مطالعه موردی: کارخانه گاز امارات متحده عربی با لوله های فوق دوگانه 2507 شکست لوله های HX را از بین می برد

پیشینه مشتری

در اوایل سال 2023، یک درخواست فوری از یک مرکز پردازش گاز میانی واقع در منطقه حبشان ابوظبی، امارات دریافت کردیم. این کارخانه تقریباً 1.2 میلیارد فوت مکعب استاندارد در روز (BSCFD) گاز ترش خام با غلظت H2S از 3٪ تا 8٪ حجمی، در کنار سطوح CO2 4٪ تا 6٪ پردازش می کند. این مرکز چندین مبدل حرارتی پوسته و لوله را به کار می‌گیرد که به‌عنوان مبادله‌کننده‌های آمینی بدون چربی/غنی و کندانسورهای سربار در واحد حذف گاز اسیدی (AGRU) عمل می‌کنند.

مدیر تدارکات - یک مهندس شیمی با 18 سال در پردازش گاز - با خرابی های مکرر باندل لوله در سه مبدل پوسته و لوله BEM یکسان از نوع TEMA سر و کار داشت. هر مبدل حاوی 640 لوله، 19.05 میلی‌متر OD * ضخامت دیواره 1.65 میلی‌متر، طول لوله 6000 میلی‌متر، در پیکربندی دو پاسی بود. مواد اولیه لوله ASTM A213 TP316L بود که در مرحله تغذیه کارخانه در سال 2013 بر اساس مفروضات استاندارد خدمات ترش انتخاب شد.

در اواخر سال 2022، گزارش‌های تعمیر و نگهداری چیزی هشداردهنده را نشان دادند: لوله‌ها در یک چرخه 14 تا 18 ماهه تعویض می‌شدند، بسیار کمتر از عمر طراحی 8 ساله مشخص شده در برگه اطلاعات مکانیکی اصلی. در یک سه ماهه بسیار بد - سه ماهه سوم 2022 - این کارخانه 11 خاموشی برنامه ریزی نشده را ثبت کرد که مستقیماً به نشت لوله در قطار مبدل AGRU نسبت داده شد. هر خاموشی حدود 380000 دلار هزینه از دست رفته و کار تعمیر اضطراری برای اپراتور هزینه داشت.

نقاط درد مشتری

هنگامی که ما تجزیه و تحلیل شکست را بر روی نمونه‌های لوله برگشتی انجام دادیم، الگوی آسیب مشخص بود - و بسیار فراتر از آن چیزی بود که 316L استاندارد می‌توانست تحمل کند:

• ترک خوردگی تنشی ناشی از کلرید (Cl-SCC):علیرغم اینکه محلول آمین اسماً کلرید پایینی دارد، غلظت کلرید در مناطق مرده و مناطق زیر رسوب به سطوح بیش از 800 ppm افزایش یافته است. لوله ها در دمای 135 درجه سانتیگراد در سمت گرم کار می کردند - درست در پنجره دمای بحرانی برای Cl-SCC در آستنیتی 316L.
• خوردگی حفره ای زیر رسوبات رسوبی:مقیاس سولفید آهن از ردیابی حامل H2S شکاف های موضعی ایجاد کرد که در آن لایه غیرفعال 316L شکسته شد. PREN (شماره معادل مقاومت حفره‌ای) برای 316L در 24-26 قرار دارد - برای این محیط کافی نیست.
• خوردگی شکاف در اتصالات لوله به ورق لوله:اتصالات نورد شده و جوش داده شده با مهر و موم حمله ترجیحی را نشان دادند، با نرخ خوردگی 0.15-0.25 میلی متر در سال در ناحیه شکاف در مقابل 0.02 میلی متر در سال در سطح لوله آزاد اندازه گیری شد.
• ترک خوردگی ناشی از هیدروژن (HIC) در جوش HAZ:نگاشت میکروسختی مقادیر سختی موضعی بالاتر از 300 HV را در ناحیه متاثر از حرارت جوش مهر و موم نشان داد، و آن را در محیط H2S مرطوب نسبت به HIC حساس می‌کند.

ما اساساً ماده‌ای را اجرا می‌کردیم که برای پاکت عملیاتی واقعی طراحی نشده بود. مفروضات اولیه FEED در مورد سطوح کلرید اشتباه بود - و ما هر 16 ماه برای آن پول پرداخت می‌کردیم. - مدیر نگهداری کارخانه

چرا مشتری ما را انتخاب کرد

مشتری به سه تامین کننده مراجعه کرده بود: یک آسیاب اروپایی، یک غلتک جدید هندی و ما. این تصمیم به چهار عامل بستگی داشت:

1. پیشنهاد دو درجه:ما تنها تامین‌کننده‌ای بودیم که رویکرد درجه‌بندی‌شده را پیشنهاد کردیم - Super Duplex UNS S32750 (2507) برای دسته‌های لوله داغ (با دمای 100 درجه سانتی‌گراد کار می‌کنند) و آلیاژ 625 (UNS N06625) برای بخش‌های رو به ورق لوله و مناطق خمشی U که در آن تنش‌های پسماند بالاترین بود. کارخانه اروپایی 254SMO را در همه موقعیت‌ها پیشنهاد کرد، که می‌توانست به Cl-SCC می‌پردازد اما خطر HIC را حل‌نشده باقی می‌گذارد.
2. شفافیت گزارش تست آسیاب (MTR):ما گواهینامه کامل EN 10204 Type 3.1 را با تجزیه و تحلیل حرارت واقعی ارائه کردیم - نه فقط مقادیر معمولی. متالورژیست مشتری به طور خاص خاطرنشان کرد که مقادیر کروم، مو و N ما برای گرمای 2507 به طور مداوم در یک سوم بالای محدوده مشخصات ASTM A790 قرار دارد که مستقیماً بر PREN تأثیر می گذارد.
3. اطمینان تحویل:مشتری به 1920 لوله (3 مبدل * 640 لوله) نیاز داشت که ظرف 14 هفته تحویل داده شود. ما به 11 هفته متعهد شدیم و در 10 هفته تحویل دادیم. تامین کننده هندی 18 هفته را نقل کرد. به گفته مشتری: "هر هفته تاخیر یک قمار دیگر 380 هزار دلاری بود که آیا لوله های قدیمی ماندگار هستند."
4. اسناد مطابق NACE MR0175/ISO 15156:ما بیانیه‌های انطباق دقیقی را برای سرویس ترش در محدوده فشار جزئی و pH H2S ارائه کردیم، از جمله گزارش‌های تست سختی (حداکثر 28 HRC برای 2507، حداکثر 35 HRC برای آلیاژ 625 با محلول آنیل شده) و گواهی‌های تست ترک استرس سولفید به ازای روش A NACE TM0177.

راه حل فنی

انتخاب مواد و منطق

تولید و کنترل کیفیت

• ابعاد لوله:دیوار 19.05 میلی متر OD * 1.24 میلی متر (کاهش از 1.65 میلی متر - استحکام بالاتر 2507 باعث کاهش 24٪ دیواره می شود در حالی که فشار طراحی 85 بارگ در 150 درجه سانتیگراد در هر محاسبات ASME Section VIII Div.1 حفظ می شود).
• زیارت سرد + بازپخت روشن:همه 2507 لوله برای دستیابی به تحمل OD 0.05 ± میلی‌متر سرد شده و در دمای 1080 درجه سانتی‌گراد با خاموش شدن سریع آب بازپخت شدند تا از بارش فاز سیگما جلوگیری شود.
• تست جریان گردابی (ECT):100% لوله‌ها تحت ECT بر اساس ASTM E426 با استاندارد مرجع سوراخ ته تخت به قطر 0.8 میلی‌متر قرار گرفتند. هر لوله ای که بیش از 50٪ سیگنال مرجع باشد رد شد.
• تست هیدرواستاتیک:هر لوله در فشار طراحی 1.5 * (127.5 بارگ) با نگه داشتن 30 ثانیه آزمایش شد. صفر خرابی در کل دسته تولید 1920 لوله.
• روش A ASTM G48 (آزمایش حفره‌بندی کلرید آهن):لوله های نمونه از هر گرما در دمای 50 درجه سانتی گراد به مدت 72 ساعت آزمایش شدند. کاهش وزن در 2507 نمونه به طور متوسط ​​1.2 گرم در متر مربع - بسیار کمتر از معیار پذیرش 4.0 گرم در متر مربع بود. هیچ حفره ای در معاینه استریومیکروسکوپ 20* مشاهده نشد.
• محتوای فریت:در 42-48٪ در لوله های 2507 با استفاده از Feritscope بر اساس ISO 8249، در محدوده بهینه 35-55٪ برای مقاومت در برابر خوردگی متعادل و خواص مکانیکی اندازه گیری شده است.

نتایج پروژه

سه مبدل لوله ای در آگوست 2023 راه اندازی شدند. در آخرین بازرسی در فوریه 2026 (28 ماه کار مداوم)، کارخانه گزارش می دهد:

• نشتی لوله صفردر هر سه مبدل لوله‌های قبلی 316L قبلاً به دو دوره لوله‌کشی جزئی با علامت 28 ماهه نیاز داشتند.
• اندازه گیری ضخامت دیوار:تست اولتراسونیک (UT) در جدیدترین چرخش نشان داد که افت دیواره به طور متوسط ​​0.03 میلی متر در لوله های داغ 2507 و 0.01 میلی متر در آلیاژ 625 U-bends است. عمر خدمات برون یابی اکنون بیش از 12 سال است.
• عملکرد انتقال حرارت حفظ شده است:علیرغم دیواره نازکتر، هدایت حرارتی بالاتر 2507 (15 W/m·K در 100 درجه سانتیگراد در مقابل 316L 14.6 W/m·K) جبران شد و مقدار UA طراحی را در 2% از مشخصات اولیه حفظ کرد.
• کاهش هزینه نگهداری:این کارخانه روش بستن لوله های اضطراری سه ماهه خود را حذف کرد و به تنهایی حدود 120000 دلار در سال صرفه جویی در نیروی کار و مواد مصرفی داشت.

ما بیش از دو سال است که به این مبدل‌ها دست نزده‌ایم. برای کارخانه‌ای که برای تعمیرات لوله‌ها مانند کار ساعتی برنامه‌ریزی می‌کرد، این تحول ایجاد می‌کند. ارتقاء مواد در سه ماه اول کار بدون وقفه هزینه خود را پرداخت کرد.» - مدیر عملیات، کارخانه گاز ابوظبی

خلاصه هزینه و فایده

کاهش 5 ساله TCO به میزان تقریباً 86 درصد، شرایط تجاری را برای ارتقاء مواد ساده کرد. هزینه مواد لوله افزایشی در کمتر از 12 هفته عملیات بدون وقفه بازیابی شد.

سوالات متداول