Acer inoxidable per a CCUS: Selecció de materials per a la captura i el transport de CO2

Trie materials per a la captura, l’aprovectament i l’emmagatzematge de carboni (CCUS) es redueix a un sol fet: el CO2 per si mateix no és el problema, sinó l’aigua, els àcids i les impureses traça que hi van associats. Per a la captura basada en amines i per a serveis amb CO2 humit, l’acer inoxidable 316L és el material més utilitzat. Per a canonades de CO2 dens o supercrític que transporten impureses com ara aigua, H2S i oxigen, l’acer duplex 2205 suporta la càrrega; i, en els casos més extrems, l’acer superduplex 2507 aporta la resistència mecànica i la resistència als clorurs que exigeix la funció. Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. subministra canonades, tubs i accessoris que cobreixen tot aquest espectre, amb traçabilitat completa dels materials.

La química de la corrosió en sistemes de CO2
El CO2 sec i pur gairebé no toca l'acer inoxidable. Afegiu-hi aigua i la imatge canvia. El CO2 dissolt forma àcid carbònic, el pH baixa i es produeixen tant la corrosió general com la localitzada. En les plantes de captura, els solvents d'amines calents, com ara la MEA i la MDEA, absorbeixen el CO2 i es tornen corrosius per diverses vies simultàniament: càrrega de gas àcid, entrada d'oxigen i acumulació de sals tèrmicament estables i productes de degradació. Les zones més afectades són el reebullidor, l'intercanviador de calor ric-lliure, la part superior de la torre d'eliminació i els circuits del regenerador, on la temperatura i la concentració de gas àcid arriben als seus valors màxims.
El transport és una cosa ben diferent. Les canonades empren el CO2 en fase densa o supercrítica per moure’n més quantitat. Si es manté el corrent realment sec, l’acer al carboni pot ser econòmic per a la línia principal, però les impureses canvien completament aquest càlcul. L’aigua per sobre del límit de solubilitat pot separar-se com a fase aquosa lliure i, barrejada amb H2S, O2, NOx o SOx, forma àcids carbònic, sulfúric o nítric que corroeixen ràpidament l’acer. Per tant, es fan servir components d’acer inoxidable a les entrades, les vàlvules, les canonades d’instruments i qualsevol lloc on el comportament de fases o una pertorbació pugui fer aparèixer aigua lliure.
La manera com interactuen les impureses és tan important com la quantitat de cadascuna d’elles. L’oxigen i els NOx poden reaccionar amb espècies de sofre i generar sofre elemental i àcids forts que cap contaminant individual no produiria per si sol; per això, les especificacions limiten cada cop més l’embolcall combinat d’impureses, en comptes de controlar cada espècie per separat. Això explica per què un projecte raonable dissenya la metallúrgia en contacte amb el fluid per al pitjor cas creïble, i no per a l’alimentació mitjana.

Selecció de grau: 316L respecte a duplex
l'acer inoxidable 316L, amb molibdè per a resistència a la picadura, suporta l'CO₂ humit, els circuits d'amines i clorurs moderats. Es fabrica bé i té un llarg registre d'ús en el tractament de gasos. Els seus límits apareixen quan els nivells de clorurs, la temperatura o les tensions augmenten prou per amenaçar la picadura, l'atac per esquerdes o la fissuració per corrosió per tensió clorurada.
El duplex 2205 resol aquests límits. La seva estructura bifàsica austenita-ferrita té aproximadament el doble de resistència al límit elàstic que el 316L, de manera que les parets poden ser més fines i les canonades més lleugeres, i resisteix molt millor la picadura per clorurs i la fissuració per corrosió per tensió clorurada. Quan les impureses i els clorurs són severes, el superduplex 2507 augmenta encara més el nombre equivalent de resistència a la picadura per als serveis d'injecció i transport més exigents.

