사례 연구: UAE 가스 공장은 슈퍼 듀플렉스 2507 파이빙으로 HX 파이프 고장을 제거합니다

고객 배경

2023년 초, UAE 아부다비 합샨 지역에 위치한 미드스트림 가스 처리 시설로부터 긴급 문의를 받았습니다. 이 공장은 H2S 농도가 3%~8%이고 CO2 수준이 4%~6%인 하루 약 12억 표준입방피트(BSCFD)의 원시 사워 가스를 처리합니다. 이 시설은 산성 가스 제거 장치(AGRU)에서 린/풍부 아민 교환기 및 오버헤드 응축기 역할을 하는 여러 개의 쉘 앤 튜브 열교환기를 운영합니다.

가스 처리 분야에서 18년간 경력을 쌓은 화학 엔지니어인 조달 관리자는 3개의 동일한 TEMA 유형 BEM 쉘 앤 튜브 교환기에서 반복되는 튜브 번들 오류를 처리하고 있었습니다. 각 교환기에는 2패스 구성에서 640개의 튜브(OD 19.05mm * 벽 두께 1.65mm, 튜브 길이 6,000mm)가 포함되어 있습니다. 원래 튜브 재료는 표준 사워 서비스 가정을 기반으로 2013년 공장의 공급 단계에서 선택된 ASTM A213 TP316L이었습니다.

2022년 말까지 유지 관리 로그에는 놀라운 사실이 나타났습니다. 튜브는 원래 기계 데이터시트에 지정된 8년 설계 수명보다 훨씬 낮은 14~18개월 주기로 교체되었습니다. 특히 좋지 않은 분기(2022년 3분기)에 공장은 AGRU 교환기 트레인의 튜브 누출로 인해 직접적으로 발생한 계획되지 않은 가동 중단을 11건 기록했습니다. 각각의 가동 중단으로 인해 운영자는 처리량 손실과 긴급 수리 인건비로 인해 약 380,000달러의 손실을 입었습니다.

고객 불만 사항

반환된 튜브 샘플에 대한 고장 분석을 수행했을 때 손상 패턴이 명확했으며 이는 표준 316L이 처리할 수 있는 수준을 훨씬 뛰어넘었습니다.

• 염화물로 인한 응력 부식 균열(Cl-SCC):아민 용액의 명목상 저염화물임에도 불구하고 염화물 농도는 데드존과 퇴적물 부족 지역에 800ppm을 초과하는 수준으로 축적되었습니다. 튜브는 오스테나이트계 316L의 Cl-SCC에 대한 임계 온도 범위인 뜨거운 쪽의 135°C에서 작동했습니다.
• 스케일 침전물 아래의 공식 부식:미량의 H2S 캐리오버로 인한 황화철 스케일은 316L의 패시브 층이 파손된 곳에 국부적인 틈새를 만들었습니다. 316L의 PREN(피팅 저항 등가 수치)은 24-26으로 이 환경에는 충분하지 않습니다.
• 튜브와 튜브시트 접합부의 틈새 부식:압연 및 밀봉 용접 조인트는 부식 속도가 틈새 영역에서 0.15-0.25mm/년으로 측정된 반면 자유 튜브 표면에서는 0.02mm/년으로 측정된 우선적인 공격을 나타냈습니다.
• 용접 HAZ의 수소 유발 균열(HIC):미세 경도 매핑은 씰 용접 열 영향부에서 300HV 이상의 국부적 경도 값을 나타내어 습한 H2S 환경에서 HIC에 취약합니다.

"우리는 본질적으로 실제 작동 범위에 맞게 설계되지 않은 재료를 사용하고 있었습니다. 염화물 수준에 대한 원래의 FEED 가정은 잘못되었으며 16개월마다 그에 대한 비용을 지불하고 있었습니다." — 공장 유지 관리 책임자

고객이 우리를 선택한 이유

고객은 유럽 공장, 인도 리롤러, 우리 등 세 공급업체에 접근했습니다. 결정은 다음 네 가지 요인에 따라 결정되었습니다.

