Трубы з вугляродыстай сталі з абалонкай з хастэлойа C22: эканамічна выгаднае рашэнне для ліній падачы кіслоты вялікага дыяметра

Трубы з вугляроднай сталі з абалонкай з хастэлойа C22: Эканамічна выгаднае рашэнне для ліній падачы кіслоты вялікага дыяметра

Калі неабходна транспартаваць высока каразіўныя кіслоты — соляную, серную ці гарачую забруджаную ацэтавую — на вялікія адлегласці і ў вялікіх дыяметрах (напрыклад, ад 24″ да 48″ і больш), выкарыстанне суцэльных труб з сплаву Hastelloy C22 можа падарваць бюджэт праекта. Сам сплаў выдатны: ён уладкава ўстойлівы да акісляючых і аднаўляючых кіслот, пітінгу і стрэс-карозіі, выкліканай хлорыдамі. Аднак пры кошце $50–100 за кілаграм суцэльная труба дыяметрам 30″ з C22 з’яўляецца занадта дарагой для большасці капітальных праектаў.

Уваходзіць Трубы з вугляродзістай сталі з укладзеннем Hastelloy C22 . Гэта кампазітная канструкцыя выкарыстоўвае тонкі металаўргічна звязаны або механічна ўкладзены слой C22 унутры стандартнай трубы з вугляродзістай сталі (напрыклад, ASTM A106 Gr. B або API 5L). Вугляродзістая сталь забяспечвае механічную міцнасць і нізкую коштавасць; укладзенне з C22 забяспечвае каразійную ўстойлівасць у тым месцы, дзе яна неабходная — на змочанай паверхні.

Гэты артыкул тлумачыць, чаму пакрытая труба C22 з'яўляецца разумным і эканамічна выгадным варыянтам для вялікадыяметравых ліній для перавозкі кіслот, як яна вырабляецца, дзе яна працуе лепш за ўсё, а таксама якія папярэдзяльныя меры неабходна ўжываць пры вырабе і ўстаноўцы.

Эканамічнае абгрунтаванне: цэлая труба C22 супраць пакрытай трубы

Параўнаем тыпічную кіслотную лінію дыяметрам 30″ (DN750), даўжынёй 100 метраў, якая перавозіць 20%-ны раствор HCl пры тэмпературы 80°C.

Эканомія: больш за 75% — і пры гэтым вы ўсё яшчэ атрымліваеце такую ж стойкасць да карозіі ўнутранай паверхні.

Пры вялікіх дыяметрах эканамічная выгада ад выкарыстання футэраваных труб павялічваецца, бо таўшчыня футэру ўзнікае пастаяннай (2–3 мм), у той час як таўшчыня сцянкі з цэльнага сплаву павялічваецца ў адпаведнасці з класам ціску. У шматлікіх выпадках футэраваныя трубы з’яўляюцца адзіным эканамічна абгрунтаваным рашэннем для выкарыстання высоканікелевага сплаву, такога як C22, у трубах вялікага дыяметра.

Што такое футэраваная труба з Hastelloy C22?

Футэраваная труба складаецца з:

• Знешняя несучая труба: Вугляродная сталь (напр., ASTM A106 Gr. B, API 5L X42–X70). Забяспечвае механічную міцнасць, ціскавую герметычнасць і сумяшчальнасць з тыпавымі фітингамі і фланцамі з вугляроднай сталі.

• Унутраная футэра: Hastelloy C22 (UNS N06022) — звычайна таўшчынёй ад 1,5 да 3,0 мм. Выпускаецца ў выглядзе бесшовнай або зварной трубкі, якая ўстаўляецца ў трубу з вугляроднай сталі.

• Спосаб злучэння: Два распаўсюджаныя тыпы:

Для большасці кіслотных прыкладанняў пры памяркоўных тэмпературах (< 200 °C) і пры адсутнасці вакууму механічна абліцаваныя трубаправоды з’яўляюцца дастатковымі і эканамічна выгаднымі.

Ключавыя перавагі трубаправодаў з абліцоўкай C22

1. Рэзка зніжаная кошт матэрыялу

Як паказана вышэй, вы плаціце за тонкі шар C22 (звычайна 2–3 мм), а не за поўную сценку (9–12 мм). Кошт вугляроднай сталі складае прыкладна $1\text{–}2pe\mathrm{пласціна}kg;C22costs$50–100 за кг. Эканомія вельмі вялікая.

2. Стандартная зварка вугляроднай сталі

Зварныя швы апорнай трубы выконваюцца з выкарыстаннем стандартных працэдур зваркі вугляроднай сталі (SMAW, GMAW, FCAW). Для асноўнай ціскавай межы не патрабуецца дарагая зварка нікелевых сплаваў. Толькі ўплочванне канцоў абліцоўкі і любыя зварныя швы абліцоўкі патрабуюць напаўняльнага матэрыялу C22 (ERNiCrMo‑10), але яны невялікія і лакалізаваныя.