Consideracions per a canonades de CO2 dens i supercrític
Per sobre d’uns 31 °C i 74 bar, el CO2 esdevé supercrític, amb una densitat semblant a la del líquid i un flux semblant al del gas. És eficient de bombejar i no perdona les impureses. Els dissenyadors redueixen estrictament el contingut d’aigua, sovint per sota de 50 ppm, precisament per evitar que l’aigua lliure provoqui corrosió. Fins i tot així, els transitoris com l’arrencada, la despressurització i la purga poden provocar un refredament Joule-Thomson i una condensació local, de manera que el metall ha de suportar aquestes excursions, no només l’estat estacionari.
L’acer inoxidable justifica plenament la seva presència en aquests punts propensos a pertorbacions i en les canonades de petit diàmetre, on la prima de cost és petita però la rendibilitat en fiabilitat és elevada. També cal tenir en compte la tenacitat a l’impacte a baixes temperatures, perquè una purga ràpida pot refredar el metall molt per sota de la temperatura ambient; les austenítiques 304L i 316L conserven la seva tenacitat fins a temperatures criogèniques, mentre que les grades duplex requereixen una anàlisi més detallada dels seus límits a baixes temperatures.
L’erosió per flux és l’altre aspecte a vigilar. Els corrents que transporten sòlids des de les zones de captació situades aigües amunt, o que passen ràpidament per vàlvules i orificis, erosionen el metall, i la corrosió-erosió progressa ràpidament allà on la pel·lícula protectora es desprèn contínuament. La major duresa i resistència del duplex ajuden, i la geometria —cambis suaus i una longitud suficient de tub recte— redueix la turbulència local als accessoris més exposats.

Fabricació, soldadura i proves
Les qualitats duplex exigeixen una soldadura rigorosa per mantenir l’equilibri entre fases. Una entrada de calor excessiva o un refredament massa lent alteren la proporció austenita-ferrita i poden provocar la formació de fases intermetàl·liques, que redueixen la tenacitat i la resistència a la corrosió; per tant, es controla i verifica estrictament la calor aplicada, la temperatura entre passes i l’electrode utilitzat. En el cas de l’acer inoxidable 316L, el baix contingut de carboni limita la sensibilització durant la soldadura de seccions gruixudes, habituals en les plantes de captació.
La verificació és el que protegeix el sistema. El nostre laboratori intern realitza identificacions positives de materials per prevenir errors de grau, proves químiques i mecàniques, proves hidrostàtiques per confirmar la integritat a pressió i examens no destructius per avaluar la solidesa de les soldadures. La mesura de ferrita recolza el control de qualitat dels materials duplex.

Normes i documentació per a CCUS
El CCUS es troba a la intersecció entre els codis per a canonades, recipients a pressió i processos, de manera que la documentació ha de ser impecable. Wenqiang fabrica segons les normes ASTM A312 i A790 per a canonades austenítiques i duplex, A213 i A269 per a tubs, i A928 per a canonades duplex soldades, d’acord amb les referències ASME i un sistema ISO 9001. Cada enviament pot incloure certificats de proves de materials EN 10204 tipus 3.1 o 3.2 que vinculen cada longitud amb el seu número de fusió, composició química i resultats mecànics.
El CCUS s’està escalant ràpidament i la integritat de l’emmagatzematge a llarg termini està sota l’ull de la microscòpia, de manera que la traçabilitat no és només paperassa per al seu propi bé, sinó que permet als operadors demostrar la idoneïtat per a l’ús durant dècades d’operació cíclica. Utilitzeu acer inoxidable 316L en serveis humits i amb amines, acer duplex o superduplex en transports d’alta resistència, alta concentració de clorurs i impureses, i recolzeu-ho amb una certificació verificada; així, un sistema CCUS obté el marge contra la corrosió que necessita. Seleccioneu la qualitat d’acer segons la química real de cada corrent, en comptes de recórrer per defecte a un únic material, i ja haurà fet el treball real de selecció de materials per a CCUS.

Preguntes freqüents
P: Es pot utilitzar acer al carboni per a canonades de CO₂?
R: Sí, per a canonades principals de CO₂ en fase densa, genuïnament seques i d’alta puresa, pot ser econòmic, però s’especifica acer inoxidable on l’aigua i les impureses com ara H₂S o O₂ poden formar àcids corrosius, així com en vàlvules, canonades d’instruments i punts susceptibles de pertorbacions.
P: Per què triar duplex 2205 en comptes de 316L per al transport?
A: El duplex 2205 ofereix aproximadament el doble de resistència a la deformació per a tubs més primers i lleugers, a més d’una resistència superior a la picada per clorurs i a la fisuració per corrosió sota tensió, cosa que és rellevant quan el corrent transporta clorurs i impureses.

Parleu de l’acer inoxidable de grau CCUS amb Zhejiang Wenqiang: +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/