1. طبقه بندی مواد و گواهینامه دوگانه
س: مشخصات پروژه ما هر دو "UNS N09925" و "API 6ACRA 925" را می طلبد. تامین کننده ما مواد را به ASTM B805 ارائه می دهد. آیا اینها همان مواد هستند و آیا می توانیم از لوله ASTM B805 برای برنامه API 6A استفاده کنیم؟
پاسخ: این یک نقطه سردرگمی بسیار رایج در صنایع نفت و گاز و مبدل های حرارتی است. پاسخ کوتاه این است که شیمی پایه-نیکل-آهن-آلیاژ کروم با مولیبدن و مس، که معمولاً به نام Incoloy 925 شناخته میشود، یکسان است. با این حال، تفاوت در مشخصات محصول و محدوده آزمایش است.
UNS N09925: این سیستم شماره گذاری یکپارچه برای خود شیمی است. محدودیت های عنصری را مشخص می کند (نیکل: 42-46٪، کروم: 20-23٪، مولیبدن: 2.5-3.5٪، و غیره). هر ماده ای که به عنوان Incoloy 925 فروخته می شود باید این شرایط شیمیایی را داشته باشد.
ASTM B805: این یک مشخصات استاندارد برای لوله ها و لوله های بدون درز UNS N09925 است. این تلورانس های ابعادی، الزامات کششی و تست استاندارد برای خدمات عمومی، از جمله مبدل های حرارتی را پوشش می دهد. این یک مشخصات "سهام" خوب است.
API 6ACRA (در حال حاضر API 6A CRA): این استاندارد برای "سن-نیکل سخت شده{3}}آلیاژهای مبتنی بر تجهیزات حفاری و تولید نفت و گاز است." به طور قابل توجهی سختگیرانه تر است. این روشهای عملیات حرارتی ویژه (معمولاً 1350 درجه فارنهایت با بازپخت محلول + 1150 درجه فارنهایت)، محدوده سختی خاص (اغلب 30-36 HRC) و آزمایشهای اضافی مانند آزمایش ضربه Charpy V-Notch در دماهای پایین را الزامی میکند، که همیشه توسط ASTM B805 مورد نیاز نیست.
روند صنعت:
روند جدید به سمت صدور گواهینامه دوگانه است. یک تولیدکننده لوله را مطابق با ASTM B805 تولید خواهد کرد، اما آنها آزمایشهای اضافی مورد نیاز API را انجام خواهند داد (تأیید اندازه دانه، آزمایش ضربه، کنترل سختی دقیق) و گواهی میدهند که با API 6ACRA نیز مطابقت دارد. برای یک مبدل حرارتی در یک پالایشگاه یا سکوی فراساحلی، ASTM B805 معمولاً کافی است. با این حال، اگر آن مبدل حرارتی بخشی از سر چاه یا منیفولد چوک/کشت باشد، لوله باید الزامات API 6A CRA را برآورده کند. همیشه مشخص کنید که آیا به افزودنیهای "API" نیاز دارید، زیرا ممکن است ماده پایه B805 تست ضربه نشده باشد.
2. مقاومت SCC در خدمات ترش (محیط H2S)
س: چرا Incoloy 925 (UNS N09925) در حال تبدیل شدن به یک روند برای مبدل های حرارتی نسبت به فولاد ضد زنگ استاندارد 316L، به ویژه در پردازش گاز "سرویس ترش" است؟
پاسخ: محرک اولیه برای جایگزینی فولاد ضد زنگ 316L با UNS N09925 در لوله های مبدل حرارتی، مقاومت در برابر ترک خوردگی استرس سولفید (SSC) و ترک خوردگی استرس کلرید (CLSCC) در محیط های بسیار خورنده است.
فولاد ضد زنگ استاندارد 316L آستنیتی است و مقاومت عمومی خوبی در برابر خوردگی دارد. با این حال، در محیط های "سرویس ترش" حاوی H2S (سولفید هیدروژن) همراه با کلریدها و آب آزاد، 316L از دو مکانیسم شکست عمده رنج می برد:
کلرید SCC: بالاتر از تقریباً 140 درجه فارنهایت (60 درجه)، 316L در حضور کلریدها بسیار مستعد ترک خوردگی فراگرانولار است.
SSC: در محیط های H2S، هیدروژن می تواند مواد را ترد کند.
مزیت UNS N09925:
Incoloy 925 یک آلیاژ نیکل-آهن-کروم (با 42% نیکل) است که در اثر بارش قابل سخت شدن است. محتوای بالای نیکل (بیش از 40٪) پایداری متالورژیکی را فراهم می کند که عملکرد مواد را به رده "CRA" (آلیاژ مقاوم در برابر خوردگی) در NACE MR0175/ISO 15156 تغییر می دهد.
انطباق NACE: UNS N09925 به طور خاص به عنوان یک ماده سازگار برای خدمات ترش فهرست شده است. این می تواند فشارهای جزئی بالای H2S، کلریدهای بالا و محیط های با pH پایین را که در آن 316L در عرض چند روز از بین می رود، تحمل کند.
