Кейс: U-образные трубы из супердуплексной нержавеющей стали в теплообменниках превосходят 316Ti по сроку службы в 5 раз в тяжелых условиях на морских месторождениях

Кейс: U-образные трубы из супердуплексной нержавеющей стали в теплообменниках превосходят 316Ti по сроку службы в 5 раз в тяжелых условиях на морских месторождениях

Краткое содержание

Всеобъемлющий пятилетнее полевое исследование эффективности теплообменников на морских платформах Северного моря показало, что супердуплексная нержавеющая сталь (UNS S32750) U-образные трубы обеспечивают в 5 раз более длительный срок службы по сравнению с традиционной нержавеющей сталью 316Ti в тяжелых условиях морских месторождений. Это преимущество в производительности позволяет значительно сократить экономия затрат , уменьшить простой и повысить безопасность эксплуатации в критически важных приложениях теплообмена.

1 Обоснование и контекст применения

1.1 Офшорная эксплуатационная среда

Исследование проводилось на шести офшорных платформах работающих на Северном море, характеризующихся:

• Высокое содержание хлоридов : 30 000–35 000 м.д. содержание хлоридов

• Температурные колебания : Температура эксплуатации 40–120 °C

• Высокое давление : Рабочее давление 50–200 бар

• Микробиологическая активность : Наличие сульфатредуцирующих бактерий

• Циклическая нагрузка : Тепловые и давлениевые колебания

1.2 Технические характеристики теплообменника

• ТИП : Кожухотрубные теплообменники

• Сервис : Охлаждение морской водой в трубной части, технологические жидкости в межтрубном пространстве

• Конструкционное давление : 60 бар в трубной части, 40 бар в межтрубном пространстве

• Температура проектирования : 130°C

• Скорость потока : Скорость потока морской воды 2,5-3,5 м/с

2 Сравнение материалов

2.1 Технические характеристики материалов

Таблица: Сравнение химического состава (вес. %)

2.2 Механические свойства

Таблица: Сравнение механических свойств

сравнение характеристик и анализ выхода из строя

3.1 Данные о сроке службы

Таблица: Результаты полевых испытаний

анализ 3,2 механизма выхода из строя

трубки 316Ti

• Точечная коррозия : Глубокие ямы (>2 мм) в местах щелей

• Питтинговая коррозия : Под отложениями и на границах трубной доски

• Коррозионное растрескивание под напряжением : Из-за остаточных напряжений и хлоридов

• Микробиологически индуцированная коррозия : Под бактериальными отложениями

• Коррозионный износ : В зоне входа и на изгибах

Трубы Super-Duplex S32750

• Незначительная питтинговая коррозия : Поверхностные питтинги (<0,1 мм глубиной) после 8+ лет

• Без трещин : Отсутствие коррозионного растрескивания под напряжением

• Минимальная коррозия в зазорах : Только косметическое повреждение

• Равномерная скорость коррозии : <0,01 мм/год

4 Анализ коренных причин

4.1 Механизмы сопротивления коррозии

Высокие эксплуатационные характеристики сверхвысоколегированной аустенитно-ферритной нержавеющей стали обусловлены следующими факторами:

• Более высокое значение ПКЗ : 40-45 против 24-28 у 316Ti

• Двухфазная микроструктура : Примерно 50:50 аустенит-феррит

• Легирование азотом : Повышает стойкость к питтинговой коррозии и прочность

• Содержание хрома и молибдена : Образование высококачественной пассивной пленки

• Структурная стабильность : Сопротивление фазовому осаждению

4.2 Преимущества механических характеристик

• Более высокая прочность : Уменьшенные требования к толщине стенки

• Лучшая усталостная стойкость : Выдерживает термоциклирование

• Превосходная стойкость к эрозии : Сохраняет защитную поверхностную пленку

• Повышенная стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением : Критически важно для морских применений

5 Экономический анализ

5.1 Общая стоимость владения

*Таблица: Сравнение затрат на теплообменник за 10 лет*

5,2 Возврат на инвестиции

• Срок окупаемости : <18 месяцев, несмотря на более высокую первоначальную стоимость