3. Лягчэйшая ўстаноўка на месцы

Зварка на месцы цэльных труб з C22 вялікага дыяметра патрабуе:

• Кваліфікаваных зваршчыкаў з вопытам зваркі нікелевых сплаваў.

• Строгі кантроль цеплавога ўводу.

• Азотнае абароннае асяроддзе.

• Паслязварачная пікліроўка і PMI.

Пры выкарыстанні абалонкавых труб зваршчыку на будоўлі трэба зварваць толькі падкладку з вугляродзістай сталі. Абалонка зварваецца наперадзе на заводзе або злучаецца з дапамогай унутраных муфт. Гэта рэзка зніжае выдаткі працы на будоўлі і рызык для графіка выканання работ.

4. Каразійная стойкасць дакладна там, дзе яна патрэбна

У агрэсіўных кіслотных сярэдовых адбываецца карозія ўнутранай паверхні. Знешняя паверхня труба патрабуе толькі абароны ад атмасфернай карозіі (якая забяспечваецца вугляродзістай сталью з фарбай або пакрыццём). Абалонкавыя трубы размяшчаюць дарагі сплаў толькі там, дзе ён неабходны.

5. Эканомія ў вазе (незначная, але рэальная)

Цалкам выкананая з C22 сталь шчыльнейшая за вугляродзістую сталь (8,9 супраць 7,8 г/см³), але пры тонкай абалонцы агульная вага труба падобная на вагу вугляродзістай сталі — не патрабуецца выкарыстоўваць цяжкія сплавы.

Дзе выкарыстоўваць абалонкавыя трубы з C22 — і дзе не варта

Ідэальныя прыклады выкарыстання

Выкарыстоўваць з асцярожнасцю або пазбягаць

Метады вытворчасці — што патрэбна ўказваць

Пры закупцы арміраваных труб з C22 неабходна чака ведзь укажыць метад арміравання.

Механічна арміраваныя трубы (гідравлічнае расшырэнне)

Трубка з C22 (безшвовая або з прадоўжным швом) укладваецца ў вугляродную стальную трубу. Пры дапамозе гідравлічнага інструмента для расшырэння (прастакутніка) праходзіць праз трубу, расшыраючы арміраванне так, каб яно шчыльна прылягала да асноўнай трубы. Канцы арміравання потым герметычна заварваюцца да вугляроднай сталі ў кожным стыку трубы.

Перавагі: Ніжчая кошт, магчымасць рамонту на аб’екты.
Стандарты: ASTM A954 (для механічна арміраваных труб), API 5LD (для кладаваных і арміраваных труб).

Металургічна злучаныя (кладаваныя) трубы

Пласціна з C22 злучаецца з пласцінай з вугляроднай сталі метадам выбухавага або валікавага зварвання, пасля чаго атрыманая кампазіцыйная пласціна фармуецца і заварваецца ў трубу. Уся ўнутраная паверхня мае металургічнае злучэнне — прамежкі адсутнічаюць.

Перавагі: Вытрымлівае вакуум, цеплавыя цыклы і вышэйшыя тэмпературы.
Недастаткі: Вышэйшы кошт, больш доўгія тэрміны выканання.
Стандарты: ASTM A265 (для сталёвых лістоў з нікелевым сплавам), таксама API 5LD.

Рэкамендацыя: Для большасці кіслотных ліній пры амбіентнай тэмпературы да 150 °C і пры адсутнасці вакууму дастаткова механічнага абліцоўвання. Для крытычных умоваў эксплуатацыі (напрыклад, вакуумная дыстыляцыя, значныя перапады тэмператур) неабходна вызначыць кладаванне.

Выраб і зварка абліцоўваных труб

Заводская вытворчасць (трубны завод)

• Канцы транспартнай трубы зроблены пад кутом (звычайна падрыхтоўка ў форме літары J або складаны ўкос).

• Абліцоўка выступае крыху за ўкос вугляроднай сталі (звычайна на 5–10 мм).

• Абліцоўка герметычна заварваецца да вугляроднай сталі ў канцы трубы метадам TIG-зваркі з выкарыстаннем прутка ERNiCrMo‑10 (аналог сплава C22).

Палевая зварка злучэнняў

Палевая зварка абліцоўваных труб з’яўляецца простай пры правільным выкананні:

1. Зварыць падкладку з вугляродзістай сталі – Выкарыстоўваць стандартныя электроды з вугляродзістай сталі (E7018) і кваліфікаваныя працэдуры зварачых работ (WPS). Падаўжэнне футэраўкі абараняе каранёвую частку шва ад забруджвання.

