Ruostumaton teräs CCUS-järjestelmiin: materiaalin valinta hiilidioksidin talteenottoon ja kuljetukseen

Hiilidioksidin talteenottoa, käyttöä ja varastointia (CCUS) varten tehtävät materiaalivalinnat perustuvat yhteen tosiasiaan: itse hiilidioksidi ei ole ongelma, vaan sen mukana kulkeva vesi, hapot ja jäljityksiä sisältävät epäpuhtaudet ovat. Aminipohjaisessa talteenottoprosessissa ja kosteassa hiilidioksidiympäristössä 316L-ruostumaton teräs on työhevonen. Tiukentuneissa olosuhteissa, kuten tiukentuneen tai ylikriittisen hiilidioksidin putkistojen tapauksessa, joissa kuljetetaan epäpuhtauksia kuten vettä, rikkihappoa (H2S) ja happea, duplex-teräs 2205 kestää kuormituksen, ja pahimmassa tapauksessa superduplex-teräs 2507 tarjoaa tarvittavan lujuuden ja kloridikestävyyden. Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. toimittaa putkia, putkiosia ja liitososia koko tälle alueelle täydellisellä materiaalijäljitettävyydellä.

Hiilidioksidijärjestelmien korroosio-kemia
Kuiva, puhdas CO2 ei juurikaan vaikuta ruostumatonta terästä. Lisää vettä, ja tilanne muuttuu. Liuenneen CO2:n muodostama hiilihappo laskee pH-arvoa, mikä johtaa sekä yleiseen että paikallisesti rajoittuneeseen korroosioon. Hiilidioksidin talteenottolaitoksissa kuumat amiiniliuokset, kuten MEA ja MDEA, imevät CO2:ta ja muuttuvat korroosiivisiksi useilla eri tavoilla samanaikaisesti: happokaasun kuormituksesta, happeen pääsystä ja lämpötilavakioisten suolojen sekä hajoamistuotteiden kertymisestä. Pahimmat korroosion kohteet ovat uudelleenkäyttökuumentimen, rikas–kylmä lämmönvaihtimen, erotuspiirin yläosan ja puhdistuspiirien alueet, joissa sekä lämpötila että happokaasun pitoisuus saavuttavat huippuarvonsa.
Kuljetus on aivan eri asia. Putkistot painavat hiilidioksidia tiukassa tai ylikriittisessä faasissa, jotta sitä voidaan siirtää enemmän. Jos virtaus pidetään todella kuivana, hiiliterästä voidaan käyttää taloudellisesti pääputkessa, mutta epäpuhtaudet muuttavat tämän laskelman. Vettä yli liukoisuusrajan saattaa muodostua vapaana vesifaasina, ja se sekoittuna H2S-, O2-, NOx- tai SOx-yhdisteisiin muodostaa hiilihappoa, rikkihappoa tai typpihappoa, jotka syövät terästä nopeasti. Siksi ruostumatonta terästä käytetään tuloissa, venttiileissä, mittausputkissa ja kaikkialla, missä faasikäyttäytyminen tai häiriö saattaa aiheuttaa vapaan veden muodostumisen.
Epäpuhtauksien vuorovaikutus on yhtä tärkeää kuin niiden määrä. Happi ja NOx-yhdisteet voivat reagoida rikkiyhdisteiden kanssa tuottaakseen alkuaineista rikkiä ja voimakkaita happoja, joita yksittäinen kontaminaantti ei erikseen tuottaisi. Siksi määrittelyt kiinnittävät yhä useammin huomiota yhdistettyyn epäpuhtausrajaan eikä valvovat yksittäisiä aineita erikseen. Siksi järkevä hanke suunnittelee kastuvan metallurgian uskottavimman pahimman tapauksen perusteella, ei keskimääräisen syöttövirran perusteella.

Luokan valinta: 316L verrattuna duplex-teräkseen
316L sisältää molybdeenia, joka parantaa sen vastustuskykyä pisteittäistä korroosiota vastaan; se kestää kosteaa CO2:ta, amiinipiirejä ja kohtalaisia kloridipitoisuuksia. Sitä on helppo valmistaa, ja sillä on pitkä käyttöhistoria kaasun puhdistuksessa. Sen rajoitukset tulevat esiin, kun kloridipitoisuudet, lämpötila tai jännitys nousevat niin korkeiksi, että syntyy vaaraa pisteittäiselle korroosiolle, rakokorroosiolle tai kloridijännityskorroosiolle.
Duplex-teräs 2205 ratkaisee nämä rajoitukset. Sen kaksifaasinen austeniitti-ferriti-rakenne tarjoaa noin kaksinkertaisen myötölujuuden verrattuna 316L:ään, jolloin putken seinämät voidaan tehdä ohuemmiksi ja putkistot kevyemmiksi; lisäksi se kestää kloridipisteittäistä korroosiota ja kloridijännityskorroosiota huomattavasti paremmin. Kun epäpuhtaukset ja kloridit ovat erityisen voimakkaita, superduplex-teräs 2507 nostaa vielä korkeammalle pistekorroosion vastustuskyvyn ekvivalenttilukua, mikä tekee siitä sopivan vaativimpaan injektointi- ja kuljetuspalveluun.