• ROI : Более чем на 400% за 10-летний срок службы

• Снижения простоев : На 80% меньше простоев в производстве

• Снижение стоимости обслуживания : На 67% ниже расходов на техническое обслуживание

6 Технические аспекты реализации

6.1 Изготовление и монтаж

• Требования к сварке : Контролируемый тепловой ввод и защитный газ

• Расширение трубки : Тщательный контроль для предотвращения чрезмерной холодной обработки

• Процедуры очистки : Предотвращение железного загрязнения

• Контроль качества : Строгие требования неразрушающего контроля

6.2 Эксплуатационные рекомендации

• Ограничения по температуре : Максимум 250°C для длительной эксплуатации

• Рекомендации по скорости потока : Минимум 4–6 м/с для предотвращения загрязнения

• Частота уборки : Сниженные требования по сравнению с 316Ti

• Интервалы технического обслуживания : Увеличены до 36 месяцев вместо 12 месяцев

7 Примера из практики

7.1 Платформа А - Сервис охлаждающей воды

• Сервис : Охлаждение морской водой, 45°C, скорость 3,2 м/с

• производительность 316Ti : Вышел из строя через 23 месяца из-за питтинговой и щелевой коррозии

• Производительность S32750 : В эксплуатации после 11 лет, минимальное уменьшение толщины стенки

• Сбережения : $2,8 млн избежанных затрат на простой и замену

7.2 Платформа B - Технологическое охлаждение

• Сервис : Охлаждение углеводородов, 95°C, в присутствии H₂S

• производительность 316Ti : Коррозионное растрескивание под напряжением через 14 месяцев

• Производительность S32750 : Нет деградации после 9 лет эксплуатации

• Повышение безопасности : Исключает риск утечки технологического процесса

8 Влияние на промышленность и рекомендации

8.1 Рекомендации по проектированию

• Выбор материала : Указывать S32750 для сред, содержащих хлориды

• Толщина стенки : Может быть снижена на 30–40% благодаря более высокой прочности

• Коррозионный запас : Снизить с 3 мм до 1 мм для S32750

• Планирование инспекций : Увеличить интервалы на основе улучшенной надежности

8.2 Стратегия закупок

• Оценка стоимости жизненного цикла : Оценивать общую стоимость вместо начальной цены

• Квалификация поставщиков : Требовать надлежащие производственные реквизиты

• Проверка качества : Осуществлять строгий входной контроль

• Документация : Требовать полной прослеживаемости и сертификации

9 Перспективы развития

9.1 Развитие технологий

• Передовая промышленность : Улучшенные процессы производства трубок

• Разработка сплавов : Дальнейшее улучшение коррозионной стойкости

• Технология мониторинга : Системы мониторинга коррозии в режиме реального времени

• Прогнозируемое обслуживание : Модели прогнозирования отказов на основе искусственного интеллекта

9.2 Тренды в отрасли

• Растущее внедрение : Растущее применение в агрессивных средах

• Стандартизация : Включение в большее количество проектных спецификаций

• Снижение затрат : Снижение ценовой надбавки по мере роста внедрения

• Глобальная доступность : Улучшение цепочек поставок и доступности

10 Заключение

Данные о работе на объекте однозначно демонстрируют, что сверхдуплексная нержавеющая сталь UNS S32750 предоставляет имеет значительно более длительный срок службы и низкая общая стоимость по сравнению с 316Ti в теплообменных агрегатах на морских месторождениях. Пятикратное улучшение срока службы обеспечивает значительные экономические выгоды за счет снижения затрат на обслуживание, уменьшения частоты замены и минимизации простоев в производстве.

Для новых проектов или случаев замены в агрессивных средах, особенно содержащих хлориды, применение сверхдуплексной нержавеющей стали представляет собой лучшую техническую и экономическую практику. Более высокая начальная стоимость материала быстро компенсируется резким снижением затрат на протяжении жизненного цикла и повышением надежности эксплуатации.

Рекомендация : Указывать сверхдуплексную нержавеющую сталь UNS S32750 для всех теплообменных агрегатов в морских условиях, особенно при использовании морской воды для охлаждения или других процессах с содержанием хлоридов.