Erózia-Korózia v potrubí z nehrdzavejúcej ocele: Limity rýchlosti prúdenia podľa stupňa

Čo je erózia-korózia a prečo ju reguluje rýchlosť prúdenia?

Erózia-korózia je zrýchlená strata kovu, ku ktorej dochádza, keď prúdiaca tekutina mechanicky naruší ochranný pasívny film z nehrdzavejúcej ocele rýchlejšie, než sa film dokáže zreformovať -, pričom rýchlosť prúdenia je jedinou premennou, ktorá určuje, či k tomuto narušeniu dôjde.

Nerezové ocele a zliatiny nikluodolávajú korózii, pretože chróm (a vo vyšších stupňoch molybdén a nikel) vytvára na povrchu tenký, samovoľne sa uzdravujúci chróm-oxidový film. Pri statických podmienkach alebo podmienkach nízkej rýchlosti- sa akékoľvek lokálne poškodenie tohto filmu repasivuje takmer okamžite. Erózia-korózia začína, keď rýchlosť prúdenia, turbulencia alebo unášané častice odstránia film mechanicky rýchlejšie, ako ho repasivačná reakcia dokáže obnoviť. Akonáhle je holý kov opakovane vystavený, spodná zliatina koroduje oveľa väčšou rýchlosťou, než by tomu bolo pri statickom ponorení - často lokalizovanom v kolenách, T-kusoch, redukciách, zvaroch a za ventilmi, kde sa prietok oddeľuje alebo zrýchľuje.

Keďže mechanizmus je mechanický{0}}elektrochemický a nie čisto chemický, erózii-korózii nemožno zabrániť iba výberom materiálu neobmedzenou rýchlosťou. Každá trieda má prahovú rýchlosť, nad ktorou pasívny film nedokáže držať krok s mechanickým odstraňovaním, a táto prahová hodnota - nie je všeobecná odolnosť proti korózii v kupónovom teste - je tým, čo určuje dizajn potrubia v prevádzke s vysokým-prietokom.

Čo určuje, či jedna trieda prekoná druhú?

Odolnosť proti korózii- úzko súvisí s ekvivalentným číslom odolnosti proti bodaniu (PREN) zliatiny - s vyšším obsahom chrómu, molybdénu a dusíka vytvára pevnejší, rýchlejšie{2}}hojivý pasívny film, ktorý toleruje vyššie rýchlosti toku, kým poškodenie prekoná opravu.

PREN, vypočítaný ako %Cr + 3.3×%Mo + 16×%N, bol vyvinutý na hodnotenie odolnosti proti prehĺbeniu, ale silne koreluje s odolnosťou proti erózii-korózii, pretože oba režimy zlyhania závisia od rovnakej pasívnej-stability filmu. Typy s vyššími hodnotami PREN rýchlejšie po mechanickom narušení reformujú svoju ochrannú oxidovú vrstvu, čo im umožňuje odolať vyššiemu šmykovému namáhaniu steny a vyššej energii nárazu častíc- predtým, než sa čistá strata kovu stane výraznou.

Dôležitá je aj mikroštruktúra. Duplexné a super duplexné druhy kombinujú austenitovú a feritovú fázu, čo im dáva vyššiu medzu klzu ako austenitické druhy porovnateľného PREN -, čo je mechanická vlastnosť, ktorá pomáha odolávať povrchovému -tvrdnutiu a mikro{3}}rezným účinkom toku pevných látok-, nezávisle od výhod chemickej pasivácie. To je dôvod, prečo sú duplexné triedy často špecifikované pre erozívnu prevádzku, aj keď jednofázová austenitická trieda ponúka porovnateľnú všeobecnú odolnosť proti korózii pri statickom ponorení.

Reprezentatívne hodnoty PREN podľa triedy rodiny

Hodnoty PREN sú reprezentatívne stredy vypočítané z nominálnych chemických látok pre rozsahy zloženia ASTM A240/A276/A182; overiť podľa správy o teste mlyna (MTR) pre špecifické teplo pre projektové použitie.

Aké sú odporúčané limity rýchlosti prúdenia pre bežné triedy potrubí?

V čistom,{0}}bez obsahu pevných častíc dosahujú štandardné austenitické triedy rýchlosti okolo 3 – 5 m/s, duplex 2205 rozširuje tento rozsah na približne 4 – 8 m/s, triedy super duplex a 6Mo dosahujú 8 – 12 m/s a zliatiny niklu, ako je Alloy 625, sa používajú špeciálne tam, kde môžu tolerovať rýchlosti.

