Étude de cas: l'usine de gaz des Émirats arabes unis élimine la défaillance du tube HX avec des tubes super duplex 2507

Les antécédents des clients

Au début de 2023, nous avons reçu une demande d'urgence d'une usine de traitement de gaz située dans la zone Habshan d'Abu Dhabi, aux Émirats arabes unis.2 milliards de pieds cubes standard par jour (BSCFD) de gaz acide brut avec des concentrations de H2S allant de 3% à 8% en volumeL'installation exploite plusieurs échangeurs de chaleur en coquille et en tube servant d'échangeurs d'amines maigres/riches et de condensateurs aériens dans l'unité d'élimination des gaz acides (AGRU).

Le responsable des achats, un ingénieur chimique ayant 18 ans d'expérience dans le traitement du gaz, avait dû faire face à des défaillances récurrentes des faisceaux de tubes sur trois échangeurs de tubes et de tubes BEM identiques de type TEMA.Chaque échangeur contenait 640 tubes, 19,05 mm OD * 1,65 mm d'épaisseur de paroi, 6000 mm de longueur du tube, en configuration à deux passages.sélectionné au cours de la phase FEED de l'usine en 2013 sur la base des hypothèses de service acide standard.

Fin 2022, les journaux d'entretien ont montré quelque chose d'alarmant: les tubes étaient remplacés sur un cycle de 14 à 18 mois, bien en dessous de la durée de vie de conception de 8 ans spécifiée dans la fiche de données mécanique d'origine.Au cours d'un trimestre particulièrement mauvais, le troisième trimestre de 2022, l'usine a enregistré 11 arrêts imprévus directement attribuables à des fuites de tubes dans le train d'échangeurs AGRU.Chaque arrêt coûte à l'opérateur environ 380 000 $ en perte de production et en main-d'œuvre de réparation d'urgence.

Points sensibles du client

Lorsque nous avons effectué une analyse de défaillance sur les échantillons de tubes retournés, le schéma de dommages était clair et dépassait largement ce que la norme 316L pouvait gérer:

• une teneur en dioxyde de carbone de moins de 10%,Malgré le fait que la solution d'amines soit de faible teneur en chlorure, la concentration de chlorure s'était accumulée dans les zones mortes et les zones sous-déposées à des niveaux supérieurs à 800 ppm.Les tubes fonctionnent à 135°C sur le côté chaud, dans la fenêtre de température critique pour le Cl-SCC dans l'austénite 316L.
• Corrosion des fosses sous les dépôts d'écailles:L'échelle de sulfure de fer de la trace H2S a créé des fissures localisées où la couche passive de 316L s'est décomposée.Le PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) pour 316L est de 24 à 26 °C, ce qui est insuffisant pour cet environnement.
• Corrosion des fissures dans les joints tube-plaque:Les joints laminés et soudés à l'étanchéité ont montré une attaque préférentielle, avec des taux de corrosion mesurés à 0,15­0,25 mm/an dans la zone de fissure contre 0,02 mm/an sur la surface du tube libre.
• Le craquage induit par l'hydrogène (HIC) dans les HAZ de soudure:La cartographie de la micro-dureur a révélé des valeurs de dureté localisées supérieures à 300 HV dans la zone de soudure de l'étanchéité affectée par la chaleur, ce qui la rend sensible à la HIC dans l'environnement humide H2S.

"Nous exécutions essentiellement un matériau qui n'est pas conçu pour l'enveloppe opérationnelle réelle.Les hypothèses initiales de la FEED sur les niveaux de chlorure étaient erronées et nous en payons tous les 16 mois.." Directeur de l'entretien de l'usine

Pourquoi le client nous a choisis

Le client s'était adressé à trois fournisseurs: une usine européenne, une rouleuse indienne et nous.