2. Выдаліць часовыя падаўжэнні футэраўкі – Пасля завяршэння зварачых работ з вугляродзістай сталі апрацаваць футэраўку шліфаваннем да ўзроўню ўнутранага дыяметра (ID).

3. Запечатаць шов футэраўкі – Заварыць стык футэраўкі метадам TIG-зваркі з выкарыстаннем напаўняльнага матэрыялу ERNiCrMo‑10. Гэта невялікі аднаслойны шов.

4. Пераглядзець – Правесці капілярнае ўльтразвукавае тэставанне (ПТ) на шве запячатвання футэраўкі і радыяграфічнае тэставанне на зварным шве з вугляродзістай сталі ў адпаведнасці з норматыўнымі патрабаваннямі.

Крытычна: Не дазваляць зварачаму шву з вугляродзістай сталі пранікаць у футэраўку C22 — гэта ўтварае хрупкі шов, забруджаны жалезам, які будзе хутка карадавацца. Для абароны футэраўкі выкарыстоўваць падкладны кальцавы элемент ці газ для захавання чысціні зон зваркі.

Альтэрнатыва: Унутраная муфта з рукавом

Для вялікіх дыяметраў, дзе ёсць магчымасць доступу, некаторыя пастаўшчыкі выкарыстоўваюць унутраную муфту з сплаву C22, якая перакрывае шов і прыварваецца з абодвух бакоў. Гэта дазваляе пазбегнуць прыварвання ўнутранай абалонкі на будаўнічай пляцоўцы, але патрабуе ўнутранага доступу.

Гарантыя якасці — як праверыць цэласнасць абалонкі

Пры ўваходным кантролі абалонкавых труб павінны быць праведзены наступныя праверкі:

Таксама патрабаваць у вытворцы сертыфікат вытворчасці для падкладкі C22 і носіка з вугляродыстай сталі, а таксама кваліфікацыя працэдуры нанясення падкладкі .

Табліца параўнання коштаў — тыпавы праект (30″ × 100 м)

Эканомія: $520 000 — дастаткова для аплаты невялікага грузавіка запасных труб з укладкай.

Тыпавыя памылкі і спосабы іх пазбегнуць

Рэзюмэ: калі выбіраць абалонаваную трубу C22

Выбіраць абалонаваную трубу ў наступных выпадках:

• Дыяметр трубы складае 8″ або больш.

• Сфера эксплуатацыі высока каразійна (кіслоты, хларыды, гарачыя рассолы).

• Раслічальны ціск з'яўляецца сярэднім (≤ 20 бар) — пры больш высокіх цісках магчыма выкарыстанне, але патрабуецца больш таўстая сценка з вугляродзістай сталі; таўшчыня абалонкі застаецца нязменнай.

• Тэмпература ≤ 180 °C, адсутна вакуумная цыклічнасць.

• Бюджэт праекта абмежаваны — абалонаваная труба часта дазваляе выкарыстоўваць эксплуатацыйныя характарыстыкі C22 у тых выпадках, калі цвёрдая сплавная труба была б адхілена з-за вышэйшай кошту.

Абярыце цэльны трубаправод з сплаву Hastelloy C22, калі:

• Дыяметр невялікі (≤ 6″) — перавага ў кошце абалонкавых трубаправодаў памяншаецца.

• Умовы эксплуатацыі ўключаюць глыбокі вакуум або цыклы высокай тэмпературы (> 200 °C).

• Унутраны дыяметр мае выключна важнае значэнне (напр., цесны зазор).

• Патрабуецца абсалютная гарантыйнасць цэласнасці абалонкі без якога-небудзь рызыку аддзялення (напр., у ядзернай энергетыцы, фармацэўтыцы).

Апошняе слова

Абалонкавыя трубаправоды з вугляродзістай сталі, абалонкаваныя сплавам Hastelloy C22, прадстаўляюць практычнае і праверанае рашэнне для трубаправодаў вялікага дыяметра пры эксплуатацыі ў кіслотных сярэдовых. Вы атрымліваеце карозійную стойкасць прэміяльнага нікелевага сплаву на змочанай паверхні ў спалучэнні з нізкай коштавасцю і звычайнай тэхналогіяй апрацоўкі вугляродзістай сталі для канструкцыйнай сценкі. Капіталавыя зэканоміі значныя — часта на 70–80% менш, чым пры выкарыстанні цэльных трубаправодаў з Hastelloy C22, — а тэхнічныя рызыкі добра вывучаныя і кантралююцца.

Правільна вызначаючы механічна абалонаваныя або абкладзеныя трубы, атэставаўваючы свае працэдуры зваркі і дотрымліваючыся ўважлівых пратаколаў інспекцыі, вы можаце спраектаваць і пабудаваць сістэмы перамяшчэння кіслот вялікага дыяметра, якія надзейна працуюць на працягу дзесяцігоддзяў, не перавышаючы бюджэт вашага праекта.