Lựa chọn vật liệu cho đường ống dẫn khí carbon monoxide và khí tổng hợp

Vật liệu thép

• Thép cacbon và thép hợp kim thấp:
  Đây là những vật liệu thường được sử dụng cho đường ống dẫn khí tổng hợp và carbon monoxide. Thép phải có tương đương cacbon (CE) không vượt quá 0,43, với thép hợp kim vi mô được khuyến nghị có CE ≤ 0,35 để cải thiện độ dẻo dai và giảm tính nhạy cảm với ăn mòn và nứt15.

  • Hàm lượng lưu huỳnh nên được giữ ở mức thấp, lý tưởng nhất là ≤ 0,01% và phốt pho ≤ 0,015%, nghiêm ngặt hơn so với giới hạn API 5L PSL 2 điển hình, để tăng cường độ dẻo dai và giảm nguy cơ nứt15.

  • Độ bền kéo nên được giới hạn ở mức tối đa là 800 MPa (116 kpsi) vì thép cường độ cao hơn dễ bị ăn mòn và giòn do hydro hoặc CO gây ra15.

  • Các yếu tố thiết kế từ 25% đến 30% cường độ năng suất tối thiểu được chỉ định (SMYS) được khuyến nghị để duy trì ứng suất thấp và giảm thiểu nứt do ăn mòn do ứng suất1.

  • Các loại ống được phép bao gồm API 5L X42 và X52 ở dạng hợp kim vi mô, với thép được sản xuất bằng phương pháp oxy cơ bản hoặc lò điện, tiêu diệt hoàn toàn và đúc liên tục15.

• Yêu cầu về độ dẻo dai:
  Độ dẻo dai là rất quan trọng, đặc biệt là ở áp suất trên 50 bar. Thép phải đáp ứng các yêu cầu thử nghiệm va đập theo tiêu chuẩn API và ASTM, thường đạt được bằng cách sản xuất thép hạt mịn1.

Thép không gỉ

• Thép không gỉ Austenitic:
  Đối với dịch vụ khí tổng hợp, thép không gỉ có hàm lượng crom ≥ 13% giúp giảm thiểu nứt ăn mòn ứng suất CO và hình thành cacbonyl15.
  Các loại ưu tiên bao gồm carbon thấp (304L, 316L) hoặc loại ổn định (316Ti, 321, 347), đặc biệt là khi có liên quan đến hàn. Độ ổn định austenit cao hoặc tương đương niken cao cải thiện hiệu suất trong môi trường khí tổng hợp1.
  Thép không gỉ Austenit cung cấp độ dẻo dai và khả năng hàn tuyệt vời, phù hợp với các ứng dụng áp suất cao hơn1.

• Các loại thép không gỉ khác:
  Thép không gỉ Ferrit, martensitic, duplex hoặc kết tủa cứng có thể được sử dụng ở mức ứng suất thấp. Chúng thường có độ dẻo dai thấp hơn các loại austenit và nên được sử dụng trong điều kiện ủ hoàn toàn hoặc xử lý nhiệt cường độ thấp1.

Niken và các hợp kim khác

• Hợp kim niken:
  Nhiều hợp kim niken dễ bị giòn hydro và nên tránh trừ khi được xác minh phù hợp với dịch vụ khí tổng hợp. Các hợp kim cứng kết tủa như Monel K-500 và Inconel X-750 có thể được sử dụng với giới hạn độ cứng để ngăn ngừa giòn15.

• Hợp kim đồng và coban:
  Hợp kim đồng khử oxy thích hợp cho dịch vụ hydro và CO / syngas, vì chúng chống nứt do oxy ở nhiệt độ cao. Hợp kim coban, đặc biệt là công thức Stellite, thích hợp cho các ứng dụng chống mài mòn trong môi trường khí tổng hợp5.

Cân nhắc bổ sung

• Hàn và độ cứng:
  Hàn phải kiểm soát ứng suất dư, với độ cứng mối hàn không vượt quá Rockwell C 22 (khoảng 250 HB) để tránh bị giòn25. Nên giảm ứng suất nhiệt sau khi hàn.

• Mặt bích, Miếng đệm và Van:
  Sử dụng các loại mặt bích chống rò rỉ (mặt nhô lên, lưỡi và rãnh, khớp vòng) với vật liệu đệm tương thích với hydro và carbon monoxide ở áp suất và nhiệt độ thiết kế. Các kết nối ren không được khuyến khích trừ trường hợp hàn và kết nối mặt bích là không thực tế. Các tuyến đóng gói niêm phong tích cực rất cần thiết cho van để ngăn ngừa rò rỉ5.

• Thiết kế và kiểm tra:
  Nên khảo sát rò rỉ thường xuyên (tối thiểu ba tháng một lần) do tính chất độc hại và dễ cháy của khí tổng hợp25.

Cách tiếp cận lựa chọn vật liệu này cân bằng độ bền cơ học, độ dẻo dai, khả năng chống ăn mòn và các mối quan tâm về an toàn cụ thể đối với môi trường đường ống carbon monoxide và khí tổng hợp. Nó nhấn mạnh các loại thép tương đương cacbon thấp, hợp kim được kiểm soát và thực hành hàn cẩn thận để giảm thiểu rủi ro nứt ăn mòn ứng suất và giòn hydro. Hợp kim không gỉ và niken được sử dụng có chọn lọc dựa trên điều kiện dịch vụ và cân nhắc về chi phí.