Tiukat vaatimukset tiukentuneen CO2-putkistojen suhteen
Noin 31 asteen celsiusasteikolla ja 74 barin paineella CO2 muuttuu superkriittiseksi, jolloin sen tiukkuus on nestemäinen ja virtaus kaasumainen. Sitä voidaan pumpata tehokkaasti, mutta se ei siedä epäpuhtauksia. Suunnittelijat rajoittavat vesisisältöä usein alle 50 ppm:n tarkoituksena estää veden eroutuminen ja sitä kautta korroosion syntymisen. Jopa näin ollen käynnistys, purkautuminen ja tyhjennys voivat aiheuttaa Joule–Thomsonin jäähdytystä ja paikallista kondensaatiota, joten metallin on kestettävä myös tilapäisiä ääriolosuhteita, ei pelkästään vakiotilaa.
Ruisuteräs on perusteltu valinta näissä häiriöalttiissa kohdissa ja pienihalkaisuisissa putkissa, joissa kustannusero on pieni, mutta luotettavuuden hyöty merkittävä. Myös alhaisen lämpötilan iskunkestävyys on tärkeää, koska nopea tyhjennys voi jäähdyttää metallia huomattavasti ympäristön lämpötilaa alhaisemmaksi; austeniittiset laadut 304L ja 316L säilyttävät iskunkestävyytensä jopa cryogeenisissa lämpötiloissa, kun taas duplex-laatujen alhaisempia lämpötilarajoja on tarkasteltava tarkemmin.
Virtauskäyttöinen kulumisilmiö on toinen tarkasteltava asia. Virtaukset, jotka kuljettavat kiinteitä aineita ylävirtaisesta keruualueesta tai joiden nopeus kasvaa venttiilien ja reikien kohdalla, kuluttavat metallia, ja eroosio-korroosio etenee nopeasti kaikkialla, missä suojakalvo poistuu jatkuvasti.

Valmistus, hitsaus ja testaus
Duplex-seoksia vaaditaan tarkkaa hitsausta vaiheiden tasapainon säilyttämiseksi. Liian suuri lämpöteho tai hitas jäähdytys muuttaa austeniitti-ferriti-suhdetta ja voi aiheuttaa välismetallisten faasien muodostumista, mikä heikentää sitkeyttä ja korroosionkestävyyttä; siksi lämpöteho, välikerroksen lämpötila ja täyteaine ovat kaikki tarkoin säädeltyjä ja tarkistettuja. 316L-seoksessa alhainen hiilipitoisuus rajoittaa sensitisaatiota, kun hitsataan yleisesti käytettyjä paksuja osia keruuasemissa.
Tarkistus on se, mikä suojaa järjestelmää. Omassa laboratoriossamme tehdään positiivinen materiaalitunnistus virheellisten laatuastelujen estämiseksi, kemiallisia ja mekaanisia kokeita, hydrostaattisia kokeita paineellisuuden varmistamiseksi sekä epätuhoavia tarkastuksia hitsausten laadun varmistamiseksi. Ferriittimittaukset tukevat duplex-materiaalien laatukontrollia.

CCUS-standardit ja dokumentaatio
CCUS sijaitsee siinä kohtaa, jossa putki-, paineasti- ja prosessikoodit kohtaavat, joten paperityöt täytyy olla täysin virheettömiä. Wenqiang valmistaa ASTM A312- ja A790 -standardien mukaista austeniittista ja duplex-putkea, A213- ja A269 -standardien mukaista putkia sekä A928 -standardin mukaista hitsattua duplex-putkea ASME-viitteiden ja ISO 9001 -järjestelmän alaisena. Jokainen toimitus voi sisältää EN 10204 3.1 tai 3.2 -mukaisia materiaalitutkintatodistuksia, jotka yhdistävät jokaisen putkenpituuden sen sulatusnumeroiden, kemiallisten koostumuksen ja mekaanisten ominaisuuksien kanssa.
CCUS kasvaa nopeasti, ja pitkäaikaisen varastoinnin eheys on tarkastelun kohteena, jotta seurantakyky ei ole vain omaan tarkoitukseensa tehtävää toimistotyötä, vaan se mahdollistaa käyttäjien osoittaa käyttökelpoisuutensa useiden vuosikymmenten ajan toistuvassa käytössä. Käytä 316L-terästä kosteissa ja amiinipitoisissa sovelluksissa sekä duplex- tai superduplex-terästä korkealujuus-, korkeakloridipitoisissa ja epäpuhtauksia sisältävissä kuljetuksissa, varmista se todennetulla sertifioidulla, ja CCUS-järjestelmällä on tarvittava korroosiosuoja. Valitse teräslaatu kunkin virtauksen todellisen kemiallisen koostumuksen mukaan eikä käytä yhtä materiaalia kaikkiin tapauksiin, ja olet tehnyt oikean työn CCUS-materiaalien valinnassa.

Usein kysytyt kysymykset
K: Voiko hiiliterästä käyttää CO2-putkistoissa?
V: Kyllä, todella kuiville ja korkeapuhdistusasteisille tiukentuneen CO2:n siirtolinjoille se voi olla taloudellinen vaihtoehto, mutta ruostumattomaa terästä vaaditaan silloin, kun vesi ja epäpuhtaukset, kuten H2S tai O2, voivat muodostaa syövyttäviä happoja, sekä venttiileihin, mittauslinjoihin ja häiriöalttiisiin kohtiin.
K: Miksi valita duplex 2205 316L:n sijaan kuljetuskäyttöön?
A: Duplex 2205 -teräs tarjoaa noin kaksinkertaisen myötölujuuden ohuemmalle ja kevyemmälle putkelle sekä paremman vastustuskyvyn kloridien aiheuttamalle pinnoituspisteikäisyydelle ja jännityskorroosiorakentumalle, mikä on tärkeää, kun virtaus sisältää klorideja ja epäpuhtauksia.

Keskustele CCUS-luokan ruostumattomasta teräksestä Zhejiang Wenqiangin kanssa: +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/