Przewodnik po wyborze rur stalowych dla przemysłu chemicznego

Zakłady przetwórstwa chemicznego stwarzają jedne z najbardziej wymagających warunków dla systemów rurociągów. Rury muszą zawierać płyny, które mogą być silnie korozyjne, w podwyższonych temperaturach i ciśnieniach, a w wielu przypadkach toksyczne lub łatwopalne. Konsekwencje awarii rur w instalacjach chemicznych obejmują wycieki płynów procesowych, pożary, eksplozje, uwolnienia substancji toksycznych i szkody dla środowiska. Dlatego też właściwy wybór materiału na rurę to nie tylko decyzja inżynierska -, to konieczność związana z bezpieczeństwem i zgodnością z przepisami.

Kodeks projektowy rurociągów zakładów chemicznych to ASME B31.3 (Process Rurociągi), który zawiera zasady projektowania, materiałów, wytwarzania, testowania i kontroli systemów rurociągów w zakładach chemicznych i petrochemicznych. B31.3 dzieli usługi związane z płynami na normalne, kategorię M (toksyczne), kategorię D (niskie zagrożenie) i wysokie-ciśnienie, przy coraz bardziej rygorystycznych wymaganiach w przypadku usług bardziej niebezpiecznych. Rurociągi muszą być zaprojektowane na najcięższą kombinację ciśnienia i temperatury oczekiwaną podczas normalnej pracy, rozruchu, wyłączania i wszelkich wiarygodnych warunków awaryjnych.

Różne media chemiczne wymagają różnych materiałów rurowych w zależności od ich korozyjności, temperatury i ciśnienia. W przypadku kwasu siarkowego stal węglowa nadaje się do stężeń powyżej 95% w temperaturze otoczenia, ale poniżej 95% (zwłaszcza rozcieńczony kwas) szybkość korozji gwałtownie wzrasta, wymagając stali nierdzewnej 316 lub wyższych stopów. W przypadku kwasu solnego nawet rozcieńczone roztwory powodują silną korozję stali nierdzewnej i w większości warunków wymagają stosowania stopów o wysokiej-niklu (Hastelloy C-276) lub rur niemetalowych. W przypadku kwasu azotowego w większości stężeń odpowiednia jest stal nierdzewna 304L, ponieważ kwas azotowy pasywuje stal nierdzewną. W przypadku rozpuszczalników organicznych (węglowodorów, alkoholi, ketonów) ogólnie odpowiednia jest stal węglowa, chyba że rozpuszczalnik jest mokry lub zawiera zanieczyszczenia żrące.

Środowiska chlorkowe są szczególnie wymagające, ponieważ powodują wżery i pękanie korozyjne naprężeniowe (SCC) w austenitycznych stalach nierdzewnych. Chlorek SCC może wystąpić w temperaturach powyżej 60 stopni przy stężeniach chlorków tak niskich jak 10 ppm. W przypadku strumieni procesowych zawierających chlorek, 316L (z 2-3% molibdenu) zapewnia lepszą odporność w porównaniu do 304L, ale w przypadku trudnych warunków chlorkowych może być konieczna stal nierdzewna duplex (2205, 2507) lub stopy na bazie niklu. Liczba równoważna rezystancji wżerowej (PREN=%Cr + 3.3 x %Mo + 16 x %N) jest użytecznym narzędziem przesiewowym do porównywania odporności wżerowej: 304L ma PREN ~19, 316L ma PREN ~25, 2205 duplex ma PREN ~36, a 2507 super duplex ma PREN ~43.

Tworzywo	Kluczowa charakterystyka	Typowe zastosowania
Stal węglowa (A106 gr.B)	Niski koszt, dobra wytrzymałość, ograniczona odporność na korozję	Nie-korozyjne płyny, para, woda, węglowodory
Stal nierdzewna 304/304L	Ogólna odporność na korozję, dobra spawalność	Kwas azotowy, kwasy organiczne, przetwórstwo spożywcze
Stal nierdzewna 316/316L	Mo-zwiększona odporność na wżery, standard w przemyśle chemicznym	Kwas siarkowy (rozcieńczony), chlorki (umiarkowany), rozpuszczalniki
Dupleks 2205/2507	Wysoka wytrzymałość, doskonała odporność na SCC	Środowiska chlorkowe, offshore, wymienniki ciepła
Stopy niklu (Inconel, Hastelloy)	Ekstremalna odporność na korozję, bardzo wysoki koszt	HCl, H2SO4 (gorący), HF, działanie silnie korozyjne

