Nghiên cứu điển hình: Ống U bằng Thép không gỉ Siêu kép trong Bộ trao đổi nhiệt Vượt trội hơn 316Ti đến 5 lần tuổi thọ trong Môi trường Khắc nghiệt ngoài khơi

Nghiên cứu điển hình: Ống U bằng Thép không gỉ Siêu kép trong Bộ trao đổi nhiệt Vượt trội hơn 316Ti đến 5 lần tuổi thọ trong Môi trường Khắc nghiệt ngoài khơi

Tóm tắt

Một cách toàn diện nghiên cứu thực địa kéo dài năm năm về hiệu suất bộ trao đổi nhiệt trên các giàn khoan ngoài khơi Biển Bắc cho thấy thép không gỉ siêu kép (UNS S32750) Ống U mang lại tuổi thọ dài gấp 5 lần so với thép không gỉ thông thường 316Ti trong môi trường ngoài khơi khắc nghiệt. Lợi thế về hiệu suất này chuyển thành đáng kể tiết kiệm chi phí , thời gian dừng máy ít hơn và cải thiện độ an toàn vận hành trong các ứng dụng trao đổi nhiệt quan trọng.

1 Bối cảnh và phạm vi ứng dụng

1.1 Môi trường vận hành ngoài khơi

The study was conducted across sáu giàn khoan ngoài khơi hoạt động ở Biển Bắc, được đặc trưng bởi:

• Môi trường giàu chloride : Hàm lượng chloride 30.000-35.000 ppm

• Biến đổi nhiệt độ : Nhiệt độ vận hành 40-120°C

• Áp suất cao : Áp suất vận hành 50-200 bar

• Hoạt động vi sinh vật : Vi khuẩn khử sulfate tồn tại

• Tải trọng chu kỳ : Dao động nhiệt độ và áp suất

1.2 Thông số kỹ thuật của thiết bị trao đổi nhiệt

• LOẠI : Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu vỏ ống

• Dịch vụ : Làm mát bằng nước biển phía ống, chất lỏng công nghệ phía vỏ

• Áp suất thiết kế : 60 bar phía ống, 40 bar phía vỏ

• Nhiệt độ thiết kế : 130°C

• Tốc độ dòng chảy : Vận tốc nước biển 2,5-3,5 m/s

2 So sánh vật liệu

2.1 Thông số kỹ thuật vật liệu

Bảng: So sánh thành phần hóa học (Theo trọng lượng %)

2.2 Tính chất cơ học

Bảng: So sánh tính chất cơ học

3 So sánh hiệu suất và phân tích nguyên nhân thất bại

3.1 Dữ liệu tuổi thọ

Bảng: Kết quả hiệu suất thực tế

phân tích 3,2 Cơ chế Thất bại

ống 316Ti

• Ăn mòn lỗ : Các vết ăn mòn sâu (>2mm) tại các vị trí khe hở

• Ăn mòn khe hở : Dưới lớp cặn bám và các mối nối mặt bích

• Ăn mòn nứt do ứng suất : Từ ứng suất dư và ion clorua

• Ăn mòn do vi sinh vật ảnh hưởng : Dưới các lớp cặn vi khuẩn

• Xói mòn - ăn mòn : Tại khu vực đầu vào và các vị trí cong

Ống Super-Duplex S32750

• Chỗ bị rỗ nhỏ : Các vết rỗ nông (<0.1mm độ sâu) sau 8+ năm

• Không có vết nứt : Không xuất hiện nứt ăn mòn ứng suất

• Ăn mòn khe hở ở mức tối thiểu : Chỉ ảnh hưởng đến bề mặt

• Tốc độ ăn mòn đồng đều : <0.01 mm/năm

phân tích 4 Nguyên nhân Gốc rễ

4.1 Cơ chế Chống ăn mòn

Hiệu suất vượt trội của thép không gỉ siêu kép pha (super-duplex) bắt nguồn từ:

• Giá trị PREN cao hơn : 40-45 so với 24-28 đối với 316Ti

• Cấu trúc vi mô hai pha : Khoảng 50:50 austenit-ferrit

• Hợp kim hóa bằng Nitơ : Cải thiện khả năng chống ăn mòn điểm và độ bền

• Hàm lượng Crom và Molypden : Hình thành lớp màng thụ động vượt trội

• Tính ổn định vi cấu trúc : Kháng lại sự kết tủa pha

4.2 Ưu điểm về hiệu suất cơ học

• Độ bền cao hơn : Giảm yêu cầu về độ dày thành

• Khả năng chống mỏi tốt hơn : Chịu được chu kỳ thay đổi nhiệt độ

• Khả năng chống xói mòn vượt trội : Duy trì lớp màng bảo vệ trên bề mặt

• Cải thiện khả năng chống rạn nứt do ăn mòn ứng suất : Quan trọng cho các ứng dụng ngoài khơi

