Nghiên cứu trường hợp: Nhà máy khí đốt UAE loại bỏ sự cố ống HX với ống Super Duplex 2507

Bối cảnh khách hàng

Đầu năm 2023, chúng tôi nhận được yêu cầu khẩn cấp từ một cơ sở xử lý khí trung nguồn nằm ở khu vực Habshan của Abu Dhabi, UAE. Nhà máy xử lý khoảng 1,2 tỷ feet khối tiêu chuẩn mỗi ngày (BSCFD) khí chua thô với nồng độ H₂S dao động từ 3% đến 8% theo thể tích, cùng với mức CO₂ từ 4% đến 6%. Cơ sở này vận hành nhiều bộ trao đổi nhiệt dạng vỏ và ống đóng vai trò là bộ trao đổi amin nghèo/giàu và bộ ngưng tụ phía trên trong bộ phận loại bỏ khí axit (AGRU).

Người quản lý mua sắm - một kỹ sư hóa học với 18 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực xử lý khí - đã phải xử lý các sự cố bó ống định kỳ trên ba bộ trao đổi vỏ và ống BEM loại TEMA giống hệt nhau. Mỗi bộ trao đổi chứa 640 ống, độ dày thành 19,05 mm OD * 1,65 mm, chiều dài ống 6.000 mm, trong cấu hình hai lượt. Vật liệu ống ban đầu là ASTM A213 TP316L, được chọn trong giai đoạn FEED của nhà máy vào năm 2013 dựa trên các giả định về dịch vụ chua tiêu chuẩn.

Đến cuối năm 2022, nhật ký bảo trì cho thấy một điều đáng báo động: các ống được thay thế theo chu kỳ 14 đến 18 tháng, thấp hơn nhiều so với tuổi thọ thiết kế 8 năm được chỉ định trong bảng dữ liệu cơ học ban đầu. Trong một quý đặc biệt tồi tệ — quý 3 năm 2022 — nhà máy đã ghi nhận 11 lần ngừng hoạt động ngoài kế hoạch, trực tiếp do rò rỉ ống trong bộ trao đổi AGRU. Mỗi lần ngừng hoạt động, nhà điều hành ước tính thiệt hại khoảng 380.000 USD do mất thông lượng và nhân công sửa chữa khẩn cấp.

Điểm đau của khách hàng

Khi chúng tôi tiến hành phân tích lỗi trên các mẫu ống được trả lại, kiểu hư hỏng rất rõ ràng — và nó vượt xa những gì tiêu chuẩn 316L có thể xử lý:

• Vết nứt do ăn mòn ứng suất do clorua gây ra (Cl-SCC):Mặc dù dung dịch amin trên danh nghĩa có hàm lượng clorua thấp nhưng nồng độ clorua đã tích tụ ở vùng chết và khu vực lắng đọng đến mức vượt quá 800 ppm. Các ống hoạt động ở nhiệt độ 135°C ở mặt nóng - ngay trong cửa sổ nhiệt độ tới hạn đối với Cl-SCC trong austenit 316L.
• Ăn mòn rỗ dưới cặn cặn:Cặn sắt sunfua từ vết H₂S mang theo đã tạo ra các kẽ hở cục bộ nơi lớp thụ động 316L bị phá vỡ. PREN (Số tương đương lực cản rỗ) cho 316L nằm ở mức 24-26 - không đủ cho môi trường này.
• Ăn mòn kẽ hở tại các mối nối ống với tấm ống:Các mối nối được cán và hàn kín cho thấy khả năng tấn công ưu tiên, với tốc độ ăn mòn đo được là 0,15-0,25 mm/năm ở vùng kẽ hở so với 0,02 mm/năm trên bề mặt ống tự do.
• Vết nứt do hydro gây ra (HIC) trong mối hàn HAZ:Bản đồ độ cứng vi mô cho thấy các giá trị độ cứng cục bộ trên 300 HV trong vùng chịu ảnh hưởng nhiệt của mối hàn bịt kín, khiến nó dễ bị HIC trong môi trường H₂S ẩm ướt.

"Về cơ bản, chúng tôi đang vận hành một loại vật liệu không được thiết kế cho phạm vi hoạt động thực tế. Các giả định ban đầu của FEED về mức clorua là sai - và chúng tôi phải trả tiền cho nó sau mỗi 16 tháng." — Giám đốc bảo trì nhà máy

Tại sao khách hàng chọn chúng tôi

Khách hàng đã tiếp cận ba nhà cung cấp: một nhà máy Châu Âu, một nhà máy lăn lại Ấn Độ và chúng tôi. Quyết định này dựa trên bốn yếu tố:

1. Đề xuất cấp kép:Chúng tôi là nhà cung cấp duy nhất đề xuất phương pháp phân loại — Super Duplex UNS S32750 (2507) cho bó ống đầu nóng (hoạt động trên 100°C) và Hợp kim 625 (UNS N06625) cho các phần mặt tiếp xúc với mâm ống và vùng uốn chữ U nơi ứng suất dư là cao nhất. Nhà máy ở Châu Âu đã đề xuất 254SMO trên tất cả các vị trí, có thể giải quyết được Cl-SCC nhưng vẫn chưa giải quyết được rủi ro HIC.
2. Tính minh bạch của báo cáo thử nghiệm nhà máy (MTR):Chúng tôi đã cung cấp chứng nhận EN 10204 Loại 3.1 đầy đủ với phân tích nhiệt thực tế — không chỉ là các giá trị điển hình. Nhà luyện kim của khách hàng đặc biệt lưu ý rằng các giá trị Cr, Mo và N của chúng tôi cho lò nung 2507 luôn nằm ở phần trên của phạm vi thông số kỹ thuật ASTM A790, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến PREN.
3. Độ tin cậy giao hàng:Khách hàng cần 1.920 ống (3 bộ trao đổi * 640 ống) được giao trong vòng 14 tuần. Chúng tôi cam kết 11 tuần và giao hàng trong 10 tuần. Nhà cung cấp Ấn Độ báo giá là 18 tuần. Theo cách nói của khách hàng: "Mỗi tuần chậm trễ là một canh bạc trị giá 380 nghìn đô la khác xem liệu những chiếc ống cũ có trụ được hay không."
4. Tài liệu tuân thủ NACE MR0175/ISO 15156:Chúng tôi đã cung cấp các tuyên bố tuân thủ chi tiết đối với dịch vụ chua ở phạm vi pH và áp suất riêng phần H₂S được chỉ định, bao gồm các báo cáo kiểm tra độ cứng (tối đa 28 HRC cho 2507, tối đa 35 HRC cho Hợp kim 625 được ủ trong dung dịch) và chứng chỉ kiểm tra vết nứt do ứng suất sunfua theo NACE TM0177 Phương pháp A.

Giải pháp kỹ thuật

Lựa chọn vật liệu & cơ sở lý luận

Sản xuất & Kiểm soát Chất lượng

• Kích thước ống:Tường 19,05 mm OD * 1,24 mm (giảm từ 1,65 mm — cường độ cao hơn 2507 cho phép giảm 24% tường trong khi vẫn duy trì áp suất thiết kế 85 xà ở 150°C theo tính toán ASME Phần VIII Div.1).
• Ủ lạnh + ủ sáng:Tất cả 2507 ống đều được đông lạnh để đạt được dung sai đường kính ngoài ±0,05 mm và được ủ sáng ở nhiệt độ 1.080°C với khả năng làm nguội nhanh bằng nước để tránh kết tủa pha sigma — một rủi ro đã biết với các cấp độ song công nếu tốc độ làm mát giảm xuống dưới 50°C/phút trong phạm vi 900-600°C.
• Kiểm tra dòng điện xoáy (ECT):100% ống trải qua ECT theo tiêu chuẩn ASTM E426 với tiêu chuẩn tham chiếu lỗ đáy phẳng đường kính 0,8 mm. Bất kỳ ống nào vượt quá 50% tín hiệu tham chiếu đều bị loại bỏ.
• Kiểm tra thủy tĩnh:Mỗi ống được thử nghiệm ở áp suất thiết kế 1,5* (127,5 barg) với thời gian giữ 30 giây. Không có lỗi nào trong toàn bộ lô sản xuất 1.920 ống.
• ASTM G48 Phương pháp A (thử rỗ clorua sắt):Các ống mẫu từ mỗi lần gia nhiệt được thử nghiệm ở 50°C trong 72 giờ. Mức giảm trọng lượng trên 2507 mẫu trung bình là 1,2 g/m2 — thấp hơn nhiều so với tiêu chí chấp nhận là 4,0 g/m2. Không quan sát thấy vết rỗ khi kiểm tra bằng kính hiển vi soi nổi 20*.
• Hàm lượng ferit:Đo ở mức 42-48% trên 2507 ống sử dụng Feritscope theo ISO 8249, trong phạm vi tối ưu 35-55% để cân bằng khả năng chống ăn mòn và các đặc tính cơ học.

Kết quả dự án

Ba bộ trao đổi nhiệt đã được lắp lại ống đã được đưa vào vận hành vào tháng 8 năm 2023. Tính đến đợt kiểm tra gần đây nhất vào tháng 2 năm 2026 (28 tháng hoạt động liên tục), nhà máy báo cáo:

• Không rò rỉ ốngtrên cả ba bộ trao đổi. Các ống 316L trước đó đã yêu cầu hai chiến dịch lắp lại ống một phần trước mốc 28 tháng.
• Đo độ dày của tường:Thử nghiệm siêu âm (UT) ở lần quay vòng gần đây nhất cho thấy độ mất thành trung bình là 0,03 mm ở ống 2507 đầu nóng và 0,01 mm ở chỗ uốn cong chữ U bằng Hợp kim 625. Tuổi thọ sử dụng ngoại suy hiện đã vượt quá 12 năm.
• Hiệu suất truyền nhiệt được duy trì:Mặc dù thành mỏng hơn nhưng độ dẫn nhiệt cao hơn của 2507 (15 W/m·K ở 100°C so với 14,6 W/m·K của 316L) đã bù lại, duy trì giá trị UA thiết kế trong khoảng 2% so với thông số kỹ thuật ban đầu.
• Giảm chi phí bảo trì:Nhà máy đã loại bỏ quy trình cắm ống khẩn cấp hàng quý, tiết kiệm khoảng 120.000 USD/năm chỉ riêng chi phí lao động và vật tư tiêu hao.

"Chúng tôi đã không động đến những bộ trao đổi nhiệt đó trong hơn hai năm. Đối với một nhà máy thường lên lịch sửa chữa ống như bộ máy đồng hồ, đó là một sự thay đổi. Việc nâng cấp vật liệu sẽ tự chi trả trong ba tháng đầu tiên hoạt động không bị gián đoạn." — Giám đốc Điều hành, Nhà máy Khí đốt Abu Dhabi

Tóm tắt chi phí-lợi ích

Việc giảm TCO trong 5 năm khoảng 86% khiến cho việc nâng cấp vật liệu trở nên đơn giản hơn. Chi phí vật liệu ống tăng thêm đã được thu hồi sau chưa đầy 12 tuần hoạt động không bị gián đoạn.

Câu hỏi thường gặp