General corrosion is uniform material loss over the entire surface, managed by adding a corrosion allowance (typically 1.5-6.0 mm) to the calculated wall thickness. Pitting is localized corrosion that creates small cavities, measured by the PREN value. Crevice corrosion occurs in shielded areas such as under gaskets and deposits, requiring alloys with higher molybdenum content. Stress corrosion cracking (SCC) is the most dangerous corrosion form - cracking occurs under the combined action of tensile stress and a corrosive environment, often without significant general corrosion. SCC can cause catastrophic failure with little warning. For chloride SCC, materials with higher nickel content (>20%) lub mikrostruktury duplex zapewniają odporność. Korozji międzykrystalicznej, spowodowanej wytrącaniem się węglika chromu na granicach ziaren, można zapobiegać poprzez stosowanie gatunków nisko-węglowych (304L, 316L) lub gatunków stabilizowanych (321, 347).

Zakłady chemiczne zazwyczaj działają w klasach ciśnienia od ANSI 150# (2 MPa) do 600# (10 MPa), a specjalne procesy, takie jak hydrokraking i produkcja polietylenu, działają pod ciśnieniem 900-2500# (15–42 MPa). Wybór ciśnienia znamionowego odbywa się zgodnie z zasadami projektowymi ASME B31.3, przy minimalnej grubości ścianki obliczonej ze wzoru: t=(P x D) / (2(SE + PY)). W przypadku pracy podciśnieniowej rura musi być odporna na spadek ciśnienia zewnętrznego, co często wymaga cięższych harmonogramów, niż nakazywałoby samo ciśnienie wewnętrzne. Temperatura znacząco wpływa na dopuszczalne naprężenia - rura odpowiednia w temperaturze otoczenia może wymagać grubszej ścianki w temperaturze 400 stopni. Zobacz naszePrzewodnik dotyczący wartości ciśnienia w rurachdla kompleksowych metod obliczeniowych.

Rury chemiczne często wymagają specjalnej obróbki powierzchni. Odtłuszczanie usuwa olej i smar z powierzchni wewnętrznej, aby zapobiec zanieczyszczeniu płynu procesowego. Wytrawianie usuwa zgorzelinę walcowniczą i tlenki spawalnicze. Pasywacja (obróbka kwasem azotowym lub cytrynowym) wzmacnia naturalną warstwę tlenku chromu na stali nierdzewnej, maksymalizując odporność na korozję. W rurach, które muszą utrzymywać podwyższoną temperaturę, aby zapobiec zestaleniu płynu lub wzrostowi lepkości, stosuje się okablowanie grzejne (elektryczne lub parowe). Zakopane rury chemiczne wymagają zewnętrznej-powłoki antykorozyjnej zgodnie z normą ISO 21809 lub równoważną - zobacz naszePrzewodnik po powlekaniu rur. Wymagania dotyczące badań NDT dla rur chemicznych różnią się w zależności od kategorii cieczy zgodnie z B31.3 i wahają się od 5% spoin w przypadku normalnej pracy do 100% w przypadku kategorii M - zobacz nasze

Przewodnik po NDT rur.

ASME B31.3 to podstawowy kod projektowy. Normy materiałowe ASTM obejmują A106 (stal węglowa), A312/A358 (stal nierdzewna) i A335 (stal stopowa). Normy API istotne dla zakładów chemicznych obejmują API 610 (pompy) i API 682 (systemy uszczelnień). W przypadku projektów międzynarodowych zastosowanie mogą mieć EN 13480 (europejskie przepisy dotyczące rurociągów) i GB/T 20801 (chińskie przepisy dotyczące rurociągów). Wymagania dyrektywy PED muszą być spełnione w przypadku sprzętu instalowanego na terenie Unii Europejskiej. Pełne porównanie międzynarodowych standardów jest dostępne w naszym serwisiePorównanie standardów rur(59).

Zamawiając rurę do zastosowań chemicznych, należy podać następujące parametry: skład i stężenie płynu, zakres pH dla roztworów wodnych, temperaturę roboczą (normalną i projektową), ciśnienie robocze (normalne i projektowe), obowiązującą normę (ASME B31.3 lub inną), wymagania NDT, wymagania certyfikacyjne (MTC 3.1 lub 3.2) oraz wszelkie specjalne przygotowanie powierzchni (trawienie, pasywacja). Producent rur dostarcza rury ze stali węglowej, nierdzewnej i stali stopowej do zastosowań chemicznych, mając doświadczenie w dostawach do rafinerii, zakładów petrochemicznych i zakładów chemicznych na całym świecie.

Skontaktuj się z naszym zespołem inżynierów, aby uzyskać wskazówki dotyczące doboru materiałów i konkurencyjne ceny rur do instalacji chemicznych.

Uzyskaj wycenę