja a leggyakrabban megadott minőségeket, minimális üzemi hőmérsékletüket, az irányadó szabványokat, a nikkeltartalmat és az elsődleges alkalmazást.

Fokozat	Minimális hőmérséklet ( fok)	Kulcsstandard	Ni Tartalom	Elsődleges alkalmazás
304L	-196 fok	ASTM A240 / A182	8–12 %	LNG tartályok, csővezetékek, szerkezeti
316L	-196 fok	ASTM A240 / A276	10–14 %	Tengeri LNG, technológiai csővezetékek
321	-196 fok	ASTM A240 / A182	9–12 %	Magas{0}}hőmérséklet + krio kettős szolgáltatás
347	-196 fok	ASTM A240 / A182	9–13 %	Stabilizált kriocső
825-ös ötvözet	-196 fok	ASTM B424 / B425	38–46 %	Savanyú-szolgáltatás LNG, savas gáz
625-ös ötvözet	-196 fok	ASTM B443 / B446	58%-nál nagyobb vagy egyenlő	Rugalmas felszállók, FLNG
600-as ötvözet	-196 fok	ASTM B166 / B168	72%-nál nagyobb vagy egyenlő	Hőcserélők, hűtődobozok
9% Ni-acél	-196 fok	ASTM A553 I. típus	9 %	LNG tároló tartály héja

1. táblázat: Rozsdamentes acél és nikkelötvözetek minőségei LNG-hez és kriogén alkalmazásokhoz.

Az LNG vagy kriogén szolgáltatáshoz szükséges anyagok meghatározásakor a mérnököknek a következő tényezőket kell értékelniük:

Key Material Selection Criteria

Tervezési hőmérséklet: Ellenőrizze, hogy a kiválasztott minőség megfelelő Charpy ütési energiát tart-e (általában 27 J-nál nagyobb vagy egyenlő ASME-nként) a minimális tervezési hőmérsékleten.

Korróziós környezet: A kloridban-dús vagy savas-gázos környezet magasabb-ötvözetminőséget igényel, például 316L, 825 ötvözet vagy 625 ötvözet.

Hegeszthetőség: Az alacsony-széntartalmú ("L") vagy a stabilizált minőségek megakadályozzák az érzékenységet. A kriogén üzemben használt összes tompahegesztést megoldással- kell lágyítani, ahol ez praktikus.

Az alkalmazandó kódok: ASME VIII Div{0}}, ASME B31.3 IX. fejezet (alacsony hőmérsékletű csővezetékek), EN 13458 (statikus kriogén edények) és IGC Code (LNG-hajókhoz) mind meghatározza a megengedett anyagokat.

A termék formája: A lemezeknek, csöveknek, rúdnak, szerelvényeknek és kovácsolt anyagoknak meg kell felelniük a megfelelő ASTM / ASME SB/SA előírásainak.

A rozsdamentes acél és a nikkelötvözetek az egész LNG értékláncban megjelennek:

LNG-tároló tartályok: Belső héj 9% nikkelacél (ASTM A553) vagy 304L rozsdamentes acél; tartószerkezetek és csövek 304L / 316L-ben.

Kriogén csővezetékek és csőrendszerek: 10S–80S cső 304L / 316L-ben ASME B36.19 szerint; szerelvények az ASTM A403-hoz.

Hőcserélők és hűtődobozok: 321, 347 vagy 600-as ötvözetből készült csövek, vágófejek és héjelemek, a hőmérséklet-ciklus-terheléstől függően.

Szivattyúk, szelepek és műszerek: CF-3M (316L egyenértékű) vagy CF-8M öntvények; 625-ös ötvözetből készült díszítés a nagynyomású kriogén szelepekhez.

FLNG és offshore LNG szerkezetek: Burkolt fedélzetek, rugalmas felszállók és porlasztó{0}}hűtőcsövek 625 vagy 316L ötvözetből.

ASTM A240 / ASME SA-240 - Rozsdamentes acéllemez, lemez és szalag

ASTM A276 / A479 / ASME SA-479 - Rozsdamentes acél rúd és formák

ASTM A182 / ASME SA-182 - Kovácsolt rozsdamentes acél karimák és szerelvények

ASTM A403 / ASME SA-403 - Kovácsolt rozsdamentes acél csőszerelvények

ASTM B424 / B443 / B166 - Nikkelötvözet lemez (825, 625, 600 ötvözet)

ASTM B425 / B446 / B166 - Nikkelötvözet rúd (825, 625, 600 ötvözet)

ASME B31.3 IX. fejezet - Kriogén csővezeték-tervezés

HU 13458 - Statikus kriogén nyomástartó edények

NACE MR0175 / ISO 15156 - Savanyú-szolgáltatási minősítés

Minden lényeges döntést érvényesíteni kell a vonatkozó ASME, ASTM, EN vagy osztályozó társaság szabványai szerint, és ütővizsgálati adatokkal kell ellenőrizni a minimális tervezési hőmérsékleten. Ha kétségei vannak,konzultáljon a JN szállítóval.