1. 이중 학년 제안:우리는 핫엔드 튜브 번들(100°C 이상에서 작동)을 위한 슈퍼 듀플렉스 UNS S32750(2507)과 잔류 응력이 가장 높은 튜브 시트 대면 섹션 및 U-벤드 영역을 위한 합금 625(UNS N06625) 등 단계별 접근 방식을 제안한 유일한 공급업체였습니다. 유럽 ​​공장은 모든 위치에 걸쳐 254SMO를 제안했는데, 이는 Cl-SCC를 해결했지만 HIC 위험은 해결되지 않았습니다.
2. 밀 테스트 보고서(MTR) 투명성:우리는 일반적인 값뿐만 아니라 실제 열 분석을 통해 완전한 EN 10204 Type 3.1 인증을 제공했습니다. 고객의 야금학자는 2507 히트의 Cr, Mo 및 N 값이 지속적으로 ASTM A790 사양 범위의 상위 1/3에 속하며 이는 PREN에 직접적인 영향을 미친다는 점을 구체적으로 언급했습니다.
3. 배송 신뢰도:고객은 14주 이내에 배송되는 1,920개의 튜브(교환기 3개 * 튜브 640개)를 필요로 했습니다. 우리는 11주를 약속했고 10주 만에 배송했습니다. 인도 공급업체는 18주를 제시했습니다. 고객의 말에 따르면: "매주 지연되는 것은 오래된 튜브가 견딜 수 있는지에 대한 또 다른 $380,000의 도박이었습니다."
4. NACE MR0175/ISO 15156 규정 준수 문서:우리는 경도 테스트 보고서(2507의 경우 최대 28 HRC, 합금 625 용체화 어닐링의 경우 최대 35 HRC) 및 NACE TM0177 방법 A에 따른 황화물 응력 균열 테스트 인증서를 포함하여 지정된 H2S 부분 압력 및 pH 범위에서 사워 서비스에 대한 자세한 준수 사항을 제공했습니다.

기술 솔루션

재료 선택 및 이론적 근거

제조 및 품질 관리

• 튜브 치수:19.05mm OD * 1.24mm 벽(1.65mm에서 감소 - ASME 섹션 VIII Div.1 계산에 따라 150°C에서 85barg의 설계 압력을 유지하면서 2507의 더 높은 강도로 24%의 벽 감소가 가능함).
• 냉간 필거링 + 광휘 어닐링:모든 2507 튜브는 ±0.05mm OD 공차를 달성하기 위해 냉간 필거링되었으며 시그마 상 침전을 방지하기 위해 빠른 물 담금질로 1,080°C에서 광휘 어닐링 처리되었습니다. 이는 냉각 속도가 900~600°C 범위에서 분당 50°C 미만으로 떨어질 경우 이중 등급의 알려진 위험입니다.
• 와전류 테스트(ECT):튜브의 100%가 ASTM E426에 따라 0.8mm 직경의 평평한 바닥 구멍 참조 표준을 사용하여 ECT를 거쳤습니다. 기준 신호의 50%를 초과하는 모든 튜브는 거부되었습니다.
• 수압 테스트:각 튜브는 1.5* 설계 압력(127.5barg)에서 30초 동안 테스트되었습니다. 전체 1,920개 튜브 생산 배치에서 오류가 발생하지 않았습니다.
• ASTM G48 방법 A(염화제이철 피팅 테스트):각 히트의 샘플 튜브를 50°C에서 72시간 동안 테스트했습니다. 2507개 샘플의 중량 손실은 평균 1.2g/m²로 허용 기준인 4.0g/m²보다 훨씬 낮았습니다. 20* 실체현미경 검사에서는 구멍이 관찰되지 않았습니다.
• 페라이트 함량:ISO 8249에 따라 Feritscope를 사용하여 2507 튜브에서 42-48%로 측정되었으며, 내식성과 기계적 특성의 균형을 맞추기 위한 최적의 35-55% 범위 내입니다.

프로젝트 결과

3개의 튜브를 다시 장착한 교환기는 2023년 8월에 시운전되었습니다. 2026년 2월의 가장 최근 검사(28개월 연속 운영)를 기준으로 공장에서는 다음과 같이 보고합니다.

• 튜브 누출 제로세 교환기 모두에서. 이전 316L 튜브는 이미 28개월이 되기 전에 두 번의 부분적인 튜브 교체 작업이 필요했습니다.
• 벽 두께 측정:가장 최근의 턴어라운드에서 초음파 테스트(UT)는 핫 엔드 2507 튜브에서 0.03mm, 합금 625 U-벤드에서 0.01mm의 평균 벽 손실을 보여주었습니다. 추정된 서비스 수명은 이제 12년을 초과합니다.
• 열 전달 성능 유지:얇은 벽에도 불구하고 2507의 더 높은 열 전도성(100°C에서 15W/m·K 대 316L의 14.6W/m·K)이 보상되어 설계 UA 값을 원래 사양의 2% 이내로 유지합니다.
• 유지관리 비용 절감:공장에서는 분기별 비상 튜브 플러그 연결 절차를 없애 인건비와 소모품 비용만 연간 약 120,000달러를 절약했습니다.

"우리는 지난 2년 동안 그 교환기를 건드리지 않았습니다. 시계처럼 튜브 수리 일정을 잡아야 했던 공장의 경우 이는 획기적인 일입니다. 중단 없이 운영된 첫 3개월 만에 자재 업그레이드가 그 자체로 가치가 있었습니다." — 아부다비 가스 플랜트 운영 관리자

비용-이익 요약

5년간 TCO가 약 86% 감소함으로써 자재 업그레이드에 대한 비즈니스 사례가 간단해졌습니다. 중단 없이 작동하면서 12주 이내에 증가하는 튜브 재료 비용이 회수되었습니다.

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