Неръждаема стомана за CCUS: Избор на материали за улавяне и транспортиране на CO2

Изборът на материали за улавяне, използване и съхранение на въглерод (CCUS) се свежда до един факт: самият CO2 не е проблемът, а водата, киселините и следовите примеси, които се движат заедно с него. За улавяне въз основа на амини и за влажна CO2-среда 316L неръждаема стомана е основният материал. За тръбопроводи за плътен или надкритичен CO2, пренасящи примеси като вода, H2S и кислород, дуплексната стомана 2205 издържа товара, а в най-тежките случаи супердуплексната стомана 2507 осигурява необходимата якост и устойчивост към хлориди. Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. доставя тръби, тръбни секции и фитинги от целия този диапазон с пълна проследимост на материала.

Корозионната химия на системите с CO2
Сухият, чист CO2 едва докосва неръждаемата стомана. При добавяне на вода обаче ситуацията се променя. Разтвореният CO2 образува въглеродна киселина, рН-стойността намалява и последва както обща, така и локализирана корозия. В заводите за улавяне на CO2 топли аминови разтворители като MEA и MDEA абсорбират CO2 и стават корозивни по няколко пъти едновременно: чрез натоварване с кисели газове, проникване на кислород и натрупване на топлоустойчиви соли и продукти от деградация. Най-критичните зони са ребойлерът, топлообменникът за богат/беден разтвор, горната част на дестилационната колона и контурите на регенератора, където температурата и концентрацията на кисели газове достигат максимум.
Транспортирането е съвсем различно нещо. Тръбопроводите пренасят CO2 в плътна или свръхкритична фаза, за да преместят повече от него. Ако потокът остане истински сух, възможно е да се използва икономична въглеродна стомана за магистралната линия, но примесите променят това съотношение. Вода над границата на разтворимост може да се отдели като свободна водна фаза и, смесена с H2S, O2, NOx или SOx, образува въглеродна, сярна или азотна киселина, които бързо разяждат стоманата. Затова в места като входовете, клапите, инструменталните тръби и навсякъде, където има риск от появата на свободна вода поради фазово поведение или аварийна ситуация, се използват компоненти от неръждаема стомана.
Важно е не само количеството на всяка примес, но и начина, по който примесите взаимодействат помежду си. Кислородът и NOx могат да реагират със сярни съединения и да образуват елементарна сяра и силни киселини, които никоя отделна примес сама по себе си не би произвела. Затова спецификациите все по-често ограничават общата допустима концентрация на всички примеси заедно, а не контролират всяка примес поотделно. Ето защо разумният проект проектира металургията на мокрите части за най-вероятния най-лош случай, а не за средния състав на входящия поток.

Избор на клас: 316L срещу дуплекс
316L, с молибден за устойчивост към точково корозионно разрушаване, издържа влажен CO2, аминови контури и умерени концентрации на хлориди. Лесно се обработва и има дълга история на експлоатация в газоочистителни инсталации. Ограниченията му стават очевидни при значително повишаване на концентрацията на хлориди, температурата или напрежението, което заплашва точково корозионно разрушаване, корозия в процепи или хлоридно-индуцирана корозия под напрежение.
Дуплекс 2205 преодолява тези ограничения. Неговата двуфазна аустенитно-феритна структура осигурява почти два пъти по-висока граница на текучест от 316L, поради което стените могат да бъдат по-тънки, а тръбопроводите – по-леки; освен това той предлага значително по-добра устойчивост към точково корозионно разрушаване и към хлоридно-индуцирана корозия под напрежение. При изключително високи концентрации на примеси и хлориди супердуплекс 2507 още повече повишава еквивалентното число за устойчивост към точково корозионно разрушаване, за да отговаря на най-изискваните условия при инжекционни и транспортни системи.