روند: با بالغ شدن میادین نفت و گاز، سیالات تولید شده "ترش تر" می شوند (H2S بالاتر). پالایشگاه ها همچنین نفت خام سنگین تر و کثیف تر را فرآوری می کنند. بنابراین، مبدل های حرارتی در جریان های سربار واحدهای خام یا در کارخانه های تصفیه گاز به طور فزاینده ای با لوله های N09925 مشخص می شوند تا از خاموش شدن فاجعه بار ناشی از ترک خوردگی ناشی از تنش جلوگیری شود. لوله سد خوردگی را فراهم می کند در حالی که پوسته فولاد کربنی مهار فشار را فراهم می کند و راه حلی مقرون به صرفه در مقایسه با آلیاژهای جامد با{5}نیکل بالا مانند 625 ارائه می دهد.
3. مزیت بدون درز در مبدل های حرارتی
س: برای یک-تغذیه-آبگرمکن با فشار بالا یا یک خنک کننده در یک پالایشگاه، چرا این روند به سمت تعیین لوله "بدون درز" UNS N09925 در هر ASTM B805 به جای لوله های جوشی در حال حرکت است؟
پاسخ: در خدمات مهم مبدل حرارتی-مخصوصاً در جایی که فشارهای جانبی پوسته از 500 psi تجاوز میکند یا جایی که سیال کناری لوله قابل اشتعال، سمی یا در دماهای شدید است{4}}لولههای بدون درز اغلب روی لولههای جوش داده شده الزامی میشوند. گرایش به سوی UNS N09925 بدون درز به دلیل حذف درز جوش طولی است که یک نقطه شکست بالقوه است.
ملاحظات مهندسی کلیدی برای بدون درز:
عدم وجود درز جوش: در یک لوله جوش داده شده، درز و منطقه متاثر از حرارت (HAZ) نشان دهنده یک تغییر ریزساختاری است. حتی اگر جوش سرد-کار شده و آنیل شده باشد، خطر حمله خوردگی ترجیحی یا ایجاد ترک خستگی در رابط جوش وجود دارد. در یک لوله بدون درز که از طریق اکستروژن یا سوراخ کردن چرخشی تولید می شود، ساختار دانه در کل محیط 360 درجه یکنواخت است.
رتبه بندی فشار بالاتر: فرمول های موجود در کد دیگ بخار و مخزن تحت فشار ASME (بخش هشتم، بخش 1) یک "ضریب کارایی اتصال جوش" (معمولا 0.85 یا 0.90) کمتری را به لوله های جوش داده شده اختصاص می دهند، مگر اینکه 100٪ رادیوگرافی انجام شود. لوله بدون درز ضریب 1.0 را دریافت می کند. این بدان معنی است که برای ضخامت دیواره یکسان، یک لوله بدون درز می تواند تنش ها و فشارهای مجاز بالاتری را تحمل کند.
قابلیت اطمینان در محیطهای هیدروژنی: در سرویسهای هیدروژنی با دمای بالا (مانند یک منبع تغذیه هیدروژن-مبدل پساب)، هیدروژن میتواند به فولاد حمله کند. در حالی که N09925 مقاوم است، هر گونه نقص جوش یا جداسازی در یک لوله جوش داده شده می تواند به عنوان یک مکان هسته برای حمله هیدروژن عمل کند. ساخت و ساز بدون درز خطر مربوط به عدم تطابق کامل فلز پرکننده جوش با ویژگی های به دام انداختن هیدروژن فلز پایه را از بین می برد.
در حالی که لولههای جوشی ارزانتر هستند، روند توسعههای پالایشگاهی جدید و پروژههای یکپارچگی-دارایی{1} بالا، استفاده از لولههای بدون درز ASTM B805 برای بستههای لوله برای به حداکثر رساندن میانگین زمان بین خرابیها (MTBF) است.
4. خواص مکانیکی و سخت شدن بارش
س: برخلاف فولاد ضد زنگ 304/316، Incoloy 925 به عنوان "سخت شدنی در اثر بارش" توصیف می شود. این عملیات حرارتی چگونه بر خواص مکانیکی لوله بدون درز برای کاربردهای مبدل حرارتی تأثیر می گذارد؟
پاسخ: این یک تمایز انتقادی است. فولادهای زنگ نزن آستنیتی استاندارد (304/316) استحکام خود را از طریق کار سرد یا تقویت محلول جامد به دست می آورند. با این حال، UNS N09925 استحکام بالای خود را از طریق عملیات حرارتی پیری کنترل شده پس از تشکیل لوله به دست می آورد. این به سازندگان اجازه می دهد تا لوله را در دو شرایط متمایز ارائه دهند و درک این موضوع کلیدی برای "روند جدید" است.
چرخه عملیات حرارتی:
به طور معمول، لوله بدون درز UNS N09925 عبارت است از:
آنیل شده: در حدود 1800-1900 درجه فارنهایت (980-1040 درجه) حرارت داده می شود تا همه کاربیدها حل شوند و عناصر در محلول قرار داده شوند، سپس به سرعت سرد شوند. در این حالت نسبتا نرم است.