1. Proposition à deux niveaux:We were the only supplier who proposed a graded approach — Super Duplex UNS S32750 (2507) for the hot-end tube bundles (operating above 100°C) and Alloy 625 (UNS N06625) for the tubesheet-facing sections and U-bend regions where residual stresses were highestL'usine européenne a proposé 254SMO pour tous les postes, qui auraient abordé le CCSC mais n'auraient pas résolu le risque de CHS.
2. Transparence du rapport d'essai de l'usine:Nous avons fourni une certification complète EN 10204 Type 3.1 avec analyse de chaleur réelle non seulement des valeurs typiques.Les valeurs de N et de N pour les températures 2507 étaient constamment dans le tiers supérieur de la plage de spécifications ASTM A790., ce qui affecte directement le PREN.
3. Confiance de livraison:Le client avait besoin de 1 920 tubes (3 échangeurs * 640 tubes) livrés dans les 14 semaines. Nous nous sommes engagés à 11 semaines et livrés dans 10. Le fournisseur indien a cité 18 semaines."Chaque semaine de retard était un autre pari de 380 000 $ sur la capacité des vieux tubes à tenir. "
4. Le document de conformité de la NACE MR0175/ISO 15156 est le suivant:Nous avons fourni des déclarations de conformité détaillées pour le service acide à la pression partielle et à la plage de pH H2S spécifiées, y compris des rapports d'essai de dureté (max 28 HRC pour 2507,max 35 HRC pour l'alliage 625 recuit en solution) et les certificats d'essai de craquage par contrainte au sulfure selon la méthode A de la NACE TM0177.

Solution technique

Sélection du matériel et justification

Fabrication et contrôle qualité

• Dimensions du tube:190,05 mm OD * 1,24 mm de paroi (réduite de 1,65 mm) la résistance plus élevée de 2507 a permis une réduction de paroi de 24% tout en maintenant une pression de conception de 85 barg à 150 °C par ASME Section VIII Div.1 calculs).
• Pilotage à froid + recuit brillant:Tous les tubes 2507 ont été piégés à froid pour obtenir une tolérance OD de ± 0,05 mm et brillant-rechauffé à 1,080°C avec étanchéité rapide de l'eau pour éviter les précipitations de phase sigma un risque connu avec les classes duplex si les taux de refroidissement tombent en dessous de 50°C/min dans la gamme 900-600°C.
• Test du courant de tourbillon (ECT):100% des tubes ont subi une ECT selon la norme ASTM E426 avec un trou de référence à fond plat de 0,8 mm de diamètre.
• Test hydrostatique:Chaque tube a été testé à une pression de conception de 1,5* (127,5 barg) avec une retenue de 30 secondes.
• Métode ASTM G48 A (épreuve de dépistage du chlorure ferrique):Les tubes d'échantillonnage de chaque chaleur ont été testés à 50°C pendant 72 heures.Aucune cavité n'a été observée lors de l'examen au stéréomicroscope 20*.
• teneur en ferrite:Mesurée à 42-48% sur 2507 tubes à l'aide du feritscope selon ISO 8249, dans la fourchette optimale de 35-55% pour une résistance équilibrée à la corrosion et des propriétés mécaniques.

Résultats du projet

Les trois échangeurs retubés ont été mis en service en août 2023.Lors de la dernière inspection en février 2026 (28 mois de fonctionnement continu), l'usine rapporte:

• Zéro fuite de tubeLes tubes 316L précédents avaient déjà nécessité deux campagnes de retubage partiel à 28 mois.
• Mesures de l'épaisseur des parois:Les essais ultrasoniques (UT) au plus récent tournant ont montré une perte de paroi moyenne de 0,03 mm dans les tubes 2507 à extrémité chaude et de 0,01 mm dans les courbes en U en alliage 625.La durée de vie extrapolée dépasse maintenant 12 ans.
• Performance de transfert de chaleur maintenue:Malgré la paroi plus mince, la conductivité thermique plus élevée de 2507 (15 W/m·K à 100 °C contre 14,6 W/m·K de 316L) est compensée, le maintien de la valeur UA de conception à 2% de la spécification originale.
• Réduction des coûts de maintenance:L'usine a éliminé sa procédure trimestrielle de prise de tuyaux d'urgence, économisant environ 120 000 $ par an en main-d'œuvre et en consommables seulement.

"Nous n'avons pas touché à ces échangeurs depuis plus de deux ans. Pour une usine qui planifiait les réparations de tubes comme une horloge, c'est transformateur.L'amélioration matérielle s'est remboursée au cours des trois premiers mois d'exploitation ininterrompue." ️ Directeur des opérations, usine de gaz d'Abou Dhabi

Résumé coûts-avantages

La réduction du coût total d'exploitation sur 5 ans d'environ 86% a simplifié le cas d'affaires de la mise à niveau des matériaux.Le coût supplémentaire du matériau du tube a été récupéré en moins de 12 semaines de fonctionnement ininterrompu.

Questions fréquentes