Nižšie uvedené rozsahy sú technickými východiskovými bodmi, nie pevne stanovenými povolenými hodnotami. Syntetizujú metodiku C-faktora API RP 14E (ktorá priraďuje vyššie C-faktory, a teda vyššiu prípustnú rýchlosť, materiálom odolnejším voči erózii-) s výskumom-erózie na jednotlivých druhoch. Každý projekt by mal potvrdiť limity týkajúce sa zloženia kvapaliny, zaťaženia tuhými látkami, teploty a špecifickej geometrie potrubia -, v nasledujúcich častiach nájdete informácie o tom, ako každá premenná posúva číslo.

Rozsahy zostavené z rámca API RP 14E erózneho-rýchlostného C-faktora (13Cr nehrdzavejúca C≈300; duplexná nehrdzavejúca C≈350, nominálne -bez pevných látok), publikované údaje o erózii-koróznej skúške na 2205 duplexe ≈ piesok seadenita{49} m/s) a štandardná priemyselná dizajnérska prax. Pred dokončením veľkosti riadka skontrolujte údaje o -špecifickom toku{13}}slučky alebo poľa projektu.

Ako sa používa metóda faktora API RP 14E C- na nehrdzavejúce a duplexné triedy?

Rovnica eróznej rýchlosti API RP 14E, Ve=C ÷ √ρm, bola napísaná pre uhlíkovú oceľ, ale bežne sa rozširuje na nerezové a duplexné potrubia nahradením vyššieho C-faktora - približne 300 pre 13Cr nerez a 350 pre duplexné{7 vypočítané bez {8}vypočítané nominálne} pevné} rýchlosť v pomere k väčšej odolnosti materiálu proti erózii-korózii.

V pôvodnej rovnici API RP 14E je Ve limit eróznej rýchlosti v stopách/s, ρm je hustota zmesi plynu-kvapaliny pri podmienkach prúdenia v lb/ft³ a C je empirická konštanta viazaná na náročnosť materiálu a prevádzky. Predvolená C=100 rozhrania API pre nepretržitú uhlíkovú-oceľovú službu bola vyvinutá konzervatívne a v neskorších terénnych štúdiách sa ukázalo, že je príliš opatrná pre mnohé čisté, -nepieskované systémy - niektorí operátori uvádzajú prijateľný výkon pri C-faktoroch výrazne nad 200, keď je kontrolovaná inhibícia korózie a obsah pevných látok.

V prípade nerezového a duplexného potrubia priemyselná prax zvyšuje C-faktor výrazne nad základnú hranicu uhlíkovej{1}}ocele, aby odrážal vyšší prah korózie-: hodnoty okolo 300 pre nehrdzavejúcu 13Cr a 350 pre duplexnú nehrdzavejúcu oceľ sa bežne uvádzajú pre služby bez obsahu pevných látok-. Keďže API RP 14E samo o sebe nedefinuje antikorózne -špecifické C{10}}faktory, tieto čísla fungujú skôr ako návod na dizajn čerpaný zo skúseností operátora a doplnkových štúdií, než ako povinná požiadavka na kód, - inžinieri by s nimi mali zaobchádzať ako s východiskovým bodom pre dimenzovanie pod podmienkou overenia v porovnaní s konkrétnou službou.

Mení piesok alebo iné unášané pevné látky limit rýchlosti?

Áno, obsah pevných látok - je jediným najväčším modifikátorom limitov rýchlosti erózie-a publikované údaje z testov ukazujú, že aj dobre-pasivovaný stupeň, akým je 2205 duplex, klesá na kritickú rýchlosť takmer 4 m/s, keď je piesok unášaný prúdom, v porovnaní so zhruba dvojnásobnou rýchlosťou v čistej morskej vode.

Výskum erózie-korózie na duplexnej nerezovej oceli 2205 v prúdiacej morskej vode s časticami piesku zistil kritickú rýchlosť blízko 4 m/s, nad ktorou sa poškodenie eróziou-korózie prudko zvyšuje, keď rýchlosť prúdenia stúpa a úbytok hmoty sa zrýchľuje s obsahom piesku. Pod touto hranicou dochádza k mechanickému nárazu častíc, ale pri odstraňovaní pasívneho filmu dominuje korózia; nad ním sa mechanizmus posúva smerom k opotrebovaniu-prevládajúcemu erózii, ktoré ďaleko prevyšuje repasiváciu.