کهنه شده (بارش سخت شده): تا دمای پایین تر، معمولاً 1150 درجه فارنهایت - 1200 درجه فارنهایت (620-650 درجه) برای چند ساعت گرم می شود. این ذرات ریز گامای اول ('') و فاز اتا (ηη) را در سراسر ماتریس رسوب می دهد.
تاثیر بر طراحی مبدل حرارتی:
استحکام افزایش یافته: در شرایط قدیمی، UNS N09925 به قدرت تسلیم 85-100 ksi (586-690 مگاپاسکال) دست می یابد. این تقریباً دو برابر فولاد ضد زنگ 316L (30-40 ksi) است.
کاهش ضخامت دیوار: از آنجایی که مواد قویتر هستند، مهندسان میتوانند مبدلهای حرارتی را با دیوارههای لوله نازکتر طراحی کنند و در عین حال الزامات مهار فشار را برآورده کنند. دیوارهای نازک تر به معنای انتقال حرارت بهتر (مقاومت حرارتی کمتر) و بسته کلی سبک تر و ارزان تر است.
روند: روند این است که لوله های N09925 "Age Hardened" را مشخص کنید. این اجازه می دهد تا فشارهای طراحی بالاتر در همان پوشش پوسته ایجاد شود. اگر به طور تصادفی لوله را در شرایط آنیل شده (نرم) خریداری کنید، میزان فشار شما به طور قابل توجهی کاهش می یابد و به طور بالقوه منجر به پارگی لوله در طول آزمایش یا عملیات هیدرولیک می شود. مشخصات ASTM B805 به خریدار اجازه می دهد تا شرایط عملیات حرارتی مورد نیاز را مشخص کند.
5. روندهای تدارکات: تحمل محدود و پایان سطح
س: ما در حال مشاهده مشخصات جدید برای لولههای مبدل حرارتی UNS N09925 هستیم که به "+0.005"/-0.000" تحمل OD" و "پردهی روشن آنیل شده" نیاز دارند. چرا این الزامات پوشش سطح و تحمل به یک روند برای Incoloy 925 تبدیل شده است؟
پاسخ: سفت شدن تلورانس های ابعادی و الزامات پرداخت سطح برای لوله بدون درز UNS N09925 به طور مستقیم با پیشرفت در تکنیک های ساخت مبدل حرارتی و درک عمیق تر مکانیسم های خرابی مرتبط است. این حرکت از "لوله" ساده به "لوله" دقیق را منعکس می کند.
1. روند رواداری ها (+0.005"/-0.000"):
چرا: ورقهای لوله مبدل حرارتی مدرن اغلب با استفاده از تکنیکهای حفاری با لیزر CNC هدایت میشوند. برای ایجاد یک اتصال انبساط هیدرولیکی قابل اعتماد و ضد نشتی بین لوله و صفحه لوله، قطر بیرونی لوله (OD) باید بسیار سازگار باشد.
تاثیر صنعت: اگر OD لوله خیلی کوچک باشد (تلرانس منفی)، نمی توانید در حین انبساط به تداخل کافی دست پیدا کنید که منجر به نشتی می شود. اگر بیش از حد بزرگ باشد (تحمل مثبت)، خطر جدا شدن رباط ورقه لوله یا آسیب رساندن به لوله در حین قرار دادن آن وجود دارد. "روند جدید" تقاضای لوله "شکل خالص" است که در آن سازنده فرآیند تکمیل سرد (کشش سرد) را کنترل می کند تا تضمین کند که OD دقیقاً در اندازه اسمی یا کمی بیشتر است (از این رو +0.005/-0.000). این اطمینان 100٪ اتصالات لوله-به-صفحه لوله بدون نیاز به مته های اندازه سفارشی برای هر دسته از لوله را تضمین می کند.
2. روند در پرداخت سطحی (با آنیل روشن):
چرا: "بازپخت روشن" به بازپخت کردن لوله بدون درز در یک اتمسفر کنترل شده (هیدروژن خالص، آرگون یا خلاء) اشاره دارد به طوری که هیچ رسوب اکسیدی تشکیل نشود. لوله براق و تمیز بیرون می آید.
تاثیر صنعت: بازپخت سنتی یک پوسته اکسید تیره ایجاد می کند که باید از طریق ترشی (تمیز کردن اسید) یا پرداخت مکانیکی حذف شود. ترشی می تواند منجر به حفره شدن یا حمله بین دانه ای شود اگر به دقت کنترل نشود. برای مبدلهای حرارتی که با محیطهای حساس کار میکنند یا نیاز به تمیزی مطلق دارند (مانند LNG یا کاربردهای دارویی)، یک سطح آنیل شده روشن، سطحی از نظر شیمیایی تمیز، غیرفعال و صاف را تضمین میکند.
همبستگی: یک سطح صاف (با بازپخت روشن) مکان های هسته زایی کمتری را برای خوردگی حفره ای و رسوب (پوسته شدن) فراهم می کند. در سرویسهای رسوبگیری (مانند آب خنککننده)، لوله صافتر تمیزتر میماند و ضریب انتقال حرارت را حفظ میکند و عمر عملیاتی مبدل را افزایش میدهد.
