Tapauskoe: Super- duplex-ruostumattomasta teräksestä valmistetut U-putket lämmönvaihtimissa ylittävät 316Ti:n keston 5-kertaisesti kovissa meriympäristöissä

Tapauskoe: Super- duplex-ruostumattomasta teräksestä valmistetut U-putket lämmönvaihtimissa ylittävät 316Ti:n keston 5-kertaisesti kovissa meriympäristöissä

Yhteenveto

Laaja-alaista viiden vuoden kenttätesti lämpövaihtimien suorituskyvystä Pohjanmeren offshore-alustoissa osoittaa, että super-duplex ruostumaton teräs (UNS S32750) U-putket tarjoavat 5 kertaa pidemmän käyttöiän verrattuna tavanomaiseen 316Ti-ruostumattomaan teräkseen kovissa meriympäristöissä. Tämä suorituskykyetu tarkoittaa merkittävästi kustannusten säästö , vähemmän huoltotaukoja ja parantunutta käyttöturvallisuutta kriittisissä lämpövaihtosovelluksissa.

1 Tausta ja Sovelluskonteksti

1.1 Merellinen käyttöympäristö

Tutkimus tehtiin kuudella merellisellä tuotantolaitoksella joilla toimitettiin Pohjanmerellä, seuraavien ominaisuuksien vuoksi:

• Korkeat kloridiympäristöt : 30 000–35 000 ppm kloridipitoisuus

• Lämpötilamuutokset : 40–120 °C käyttölämpötilat

• Korkea Paine : 50–200 bar käyttöpaineet

• Mikrobiologinen aktiivisuus : Vedensulatusbakteerit läsnä

• Kuormituksen vaihtelu : Lämpö- ja painevaihtelut

1.2 Lämmönvaihtimen määritykset

• TYYPPİ : Putkistokohtaiset lämmönvaihtimet

• Palvelu : Meriveden jäähdytys putkistossa, prosessinesteet kotelossa

• Suunnittelupaine : 60 baaria putkistossa, 40 baaria kotelossa

• Suunnittelulämpötila : 130 °C

• Virtausnopeudet : 2,5–3,5 m/s meriveden nopeus

2 Materiaalien vertailu

2.1 Materiaalimääritykset

Taulukko: Kemiallisen koostumuksen vertailu (painoprosenttia)

2.2 Mekaaniset ominaisuudet

Taulukko: Mekaanisten ominaisuuksien vertailu

3 Suorituskyvyn vertailu ja vianalyysi

3.1 Käyttöiän tiedot

Taulukko: Kenttätestien tulokset

3.2 Rikkomekanismien analyysi

316Ti-putket

• Pistekorroosio : Syvät kourut (yli 2 mm) liitosten kohdalla

• Liitoskorroosio : Suodatusjäännösten ja putkistolevyn rajapinnat

• Jännityskorroosiomurtuma : Jäännösjännityksistä ja klorideista

• Mikrobiologisesti aiheutunut korroosio : Bakteerien muodostamien jäännösten alla

• Eroosio-korroosio : Tulovirta-alueilla ja mutkissa

Super-Duplex S32750 -putket

• Vähäinen kuoppautuminen : Pinnalliset kuopat (<0,1 mm syvyyttä) 8+ vuoden jälkeen

• Ei rakoja : Jännityskorroosion puuttuminen

• Vähäinen rakokorroosio : Vain kosmeettinen haitta

• Tasainen korroosionopeus : <0,01 mm/vuosi

4 Vianmääritys

4.1 Korroosionkestävyyden mekanismit

Superduplex-ruostumattoman teräksen paranssia suorituskykyä selittää seuraava:

• Korkeampi PREN-arvo : 40–45 vs. 24–28 teräkselle 316Ti

• Kaksivaiheinen mikrorakenne : Noin 50:50 austeniitti-ferriti

• Typpiseostus : Parantaa kuoppautumisvastusta ja lujuutta

• Kromi- ja molybdeenipitoisuus : Erinomainen passiivikerroksen muodostuminen

• Mikrorakenteellinen stabiilisuus : Vastustus faasien saostumista vastaan

4.2 Mekaaniset suorituskykymahdollisuudet

• Suurempi lujuus : Seinämänpaksuusvaatimusten vähentyminen

• Parempi väsymisvastus : Kestää lämpösyklauksen

• Erinomainen kulumisvastus : Ylläpitää suojakerrosta

• Parantunut jännityskorroosion kestävyys : Tärkeä merenkulku- ja offshore-sovelluksissa

5 Taloudellinen analyysi

5.1 Koko omistuskustannukset

*Taulukko: 10 vuoden kustannusvertailu lämmönvaihtajaa kohti*

5,2 %:n tuottoprosentti

• Korotuskausi : alle 18 kuukautta huolimatta korkeammasta alkuperäisestä hinnasta