To je dôvod, prečo API RP 14E výslovne odmieta ponúkať pevný C-faktor pre službu nabitú pevnými látkami-a namiesto toho požaduje testovanie-špecifické pre daný projekt. Rýchlosť, ktorá je pohodlne konzervatívna vo filtrovanom, čistom procesnom toku, môže byť výrazne za prahom erózie-korózie v linke s nefiltrovanou-vodou alebo kalom s použitím rovnakej kvality potrubia a hrúbky steny. Akákoľvek tabuľka rýchlosti - vrátane tabuľky v tomto článku - by sa mala považovať za neaplikovateľnú, keď nakládka pevných látok presiahne niekoľko libier na tisíc barelov bez overenia špecifického{10}}projektu.

Ako by sa mali upraviť rýchlostné limity pre špecifické servisné podmienky?

Koncentrácia chloridov, teplota a obsah rozpustených plynov posúvajú limit efektívnej rýchlosti nezávisle od obsahu pevných látok, takže rovnaký stupeň môže niesť inú prípustnú rýchlosť pri vstrekovaní morskej vody, vyrobenej vode a geotermálnej soľanke aj pri rovnakom zaťažení časticami.

Morská voda a chlorid-Bohaté služby

Chloridy napádajú pasívny film priamo cez jamkovanie, čím sa znižuje erózny-prah korózie, pretože film je oslabený už predtým, než začne mechanické narušenie. V plnej-morskej vode je rýchlosť 316L často-obmedzená hlboko pod jej hodnotenie čistej{5}}vody, špeciálne na riadenie rizika jamkovej vody, a duplexné alebo super{6}}duplexné triedy sú predvolenou špecifikáciou, keď sa zvýši obsah chloridov alebo teplota.

Zvýšená teplota

Kinetika pasívnej{0}}repasivácie filmu sa spomaľuje, keď teplota v agresívnych médiách stúpa, čím sa zužuje hranica medzi rýchlosťou, ktorá spôsobuje narušenie, a rýchlosťou, pri ktorej sa môže film zahojiť. Vysokoteplotná erozívna služba - geotermálna soľanka, horúce procesné prúdy - zvyčajne posúvajú výber akosti smerom k vyšším -PREN duplexným, super-austenitickým alebo niklovým-potrubiam, a to dokonca aj pri rýchlostiach prúdenia, ktoré by nižší stupeň toleroval pri teplote okolia.

Rozpustený CO2 a H2S

V systémoch zachytávajúcich ropu a plyn tvorí rozpustený CO2 kyselinu uhličitú, ktorá napáda akýkoľvek odkrytý základný kov rýchlejšie ako obyčajná voda, čím sa po porušení pasívneho filmu spája erózia-korózia. Požiadavky na kyslé služby NACE MR0175/ISO 15156-navrstvujú ďalšie metalurgické obmedzenia -, ako sú limity tvrdosti a -podmienky tepelného spracovania -, okrem limitu rýchlosti erózie-, pričom tieto dva súbory požiadaviek musia byť splnené súčasne a nie nezávisle.

Čo sa stane, keď sa prekročí limit rýchlosti?

Prekročenie limitu rýchlosti erózie-spôsobuje lokalizovanú, zrýchľujúcu sa{1}}stratu hrúbky steny -, zvyčajne v kolenách, T-kusoch a za obmedzeniami -, ktoré môžu prejsť od hľadania kupónu-váhy k priechodu-steny oveľa rýchlejšie, než by predpovedala rovnomerná korózia.

Keďže erózna-korózia je samozosilňujúca{1}}, stenčenie v mieste s vysokou-turbulenciou zvyšuje lokálnu drsnosť a intenzitu turbulencie, čo ešte viac urýchľuje odstraňovanie filmu v tom istom bode. To vytvára charakteristický vzor straty-podkovy alebo vrúbkovanej steny-, ktorý sa nachádza na lakťových extrados, odbočkách T a vývodoch reduktora pri poškodení zlyhaného potrubia -, ktoré bežný výpočet prípustnej korózie-založený na jednotnej strate kovu nepredpokladá.

V praxi to znamená, že inšpekčné programy pre čiary náchylné na eróziu-koróziu{1}} by mali uprednostňovať geometrické diskontinuity pomocou ultrazvukového mapovania hrúbky, a nie spoliehať sa len na priemerné trendy straty-steny.

Ako by mali inžinieri vybrať správnu triedu pre-vysokorýchlostné potrubie?

Vyberte najnižšiu-triedu PREN, ktorá vyčistí skutočnú rýchlosť, pevné látky, chloridy a teplotnú obálku projektu s maržou - a nie najvyššou-dostupnou triedou PREN -, pretože duplexné, super duplexné a niklové-zliatinové potrubia predstavujú zmysluplnú cenu v porovnaní so štandardnými austenitickými triedami.

