Trong ngành dầu khí, việc lựa chọn vật liệu là rất quan trọng do các điều kiện môi trường khắt khe như áp suất cao, nhiệt độ khắc nghiệt, các chất ăn mòn (như H2S) và ứng suất cơ học. Các vật liệu cơ bản được sử dụng, phạm vi nhiệt độ của chúng và các tiêu chuẩn liên quan như sau:

Vật liệu cơ bản và phạm vi nhiệt độ của chúng

1. Thép cacbon

• Thường được sử dụng cho đường ống quy trình chung và hệ thống áp suất trung bình.

• Tiêu chuẩn: ASTM A53, A106, API 5L.

• Phạm vi nhiệt độ: Thích hợp cho nhiệt độ môi trường đến nhiệt độ cao vừa phải nhưng yêu cầu xử lý nhiệt sau hàn (PWHT) để giảm ứng suất dư và đáp ứng các giới hạn độ cứng (ví dụ: theo NACE MR0175).

• Hạn chế: Dễ bị ăn mòn và oxy hóa; Lớp phủ bảo vệ thường được yêu cầu123.

2. Thép hợp kim thấp

• Ví dụ: 1.25Cr-0.5Mo, 2.25Cr-1Mo.

• Ứng dụng: Các dịch vụ áp suất cao và nhiệt độ cao như nồi hơi, lò cải cách và đường hơi.

• Tiêu chuẩn: ASTM A335 (Lớp P1, P5, P11, P22, P91).

• Phạm vi nhiệt độ: Có thể xử lý nhiệt độ cao tốt hơn thép cacbon; thường yêu cầu PWHT.

• Khả năng chống nứt ứng suất sunfua trong môi trường H2S khi được chọn theo NACE MR0175 / ISO 1515612.

3. Thép không gỉ

• Các loại: Austenit (304, 316, 321, 347), Ferritic (430), Martensitic (410) và Các loại nhiệt độ cao (310, 330).

• Giới hạn nhiệt độ:

  • Austenit (304, 316): lên đến ~ 870 ° C (1600 ° F).

  • Ferritic (430): lên đến ~ 815 ° C (1500 ° F).

  • Martensitic (410): lên đến ~ 600 ° C (1112 ° F).

  • Các cấp nhiệt độ cao (310, 330): lên đến 1050-1150 ° C (1922-2102 ° F)4.

• Ứng dụng: Môi trường ăn mòn và nhiệt độ cao, dịch vụ khí chua (SS316, SS316L).

• Tiêu chuẩn: ASTM A312, NACE MR0175 cho môi trường khí chua1423.

4. Hợp kim kỳ lạ

• Ví dụ: Inconel (siêu hợp kim Ni-Cr), Monel (Ni-Cu), Hastelloy (Ni-Cr-Mo-W).

• Đặc điểm: Chống ăn mòn tuyệt vời, độ bền cao ở nhiệt độ khắc nghiệt.

• Ứng dụng: Môi trường khắc nghiệt có độ axit, độ mặn hoặc nhiệt độ cao như chế biến hóa chất, thiết bị dưới biển, dụng cụ khoan.

• Phạm vi nhiệt độ: Hợp kim Inconel có thể chịu được nhiệt độ rất cao (lên đến ~ 1000 °C hoặc hơn tùy thuộc vào lớp)15.

5. Vật liệu phi kim loại

• Ví dụ: Nhựa gia cố sợi thủy tinh (FRP), PTFE (Teflon), HDPE, PVC.

• Ứng dụng: Công nghiệp hóa chất và ngoài khơi, dịch vụ đông lạnh (PTFE chịu được lên đến 232 °C).

• Được sử dụng ở những nơi khả năng chống ăn mòn là rất quan trọng nhưng yêu cầu về độ bền cơ học thấp hơn1.

Các tiêu chuẩn liên quan để lựa chọn vật liệu

• ASME B31.3 – Đường ống quy trình

• ASME B31.1 – Đường ống điện

• NACE MR0175 / ISO 15156 – Vật liệu sử dụng trong môi trường chứa H2S (chua), tập trung vào khả năng chống nứt và giới hạn độ cứng đối với thép cacbon và hợp kim thấp12.

• API 941 – Thép phục vụ hydro ở nhiệt độ cao.

• Tiêu chuẩn ASTM – Các thông số kỹ thuật khác nhau cho thép cacbon, thép không gỉ, ống thép hợp kim và phụ kiện (ví dụ: ASTM A53, A106, A312, A335, A333, B163, B165)1.

• Tiêu chuẩn ISO – Bao gồm hệ thống đường ống, lựa chọn vật liệu cho môi trường CO2, lắp đặt LNG, v.v. (ví dụ: ISO 15156, ISO 17348, ISO 14692 cho đường ống GRP)6.

Bảng tóm tắt các vật liệu phổ biến và phạm vi nhiệt độ

Tóm lại, ngành công nghiệp dầu khí phụ thuộc nhiều vào thép cacbon và thép không gỉ cho hầu hết các đường ống và thiết bị, với thép hợp kim thấp và hợp kim kỳ lạ được sử dụng cho môi trường ăn mòn và nhiệt độ cao đòi hỏi khắt khe hơn. Việc lựa chọn vật liệu phải tuân thủ các tiêu chuẩn công nghiệp như NACE MR0175 / ISO 15156 cho dịch vụ chua và mã đường ống ASME để đảm bảo an toàn và độ bền trong phạm vi nhiệt độ quy định1423.