ケーススタディ:UAEガスプラントは,スーパーデュプレックス2507チュービングでHXチューブ障害を排除

顧客の背景

2023 年の初めに、UAE アブダビのハブシャン地域にある中流ガス処理施設から緊急の問い合わせを受けました。このプラントは、H₂S 濃度が体積比 3% ～ 8%、CO₂ レベルが 4% ～ 6% の範囲の生サワーガスを 1 日あたり約 12 億標準立方フィート (BSCFD) 処理します。この施設では、酸性ガス除去ユニット (AGRU) のリーン/リッチ アミン交換器およびオーバーヘッド コンデンサーとして機能する複数のシェルアンドチューブ熱交換器が稼働しています。

ガス処理に 18 年間携わった化学エンジニアである調達マネージャーは、3 台の同一の TEMA タイプ BEM シェルアンドチューブ交換器で繰り返されるチューブバンドルの故障に対処していました。各熱交換器には、外径 19.05 mm * 壁厚 1.65 mm、チューブ長さ 6,000 mm のチューブ 640 本が 2 パス構成で含まれていました。元のチューブ材料は ASTM A213 TP316L で、標準的なサワーサービスの想定に基づいて 2013 年の工場の FEED 段階で選択されました。

2022 年後半までに、メンテナンス ログには憂慮すべきことが示されていました。チューブは 14 ～ 18 か月のサイクルで交換されており、元の機械データシートに指定されている 8 年の設計寿命をはるかに下回っていました。特に悪い四半期である 2022 年第 3 四半期では、AGRU 熱交換器トレインのチューブ漏れが直接の原因で、プラントは 11 件の計画外停止を記録しました。シャットダウンのたびに、オペレーターはスループットの損失と緊急修理の人件費として推定 38 万ドルのコストがかかりました。

顧客の問題点

返送されたチューブサンプルの故障解析を実施したところ、損傷パターンは明らかであり、標準的な 316L が処理できる範囲をはるかに超えていました。

• 塩化物誘起応力腐食割れ (Cl-SCC):アミン溶液は名目上低塩化物であるにもかかわらず、デッドゾーンと堆積下領域では塩化物濃度が 800 ppm を超えるレベルまで蓄積していました。チューブは高温側で 135°C で動作しました。まさにオーステナイト系 316L の Cl-SCC の臨界温度範囲内です。
• スケール堆積物の下での孔食:微量の H2S キャリーオーバーからの硫化鉄スケールにより、316L の不動態層が破壊された局所的な隙間が生じました。 316L の PREN (孔食抵抗相当数) は 24 ～ 26 であり、この環境には不十分です。
• 管と管板の接合部の隙間腐食:圧延およびシール溶接された接合部は優先的な腐食を示し、隙間ゾーンでは腐食速度が 0.15 ～ 0.25 mm/年であるのに対し、管の自由表面では 0.02 mm/年でした。
• 溶接 HAZ における水素誘起割れ (HIC):微小硬度マッピングにより、シール溶接の熱影響ゾーンで 300 HV を超える局所的な硬度値が明らかになり、湿った H2S 環境では HIC の影響を受けやすくなっています。

「私たちは本質的に、実際の運用範囲に合わせて設計されていない材料を実行していました。塩化物レベルに関する当初の FEED の仮定は間違っていました。そして、私たちはその費用を 16 か月ごとに支払っていました。」 — プラントメンテナンスディレクター