Praktická postupnosť{0}}výberu triedy začína s 316 l ako základnou líniou pre služby so strednou rýchlosťou, nízkymi -chloridmi a pevnými látkami-. Tam, kde sa očakáva vystavenie morskej vode, strhávaniu piesku alebo rýchlosti nad približne 5 m/s, je štandardnou modernizáciou 2205 duplex, ktorá ponúka podstatný skok v PREN aj medze klzu pri miernom zvýšení nákladov v porovnaní s austenitickými triedami. Super duplex 2507 a 6Mo super-austenitické triedy, ako napríklad 254 SMO, sú vyhradené pre segmenty s najvyššou-rýchlosťou alebo s najvyššími{13}}chloridovými segmentmi systému - bežne krátke vysoko{15}}turbulentné cievky, sýtič a regulačné vedenie ventilov, ktoré riadia skôr celú {{16} hlavicu vstrekovania chrániť najvyššie{17}}rizikové body.

Zliatiny niklu, ako je Alloy 625, vstupujú do výberu vtedy, keď rýchlosť, teplota a obsah chloridov spolu prekračujú to, čo môže spoľahlivo tolerovať ktorýkoľvek druh nehrdzavejúcej ocele, alebo keď sa vyžaduje galvanická kompatibilita s existujúcimi zariadeniami na výrobu zliatin niklu-. Pretože zliatina 625 a porovnateľné zliatiny niklu majú v tomto porovnaní najvyššie materiálové náklady, zvyčajne sa používajú selektívne - v prúdových čerpadlách, tlmivkách a iných bodových -zdrojových- komponentoch s vysokou rýchlosťou -, a nie pre celé potrubia s duplexným alebo super duplexným potrubím nesúcim rovnováhu linky.

Často kladené otázky

Q: Aká je maximálna rýchlosť potrubia z nehrdzavejúcej ocele 316L?

A: V čistom,{0}}bez obsahu pevných častíc je 316L zvyčajne obmedzená na približne 3-5 m/s (10-16 stôp/s). V morskej vode alebo iných tekutinách bohatých na chloridy je praktický limit zvyčajne nastavený nižšie, aby sa zvládlo riziko jamkovej korózie, a nie čistá erózia, a keď sú prítomné chloridy, často sa namiesto toho špecifikujú duplexné triedy.

Q: Je duplexná nehrdzavejúca oceľ-odolnejšia voči korózii ako 316L?

A: áno. Duplex 2205 má PREN zhruba 35 oproti zhruba 24-26 pre 316L a jeho dvojfázová mikroštruktúra pridáva medzu klzu, ktorá austenitickým typom chýba, čo spolu zvyšuje jeho prah rýchlosti erózie- výrazne nad 316L v čistom aj v pevnom prostredí.

Q: Vzťahuje sa rovnica API RP 14E priamo na potrubie z nehrdzavejúcej ocele?

A: Nie priamo - Predvolený C-faktor 100 API RP 14E bol vyvinutý pre uhlíkovú oceľ. Nerezové a duplexné potrubia používajú vyššie C-faktory (približne 300 pre 13Cr nerez a 350 pre duplex v nominálne bezplatnom-službe na tuhé látky) odvodené z priemyselnej praxe, keďže samotný odporúčaný postup neuverejňuje špecifické hodnoty pre nerezové{10}}zložky.

Q: O koľko znižuje obsah piesku rýchlostný limit pre nehrdzavejúcu oceľ?

A: V podstate. Publikované testovanie na 2205 duplex v morskej vode-naplnenej pieskom zistilo kritickú rýchlosť blízko 4 m/s, čo je zhruba polovica rýchlosti tolerovanej v čistých podmienkach bez-pevných látok a poškodenie eróziou-koróziou sa ďalej zrýchľuje, keď sa obsah piesku zvyšuje nad túto hranicu.

Q: Kedy by mal projekt používať zliatinu niklu namiesto super duplexnej nehrdzavejúcej ocele?

A: Keď rýchlosť prúdenia, teplota a obsah chloridov spolu prekračujú to, čo môžu spoľahlivo tolerovať typy super duplex alebo 6Mo, alebo keď sa uplatňujú požiadavky na kyslú-službu, galvanickú{2}}kompatibilitu alebo extrémne-teploty. Zliatiny niklu, ako je Alloy 625, sa zvyčajne používajú selektívne pri vysokorýchlostných komponentoch, a nie pre celé potrubia, vzhľadom na ich cenu.