ケーススタディ：熱交換器におけるスーパー二相ステンレス鋼Uチューブは、過酷な洋上環境において316Tiの5倍の寿命を達成

ケーススタディ：熱交換器におけるスーパー二相ステンレス鋼Uチューブは、過酷な洋上環境において316Tiの5倍の寿命を達成

エグゼクティブサマリー

包括的な 5年間の包括的な現地調査 北海油田の海上プラットフォームにおける熱交換器の性能についての スーパー・ダプレックスステンレス鋼（UNS S32750） U字管が 従来の316Tiステンレス鋼と比較して5倍の長寿命を実現 過酷な海上環境において、スーパー・ダプレックスステンレス鋼U字管が優れた性能を発揮し、これにより大幅な 費用 削減 、ダウンタイムの削減、重要な熱交換用途における運用安全性の向上が実現されています。

1 背景および適用環境

1.1 海上作業環境

調査は複数の海上プラットフォームで実施され 北海で運用されている6基の海上プラットフォーム 以下の特徴を持つ環境での運用が行われた：

• 高塩素環境 : 塩素含有量30,000〜35,000 ppm

• 温度変化 : 作業温度40〜120°C

• 高圧 : 作業圧力50〜200 bar

• 微生物活動 : 硫酸還元菌が存在

• 繰り返し荷重 : 温度および圧力の変動

1.2 熱交換器の仕様

• タイプ : シェルアンドチューブ式熱交換器

• サービス : チューブ側に海水冷却、シェル側にプロセス流体

• 設計圧力 : チューブ側60バール、シェル側40バール

• 設計温度 : 130°C

• 流量 : 海水流速2.5〜3.5 m/s

2 材料比較

2.1 材料仕様

表：化学組成比較（重量％）

2.2 機械的特性

表：機械的特性比較

3 機能比較と故障分析

3.1 サービス寿命データ

表：フィールド性能結果

3.2 フェールメカニズム分析

316Tiチューブ

• ピット腐食 ：すきま部分での深溝（>2mm）

• すきま腐食 ：堆積物下およびチューブシートインターフェース

• 応力腐食割れ ：残留応力および塩化物によるもの

• 微生物影響腐食 ：細菌性堆積物下

• 浸食腐食 : 流入口周辺や曲がり部において

スーパー二相鋼 S32750 チューブ

• 軽微な点食 : 8年以上使用後に浅い点食（深さ<0.1mm）が見られる

• 龕裂なし : 応力腐食割れが発生しない

• 軽微な隙間腐食 : 外観上の損傷のみ

• 均一な腐食速度 : <0.01 mm/年

4 トラブルシューティング

4.1 耐食機構

スーパー二相ステンレス鋼の優れた性能は次の要因によるものです:

• より高いPREN値 : 40〜45 対 316Tiの24〜28

• 二相微細構造 : オーステナイトとフェライトが約50:50

• 窒素合金化 : 突然食抵抗性と強度を向上させます

• クロムとモリブデン含有量 : 優れた不動態皮膜形成能力

• 微細構造の安定性 : 相析出への耐性

4.2 機械的性能の利点

• 高強度 : 肉厚要求の低減

• 優れた疲労耐性 : 熱変化に耐える

• 優れた摩耗耐性 : 保護表面皮膜を維持

• 応力腐食割れ抵抗性の向上 ：海上用途において重要

5 経済分析

5.1 保有総コスト

*表：熱交換器あたりの10年間コスト比較*

5.2 投資利益率

• 投資回収期間 : 初期コストが高めでも18か月未満

• 収益率 : 10年間の使用期間で400%以上

• ダウンタイムを減らす : 生産中断が80%減少

• メンテナンスコストの削減 : 保守費用が67%低減

6 技術的導入上の検討事項

6.1 加工および設置

• 溶接条件 : 熱入力の管理およびシールドガス

• 管の拡管 : 過度なコールドワークを避けるための慎重な管理

• クリーニング手順 : 鉄系異物の混入防止

• 品質管理 : 厳格な非破壊検査（NDE）基準

6.2 運転ガイドライン

• 温度制限 : 最大連続使用温度250°C

• 流速推奨値 : 汚損を防ぐため4〜6 m/s以上の最低流速

• 清掃頻度 : 316Tiと比較して緩やかな要求仕様

• 点検間隔 : 12か月から36か月に延長

7つの事例

7.1 プラットフォームA - 冷却水サービス

• サービス : 海水冷却、45°C、流速3.2 m/s

• 316Tiの性能 : 点食および隙間腐食により23か月後に故障

• S32750の性能 : 11年後も使用中、僅かな肉薄化のみ

• 節約 : 280万ドルの停止および交換費用を削減

7.2 プラットフォームB - プロセス冷却

• サービス : 炭化水素冷却、95°C、H₂S含有下

• 316Tiの性能 : 14か月後に応力腐食割れが発生

• S32750の性能 : 9年間使用後も劣化なし

• 安全性の向上 : プロセス漏洩のリスクを排除

8 産業への示唆と推奨事項

8.1 設計に関する推奨事項

• 材料選定 : 塩化物を含む環境ではS32750を仕様指定

• 壁厚さ : 高い強度により30〜40%低減可能

• 腐食余裕度 : S32750において3mmから1mmに削減

• 検査計画 : 改善された信頼性に基づき間隔を延長

8.2 調達戦略

• ライフサイクルコスト計算 : 初期価格ではなく総コストを評価

• サプライヤー認定 : 適切な製造認定資格を要求

• 品質検証 : 厳格な入荷検査を実施

• ドキュメント : 完全なトレーサビリティと認証を要求

9 今後の展望

9.1 技術開発

• 先進的な製造 ：チューブ製造プロセスの改善

• 合金開発 ：腐食耐性のさらなる向上

• モニタリング技術 ：リアルタイム腐食モニタリングシステム

• 予測型メンテナンス ：AIベースの故障予測モデル

9.2 業界トレンド

• 採用の拡大 ：過酷な環境での使用増加

• 標準化 : より多くの設計仕様への採用

• 費用削減 : 採用が進むにつれて価格プレミアムが低下

• グローバル利用可能性 : サプライチェーンおよび供給可能性の向上

10 まとめ

現場での性能データは次のことを明確に示しています。 スーパー二相ステンレス鋼UNS S32750 提供する はるかに長い耐用年数 と 総コストが低い オフショアの熱交換器用途における316Tiと比較して。5倍の寿命向上により、メンテナンス頻度の削減、交換回数の減少、生産停止時間の最小化を通じて顕著な経済的利益が得られます。

過酷な環境における新規プロジェクトまたは交換用途、特に塩化物を含む環境においては、スーパー二相ステンレス鋼の選定は技術的および経済的な最善策です。初期の材料コストは、はるかに低いライフサイクルコストと運用信頼性の向上によってすぐに相殺されます。

推奨事項 ：超二相ステンレス鋼UNS S32750を、海水冷却その他の塩化物を含むサービスを伴うオフショア環境におけるすべての熱交換器用途に指定してください。