Съображения за плътни тръбопроводи за надкритичен CO2
Над приблизително 31 °C и 74 bar CO2 става надкритичен, като притежава плътност, подобна на течност, и течение, подобно на газ. Това прави неговото изпомпване ефективно, но е изключително нетолерантно към примеси. Проектирането строго ограничава съдържанието на вода, често под 50 ppm, точно за да се предотврати образуването на свободна вода, която води до корозия. Дори и при това обаче преходни явления като пускане в експлоатация, депресуризация и изпускане могат да причинят охлаждане по Джоул–Томсън и локална кондензация, поради което металът трябва да издържа и такива кратковременни отклонения, а не само стационарните условия.
Неръждаемата стомана заслужава своето място в тези места, склонни към нарушения, както и в тръбопроводи с малък диаметър, където допълнителната цена е незначителна, но повишението на надеждността е значително. Важна е и ударната вязкост при ниски температури, тъй като бързото изпускане може да охлади метала значително под околна температура; аустенитните марки 304L и 316L запазват своята вязкост дори при криогенни температури, докато дуплексните марки изискват по-внимателна оценка на техните граници за работа при по-ниски температури.
Износът, предизвикан от потока, е другият елемент, който изисква наблюдение. Потоците, които пренасят твърди частици от горното течение на улавянето, или които се движат бързо през клапи и отвори, ерозират метала, а ерозионната корозия протича бързо навсякъде, където защитният филм постоянно се отстранява. По-високата твърдост и здравина на дуплексните сплави помагат, а геометрията – плавните завои и достатъчната права дължина – намаляват локалната турбулентност в най-уязвимите фитинги.

Изработка, заваряване и изпитания
Дуплексните марки изискват дисциплинирано заваряване, за да се запази балансът между фазите. Твърде високата топлинна мощност или бавното охлаждане променят съотношението аустенит–ферит и могат да доведат до образуване на интерметални фази, които намаляват ударната възприемчивост и корозионната устойчивост; затова се контролират и проверяват топлинната мощност, температурата между проходите и използваната допълнителна присадна тел. При 316L ниското съдържание на въглерод ограничава сенсибилизирането при заваряването на по-дебелите секции, които са типични за улавящи инсталации.
Потвърждението е това, което защитава системата. В нашата вътрешна лаборатория се извършва идентификация на материала чрез положителен анализ, за да се предотвратят грешки при класифицирането, химически и механични изпитвания, хидростатично изпитване за потвърждаване на налягането и недеструктивно изследване за оценка на качеството на заварките. Измерването на ферит подкрепя контрола на качеството на дуплексните материали.

Стандарти и документация за CCUS
CCUS се намира там, където се пресичат кодовете за тръбопроводи, налягане и технологични съоръжения, затова документацията трябва да е безупречна. Wenqiang произвежда според ASTM A312 и A790 за аустенитни и дуплексни тръби, A213 и A269 за тръбни профили и A928 за заварени дуплексни тръби, в съответствие с препратки към ASME и система ISO 9001. Всяка доставка може да бъде придружена от сертификати за изпитване на материали EN 10204 тип 3.1 или 3.2, свързващи всяка тръба с нейния номер на топлината, химичния състав и резултатите от механичните изпитвания.
CCUS набира скорост бързо, а цялостността на дългосрочното съхранение е под микроскоп, така че проследимостта не е само документация заради самата нея, а позволява на операторите да демонстрират пригодност за експлоатация в продължение на десетилетия циклична работа. Използвайте 316L за влажни и аминови задачи, дуплексна или супердуплексна неръждаема стомана за транспортиране с висока якост, високо съдържание на хлориди и примеси, подкрепено с верифицирана сертификация – и CCUS системата ще има необходимия корозионен резерв. Подберете марката според действителния химичен състав на всеки поток, вместо да използвате една и съща материя по подразбиране, и вие сте извършили истинската работа по избора на материали за CCUS.

Често задавани въпроси
В: Може ли въглеродната стомана да се използва за CO2 тръбопроводи?
О: Да, за истински сухи, високочисти тръбопроводи за плътно CO2 тя може да е икономична, но неръждаемата стомана се изисква там, където вода и примеси като H2S или O2 могат да образуват корозивни киселини, както и при клапани, инструментални линии и точки, склонни към нарушения.
В: Защо да изберете дуплексна 2205 вместо 316L за транспортиране?
A: Дуплексната стомана 2205 предлага почти двойна граница на текучестта за по-тънни и по-леки тръби, както и превъзходна устойчивост срещу пикелене от хлориди и корозия под напрежение, което е важно, когато потокът съдържа хлориди и примеси.

Обсъдете неръждаема стомана за CCUS с Zhejiang Wenqiang: +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/