• Verojen korko : yli 400 % 10 vuoden käyttöiän aikana

• Käyttökatkosten vähentäminen : 80 % vähemmän tuotantokatkoksia

• Korjaus- ja huoltokustannusten vähennykset : 67 % alhaisemmat huoltokustannukset

6 Teknisiä toteutustarkasteluja

6.1 Valmistus ja asennus

• Hitsausvaatimukset : Ohjattu lämmönsyöttö ja suojakaasu

• Putkien laajeneminen : Tarkka valvonta estämään liiallista kylmämuovauksetta

• Puhdistusmenettelyt : Estä rautasaaste

• Laatujärjestelmä : Tiukat NDE-vaatimukset

6.2 Käyttöohjeet

• Lämpötilarajat : Maksimissaan 250 °C jatkuvassa käytössä

• Virranopeusempisuudet : 4–6 m/s vähimmäisnopeus likaantumisen estämiseksi

• Puhdistuksen taajuus : Vähäisempi vaatimus verrattuna 316Ti:hen

• Tarkastusväli : Laajennettu 36 kuukauteen 12 kuukauden sijaan

7 Esimerkkitapausta

7.1 Alusta A - Jäähdytysvesipalvelu

• Palvelu : Merivesijäähdytys, 45 °C, 3,2 m/s nopeus

• 316Ti suorituskyky : Epäonnistui 23 kuukauden kohdalla lovetun ja sauman korroosion vuoksi

• S32750 suorituskyky : Palveluksessa 11 vuoden jälkeen, vähäinen seinämän ohentuminen

• Säästöjä : 2,8 miljoonaa dollaria säästettyä huoltotaukoja ja korvauskustannuksia

7.2 Alusta B - Prosessijäähdytys

• Palvelu : Hiilivetyjä jäähdyttäen, 95 °C, H₂S:n läsnä ollessa

• 316Ti suorituskyky : Jännityskorroosion murtuminen 14 kuukauden kohdalla

• S32750 suorituskyky : Ei hajoamista 9 vuoden palvelun jälkeen

• Turvallisuuden parantaminen : Poistettu prosessivuotoriski

8 Teollisuusvaikutukset ja suositukset

8.1 Suunnittelusuositukset

• Materiaalien valinta : Määritä S32750 kloridiympäristöihin

• Seinämän paksuus : Voidaan vähentää 30–40 % korkeamman lujuuden vuoksi

• Korroosiovara : Vähennä 3 mm:stä 1 mm:ään S32750-materiaalilla

• Tarkastussuunnittelu : Pidennä välejä parantuneen luotettavuuden perusteella

8.2 Hankintastrategia

• Kokonaisomaisuuskustannukset : Arvioi kokonaiskustannukset eikä alkuperäistä hintaa

• Toimittajan pätevyyden arviointi : Vaadi sopivat valmistusvalmiudet

• Laadun tarkastus : Toteuta tiukka tarkastusmenettely saapuville tavarille

• Asiakirjat : Vaadi täysi jäljitettävyys ja sertifiointi

9 Tulevaisuudennäkymät

9.1 Teknologian kehitys

• Edistynyt valmistus : Parannetut putkien valmistusprosessit

• Seosteiden kehitys : Edelleen parantunut korroosionkestävyys

• Seurantatekniikka : Reaaliaikaiset korroosion seurantajärjestelmät

• Ennustettu huolto : Teo-Al-pohjaiset vikojen ennustemallit

9.2 Teollisuustrendit

• Kasvanut käyttöönotto : Kasvava käyttö kovissa ympäristöissä

• Standardointi : Sisällyttäminen yhä useampiin suunnittelumäärittelyihin

• Kustannusten vähentäminen : Hinnan nousu laskee käyttöönoton kasvaessa

• Maailmanlaajuinen saatavuus : Parantunut toimitusketju ja saatavuus

10 Yhteenveto

Kenttätasolla kerätty data osoittaa yksiselitteisesti, että superduplex-ruostumaton teräs UNS S32750 tarjoaa huomattavasti pidempi käyttöikä ja alempi kokonaiskustannus verrattuna 316Ti:hen offshore-lämpövaihtimien sovelluksissa. 5-kertainen eliniän parannus tarkoittaa merkittäviä taloudellisia etuja vähentyneen huollon, harvempien vaihtojen ja tuotantokatkosten minimoimisen kautta.

Uusien projekttien tai vaihtoskenarioiden yhteydessä kovissa ympäristöolosuhteissa, erityisesti niissä, joissa on klorideja, superduplex-ruostumattoman teräksen valinta edustaa sekä teknistä että taloudellista parhaan käytännön valintaa. Korkeammat alkuaineiston kustannukset tasaantuvat nopeasti elinkaarikustannusten merkittäväksi vähenemiseen ja parantuvaan käyttövarmuuteen.

Suositus : Määrittele superduplex-ruostumaton teräs UNS S32750 kaikkiin offshore-ympäristöjen lämpövaihtimesovelluksiin, erityisesti meriveden jäähdytystä tai muiden klorideja sisältävien prosessien yhteyteen.