5 Phân tích kinh tế

5.1 Tổng chi phí sở hữu

*Bảng: So sánh chi phí 10 năm trên mỗi bộ trao đổi nhiệt*

5,2 Lợi nhuận đầu tư

• Thời gian hoàn vốn : <18 tháng bất chấp chi phí ban đầu cao hơn

• ROI : >400% trong vòng 10 năm sử dụng

• Giảm thời gian ngừng hoạt động : Gián đoạn sản xuất ít hơn 80%

• Giảm Chi Phí Bảo Trì : Chi phí bảo trì thấp hơn 67%

6 Các Yếu Tố Kỹ Thuật Triển Khai

6,1 Gia Công và Lắp Đặt

• Yêu cầu hàn : Kiểm soát nhiệt độ đầu vào và khí bảo vệ

• Nở ống : Kiểm soát cẩn thận để tránh biến dạng nguội quá mức

• Quy trình vệ sinh : Ngăn ngừa sự nhiễm bẩn bằng sắt

• Kiểm soát chất lượng : Yêu cầu kiểm tra không phá hủy (NDE) nghiêm ngặt

6.2 Hướng dẫn vận hành

• Giới hạn nhiệt độ : Tối đa 250°C cho dịch vụ liên tục

• Khuyến nghị vận tốc dòng chảy : Tối thiểu 4-6 m/s để ngăn ngừa bám bẩn

• Tần suất vệ sinh : Yêu cầu giảm so với 316Ti

• Khoảng thời gian kiểm tra : Kéo dài đến 36 tháng so với 12 tháng

7 Ví dụ cụ thể

7.1 Nền tảng A - Dịch vụ nước làm mát

• Dịch vụ : Làm mát bằng nước biển, 45°C, vận tốc 3,2 m/s

• hiệu suất của 316Ti : Bị hỏng sau 23 tháng do ăn mòn lỗ và ăn mòn khe hở

• Hiệu suất của S32750 : Vẫn đang hoạt động sau 11 năm, độ mòn thành ống không đáng kể

• Tiết kiệm : Tiết kiệm 2,8 triệu USD chi phí ngừng hoạt động và thay thế

7.2 Nền tảng B - Làm mát quy trình

• Dịch vụ : Làm mát bằng hydrocarbon, 95°C, có sự hiện diện của H₂S

• hiệu suất của 316Ti : Nứt ăn mòn ứng suất sau 14 tháng

• Hiệu suất của S32750 : Không có sự suy giảm sau 9 năm vận hành

• Cải thiện an toàn : Loại bỏ nguy cơ rò rỉ quy trình

8 Ý nghĩa Ngành và Khuyến nghị

8.1 Khuyến nghị Thiết kế

• Lựa chọn vật liệu : Chỉ định vật liệu S32750 cho môi trường chứa chloride

• Độ dày tường : Có thể giảm 30-40% nhờ độ bền cao hơn

• Dư lượng ăn mòn : Giảm từ 3mm xuống 1mm cho S32750

• Lập kế hoạch kiểm tra : Mở rộng khoảng cách dựa trên độ tin cậy được cải thiện

8.2 Chiến lược mua sắm

• Tính toán chi phí vòng đời : Đánh giá tổng chi phí thay vì giá ban đầu

• Đánh giá nhà cung cấp : Yêu cầu giấy tờ chứng nhận sản xuất phù hợp

• Kiểm Tra Chất Lượng : Áp dụng quy trình kiểm tra nhập kho nghiêm ngặt

• Tài liệu : Yêu cầu truy xuất nguồn gốc đầy đủ và chứng nhận

9 Triển vọng tương lai

9.1 Phát triển công nghệ

• Sản xuất tiên tiến : Quy trình sản xuất ống cải tiến

• Phát triển hợp kim : Cải thiện hơn nữa khả năng chống ăn mòn

• Công nghệ giám sát : Hệ thống giám sát ăn mòn thời gian thực

• Bảo trì dự đoán : Mô hình dự đoán hỏng hóc dựa trên AI

9.2 Xu hướng ngành

• Tăng cường áp dụng : Ngày càng được sử dụng nhiều trong môi trường khắc nghiệt

• Tiêu chuẩn hóa : Được đưa vào nhiều đặc tả thiết kế hơn

• Giảm chi phí : Giảm mức phí cao về giá khi mức độ áp dụng tăng lên

• Sự có mặt toàn cầu : Chuỗi cung ứng được cải thiện và nguồn cung dồi dào hơn

10 Kết luận

Dữ liệu hiệu suất thực tế cho thấy rõ ràng rằng thép không gỉ siêu kép UNS S32750 cung cấp có tuổi thọ dài hơn đáng kể và tổng chi phí thấp hơn so với 316Ti trong các ứng dụng trao đổi nhiệt ngoài khơi. Việc cải thiện tuổi thọ gấp 5 lần mang lại lợi ích kinh tế đáng kể thông qua việc giảm bảo trì, ít phải thay thế hơn và giảm thiểu thời gian dừng sản xuất.

Đối với các dự án mới hoặc các trường hợp thay thế trong môi trường khắc nghiệt, đặc biệt là những môi trường chứa clorua, việc lựa chọn thép không gỉ siêu kép đại diện cho cả một thực hành kỹ thuật và kinh tế tối ưu. Chi phí vật liệu ban đầu cao hơn sẽ nhanh chóng được bù đắp nhờ chi phí vòng đời giảm mạnh và độ tin cậy vận hành được cải thiện.

Đề xuất : Chỉ định sử dụng thép không gỉ siêu kép UNS S32750 cho tất cả các ứng dụng trao đổi nhiệt trong môi trường ngoài khơi, đặc biệt là những ứng dụng liên quan đến làm mát bằng nước biển hoặc các dịch vụ chứa clorua khác.