お客様が当社を選んだ理由

顧客は、ヨーロッパの工場、インドのリローラー、そして当社の 3 つのサプライヤーにアプローチしていました。この決定は 4 つの要因によって決まりました。

1. デュアルグレードの提案:当社は、ホットエンド管束 (100°C 以上で動作) にはスーパー デュプレックス UNS S32750 (2507)、残留応力が最も高い管板に面するセクションおよび U ベンド領域には合金 625 (UNS N06625) という段階的なアプローチを提案した唯一のサプライヤーでした。欧州の工場は、すべてのポジションにわたって 254SMO を提案しました。これは Cl-SCC に対処するものでしたが、HIC リスクは未解決のままでした。
2. ミルテストレポート (MTR) の透明性:当社は、典型的な値だけでなく、実際の熱分析を伴う完全な EN 10204 タイプ 3.1 認証を提供しました。顧客の冶金学者は、2507 熱に対する当社の Cr、Mo、N の値が一貫して ASTM A790 仕様範囲の上位 3 分の 1 にあり、これが PREN に直接影響することを特に指摘しました。
3. 配達の信頼性:お客様は 1,920 個のチューブ (交換器 3 個 * 640 個のチューブ) を 14 週間以内に納品する必要がありました。当社は 11 週間を約束し、10 週間で納品されました。インドのサプライヤーは 18 週間と見積もりました。顧客の言葉を借りれば、「毎週の遅れは、古い真空管が持ちこたえるかどうかの、さらに 38 万ドルの賭けだった。」
4. NACE MR0175/ISO 15156 準拠ドキュメント:当社は、硬さ試験レポート (2507 の場合は最大 28 HRC、溶体化焼き鈍し合金 625 の場合は最大 35 HRC) および NACE TM0177 Method A に基づく硫化物応力亀裂試験証明書を含む、指定された H₂S 分圧および pH 範囲でのサワー サービスに関する詳細なコンプライアンス ステートメントを提供しました。

技術的ソリューション

材料の選択と根拠

製造と品質管理

• チューブ寸法:19.05 mm OD * 1.24 mm 肉厚 (1.65 mm から減少 - 2507 の高強度により、ASME セクション VIII Div.1 の計算に従って 150°C で 85 barg の設計圧力を維持しながら、24% の壁の減少が可能になりました)。
• 冷間ピルジリング + 光輝焼鈍:すべての 2507 チューブは、外径公差 ±0.05 mm を達成するためにコールドピルジャー処理され、900 ～ 600 °C の範囲で冷却速度が 50 °C/min を下回る場合に二相グレードで知られているリスクであるシグマ相の析出を避けるために、急速水冷を使用して 1,080 °C で光輝焼鈍されました。
• 渦電流検査 (ECT):チューブの 100% は、直径 0.8 mm の平底穴参照標準を使用して ASTM E426 に従って ECT を受けました。基準信号の 50% を超えるチューブは拒否されました。
• 静水圧試験:各チューブは、1.5* 設計圧力 (127.5 barg) で 30 秒間保持してテストされました。 1,920 チューブの製造バッチ全体で故障はゼロです。
• ASTM G48 方法 A (塩化第二鉄孔食試験):各加熱からのサンプルチューブは 50°C で 72 時間テストされました。 2507 個のサンプルの重量損失は平均 1.2 g/m² で、合格基準の 4.0 g/m² を大幅に下回りました。 20倍の実体顕微鏡検査でも孔食は観察されませんでした。
• フェライト含有量:ISO 8249 に準拠し、Feritscope を使用して 2507 チューブで 42 ～ 48% を測定。耐食性と機械的特性のバランスが取れた最適な範囲は 35 ～ 55% です。

プロジェクトの成果

3 つのリチューブ交換器は 2023 年 8 月に稼働しました。2026 年 2 月の最新検査 (28 か月の連続運転) の時点で、プラントは次のように報告しています。

• チューブ漏れゼロ3 つの交換機すべてにわたって。以前の 316L チューブでは、28 か月のマークまでにすでに 2 回の部分的な再チューブ作業が必要でした。
• 壁の厚さの測定:最新のターンアラウンド時の超音波試験 (UT) では、ホットエンド 2507 チューブでは平均壁損失が 0.03 mm、合金 625 の U ベンドでは平均壁損失が 0.01 mm であることが示されました。推定耐用年数は 12 年を超えています。
• 熱伝達性能の維持:壁が薄いにもかかわらず、2507 のより高い熱伝導率 (100°C で 15 W/m・K に対して 316L の 14.6 W/m・K) がそれを補い、設計 UA 値を元の仕様の 2% 以内に維持しました。
• メンテナンスコストの削減:この工場では、四半期ごとに行っていた緊急チューブ栓抜き手順を廃止し、人件費と消耗品だけで年間約 12 万ドルを節約しました。

「私たちはこれらの熱交換器に 2 年以上触れていませんでした。これまで時計仕掛けのようにチューブの修理をスケジュールしていた工場にとって、これは変革でした。材料のアップグレードは、最初の 3 か月の中断のない操業で元が取れました。」 — アブダビガス工場、オペレーションマネージャー

費用対効果のまとめ

5 年間の TCO が約 86% 削減されたため、マテリアル アップグレードのビジネス ケースが簡単になりました。チューブ材料の増分コストは、12 週間の連続稼働で回収できました。

よくある質問