Nerūdijantis plienas CCUS sistemoms: medžiagų parinkimas CO2 sugavimui ir pervežimui

Karbono dioksido sugavimo, naudojimo ir saugojimo (CCUS) sistemų medžiagų parinkimas priklauso nuo vieno faktorius: pats CO2 nėra problema, o vanduo, rūgštys ir palydovinės priedų priemaišos – taip. Amino pagrindu veikiančioms CO2 sugavimo sistemoms ir drėgnoms CO2 sąlygoms naudojamas 316L nerūdijantis plienas. Tankiems ar superkritiniams CO2 tiekimo vamzdynams, pervežantiems priemaišas, tokius kaip vanduo, H2S ir deguonis, tinka dvifazis 2205 plienas, o labiausiai agresyviomis sąlygomis – superdvifazis 2507 plienas, kuris užtikrina reikiamą stiprumą ir chloridų atsparumą. „Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd.“ tiekia vamzdžius, vamzdelius ir jungiamuosius elementus viso šio diapazono su visiška medžiagų kilmės sekamumu.

CO2 sistemų korozijos chemija
Džiovinta, švaraus CO2 beveik nepaliečia nerūdijančiojo plieno. Pridėjus vandens vaizdas keičiasi. Ištirpusis CO2 sudaro anglies rūgštį, pH sumažėja ir prasideda tiek bendroji, tiek lokalioji korozija. CO2 sugerties gamyklose karšti aminų tirpikliai, pvz., MEA ir MDEA, sugeria CO2 ir tampa koroziniais keliomis kryptimis vienu metu: rūgštinio dujų krovimo, deguonies patekimo ir šilumai atsparių druskų bei skilimo produktų kaupimosi dėka. Blogiausios vietos yra rekuperatorius, turtingosios–skurdesniosios srautų šilumos mainų įrenginys, distiliavimo kolonos viršus ir regeneracinės grandinės, kur temperatūra ir rūgštinio dujų koncentracija pasiekia maksimumą.
Transportavimas – tai visiškai kitas reiškinys. Vamzdynai perduoda CO2 tankioje arba superkritinėje būsenoje, kad perduotų kuo daugiau. Jei srautas iš tikrųjų sausas, pagrindinėse linijose ekonomiškai naudinga gali būti anglies plieno naudojimas, tačiau priemaišos pakeičia šią lygtį. Vandens kiekis, viršijantis tirpumo ribą, gali išsiskirti kaip laisvas vandens fazė, o mišinys su H2S, O2, NOx ar SOx sudaro anglies rūgštį, sieros rūgštį ar azoto rūgštį, kurios labai greitai suardo plieną. Todėl įleidimo angose, vožtuvuose, matavimo linijose ir visur, kur dėl fazės elgsenos ar netikėto sutrikimo gali pasirodyti laisvas vanduo, naudojami nerūdijantys metalo komponentai.
Svarbu ne tik kiekvienos priemaišos kiekis, bet ir tai, kaip priemaišos sąveikauja tarpusavyje. Deguonis ir NOx gali reaguoti su sieros junginiais, kad susidarytų elementarioji siera ir stiprios rūgštys, kurių nei viena priemaiša atskirai negalėtų sukurti. Todėl techniniai reikalavimai vis dažniau nustato bendrą priemaišų kiekio ribą vietoj to, kad kiekvieną priemaišą kontroliuotų atskirai. Būtent todėl protingas projektas parenka drėgnoms sritims tinkamą metalurginę medžiagą remdamasis tikėtina blogiausia situacija, o ne vidutine žaliava.

Lygių pasirinkimas: 316L prieš dvifazį plieną
316L, kuriame yra molibdeno, kad būtų didesnė atsparumas duobutėms, puikiai tinka drėgnoms CO2 aplinkoms, aminų grandinėms ir vidutinio chloridų kiekio sąlygoms. Ji gerai apdorojama ir ilgą laiką naudojama dujų valymo įrenginiuose. Jos ribos pasireiškia, kai chloridų kiekis, temperatūra ar įtempis pakyla tiek, kad kiltų pavojus duobutėms, plyšių korozijai arba chloridų sukeltai įtempimo korozijai.
Dvifazis 2205 plienas šias ribas pašalina. Jo dvifazė austenito–ferito struktūra turi maždaug dvigubai didesnę takumo ribą nei 316L, todėl sienelės gali būti storesnės, o vamzdynai – lengvesni; be to, jis daug geriau atsparus chloridų sukeltoms duobutėms ir įtempimo korozijai. Kai priemaišų ir chloridų kiekis yra labai didelis, superdvifazis 2507 plienas dar labiau padidina duobutėms atsparumo ekvivalentinį skaičių – tai labiausiai reikalaujančioms injekcijos ir pervežimo operacijoms.

Tankiosios ir superkritinės CO2 dujotiekio sąlygos
Virš maždaug 31 °C temperatūros ir 74 bar slėgio CO2 tampa superkritine, turėdama skysčio panašų tankį ir dujų panašų tekėjimą. Ją efektyvu pompuoti, tačiau ji nepak терpia priemaišų. Projektuotojai griežtai riboja vandens kiekį, dažnai žemiau 50 ppm, tiksliai siekdami užkirsti kelią laisvam vandeniui, kuris sukelia koroziją. Net ir tokiu atveju perėjimo režimai, pvz., paleidimas, nuspaudimas ir išpūtimas, gali sukelti Džaulio–Tomsono aušinimą ir vietinį kondensavimąsi, todėl metalas turi atlaikyti šiuos laikinus pokyčius, o ne tik pastovią būseną.
Nerūdijantis plienas užsitikrina savo vietą šiose nestabilumo linkusiose vietose ir mažo skersmens vamzdžiuose, kur papildomos sąnaudos nedidelės, tačiau patikimumo pranašumas – didelis. Svarbus taip pat žemoje temperatūroje pasireiškiantis smūginis stiprumas, nes greitas išpūtimas gali sumažinti metalo temperatūrą žymiai žemiau aplinkos temperatūros; austenitiniai 304L ir 316L išlaiko savo smūginį stiprumą iki kriogeninių temperatūrų, tuo tarpu dvifaziai lydiniai reikalauja atidžiau įvertinti jų žemesnių temperatūrų ribų charakteristikas.
Kitas stebėtinas dalykas – srauto sukeltas nusidėvėjimas. Srautai, nešantys kietųjų dalelių iš aukštupio surinkimo įrenginių arba staigiai tekantys per vožtuvus ir skylutes, suardo metalą, o erozijos korozija vyksta labai greitai visose vietose, kur apsauginė plėvelė nuolat pašalinama.

GamYba, suvirinimas ir bandymai
Dupleksiniai lyginiai reikalauja tikslaus suvirinimo, kad būtų išlaikyta fazinė pusiausvyra. Per didelis šilumos įvedimas ar lėtas aušinimas pakeičia austenito ir ferito santykį ir gali sukelti tarpmetalines fazes, kurios sumažina smūgio atsparumą ir korozijos atsparumą; todėl tiksliai kontroliuojami ir tikrinami šilumos įvedimas, tarpinė temperatūra bei pildomasis medžiagų mišinys. 316L lyginyje mažas anglies kiekis sumažina sensitizaciją suvirinant storesnius pjūvius, kurie dažnai naudojami surinkimo gamyklose.
Patvirtinimas apsaugo sistemą. Mūsų vidinėje laboratorijoje atliekama teigiamos medžiagos identifikacija, kad būtų išvengta lygių sumaišymo, taip pat cheminiai ir mechaniniai bandymai, hidrostatiniai bandymai, patvirtinantys slėgio vientisumą, bei neardomieji tyrimai, tikrinantys suvirintų jungčių kokybę. Ferito matavimai papildo dvilypės (duplex) medžiagos kokybės kontrolę.

CCUS standartai ir dokumentacija
CCUS yra susikirtimo taškas tarp dujotiekio, slėgio indų ir technologinių kodų, todėl dokumentacija turi būti be priekaištų. Wenqiang gamina austenitinį ir dvilypį (duplex) vamzdį pagal ASTM A312 ir A790, vamzdelius pagal A213 ir A269, o suvirintą dvilypį (duplex) vamzdį – pagal A928, remdamasis ASME nuorodomis ir ISO 9001 sistema. Kiekvienas siuntimas gali būti pridėtas su EN 10204 3.1 arba 3.2 medžiagos bandymo sertifikatais, kurie kiekvieną vamzdžio ilgį sieja su jo lydymo numeriu, cheminėmis ir mechaninėmis charakteristikomis.
CCUS sparsto plečiamasi, o ilgalaikės saugojimo vientisumo reikalavimai yra labai griežti, todėl sekamumas nėra tik popierinis formalumas – jis leidžia eksploatuotojams įrodyti įrenginio tinkamumą naudoti dešimtmečių ciklinės eksploatacijos metu. Naudokite 316L plokščiąją plieno rūšį drėgnoms ir amonio tirpalams skirtose aplikacijose, o dvigubą ar superdvigubą plieną – aukštos stiprybės, aukšto chlorido kiekio ir priemaišomis apkrautose transportavimo sistemose; patvirtinkite tai patikrintais sertifikatais, ir CCUS sistema turės reikiamą korozijos atsargą. Parinkite medžiagos rūšį pagal kiekvieno srauto tikrąją cheminę sudėtį vietoj to, kad būtų naudojama viena standartinė medžiaga, – tai ir yra tikroji CCUS medžiagų parinkimo užduotis.

Dažniausiai užduodami klausimai
K: Ar anglies plienas gali būti naudojamas CO2 vamzdynuose?
A: Taip, tikrai sausiems ir aukštos grynumo tankiosios fazės CO2 pagrindiniams vamzdynams jis gali būti ekonomiškas, tačiau ten, kur vanduo ir priemaišos, pvz., H2S arba O2, gali sudaryti korozinius rūgščių mišinius, bei vožtuvuose, matavimo linijose ir nestabilios veiklos linkusioms vietoms, nurodomas nerūdijantis plienas.
K: Kodėl transportavimui pasirinkti dvigubą 2205 vietoj 316L?
A: Duplex 2205 suteikia maždaug dvigubai didesnę takumo stiprumą plonesniam ir lengvesniam vamzdžiui, taip pat pranašesnę atsparumą chloridų įbrėžimams ir įtempimo korozijos skilimui – tai svarbu, kai srautas perneša chloridus ir priemaišas.

Aptarkite CCUS klasės nerūdijančiąją plieną su Zhejiang Wenqiang: +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/