Nerezová oceľ pre CCUS: Výber materiálov na zachytávanie a prepravu CO2

Výber materiálov pre zachytávanie, využívanie a ukladanie uhlíka (CCUS) závisí od jednej skutočnosti: samotný CO2 nie je problémom – problémom sú voda, kyseliny a stopové nečistoty, ktoré sa s ním premiešajú. Pre zachytávanie na báze amínov a vlhké prostredie s CO2 sa ako základný materiál používa nerezová oceľ 316L. Pre potrubia na prepravu hustého alebo nadkritického CO2 s nečistotami, ako sú voda, H2S a kyslík, sa osvedčila duplexná oceľ 2205; v najnáročnejších prípadoch poskytuje superduplexná oceľ 2507 potrebnú pevnosť a odolnosť voči chloridom. Spoločnosť Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. dodáva potrubia, rúry a tvarovky v celom tomto rozsahu s úplnou sledovateľnosťou materiálu.

Korózna chémia systémov s CO2
Suchý, čistý CO2 sa takmer vôbec nedotýka nehrdzavejúcej ocele. Pridajte vodu a situácia sa zmení. Rozpustený CO2 tvorí uhličitú kyselinu, pH klesne a nasleduje nielen všeobecná, ale aj lokálna korózia. V zariadeniach na zachytávanie CO2 horúce amínové rozpúšťadlá, ako sú MEA a MDEA, absorbuje CO2 a stávajú sa korozívnymi niekoľkými súčasne pôsobiacimi mechanizmami: zaťažením kyslým plynom, prienikom kyslíka a hromadením tepelne stabilných solí a produktov degradácie. Najhoršie miesta sú rebojler, výmenník tepla medzi bohatým a chudobným prúdom, vrchol stripera a obvod reclaimeru, kde sú najvyššie teplota aj koncentrácia kyslého plynu.
Doprava je iná záležitosť. Potrubia tlačia CO2 v hustej alebo nadkritickom stave, aby sa prenieslo viac tohto plynu. Ak sa prúd udržiava skutočne suchý, uhlíková oceľ môže byť ekonomickou voľbou pre hlavné potrubie, avšak nečistoty túto rovnováhu zmenia. Voda nad hranicou rozpustnosti sa môže oddeliť ako voľná vodná fáza a v kombinácii s H2S, O2, NOx alebo SOx tvorí uhličitú, sírovú alebo dusičnú kyselinu, ktorá rýchlo poškodzuje oceľ. Preto sa do vstupov, ventilov, meracích vedení a všade tam, kde sa v dôsledku fázového správania alebo poruchy môže objaviť voľná voda, montujú komponenty z nerezovej ocele.
Dôležité je nielen množstvo jednotlivých nečistôt, ale aj spôsob, akým navzájom interagujú. Kyslík a NOx sa môžu reagovať so sírovými zlúčeninami a vytvárať elementárnu síru a silné kyseliny, ktoré by sa nevznikli pri prítomnosti ktorejkoľvek z týchto nečistôt samostatne. Preto sa špecifikácie čoraz častejšie zameriavajú na celkový povolený rozsah nečistôt spolu, namiesto toho, aby každú nečistotu regulovali samostatne. Preto rozumný projekt navrhuje materiál mokrých častí zohľadňujúc najpravdepodobnejší najhorší prípad, nie priemerné zloženie prívodu.

Výber značky: 316L oproti duplexu
316L, s molybdénom na odolnosť voči bodovému koroziu, vydržiava vlhký CO₂, amínové okruhy a stredne vysoké koncentrácie chloridov. Ľahko sa spracováva a má dlhú prevádzkovú skúsenosť v plynových čističkách. Jeho obmedzenia sa prejavujú, keď hladiny chloridov, teplota alebo napätie stúpnu tak vysoko, že hrozí bodový koroziu, koroziu v štrbinách alebo chloridovo indukované napäťové trhliny.
Duplex 2205 tieto obmedzenia odstraňuje. Jeho dvojfázová austenitno-ferritová štruktúra má približne dvojnásobnú medzu klzu v porovnaní s 316L, čo umožňuje tenšie steny a ľahšie potrubia; navyše je výrazne odolnejší voči bodovému koroziu a napäťovému koroziu spôsobenému chloridmi. Keď sa koncentrácia nečistôt a chloridov stane extrémnou, superduplex 2507 ešte viac zvyšuje ekvivalentné číslo odolnosti voči bodovému koroziu, čo ho robí vhodným pre najnáročnejšie aplikácie injekcie a prepravy.

Zohľadnenie hustoty a nadkritického stavu CO2 v potrubiach
Nad približne 31 °C a 74 bar sa CO2 nachádza v nadkritickom stave, ktorý má hustotu podobnú kvapaline a tok podobný plynu. Je efektívne čerpať, avšak nepreberá nečistoty. Projektanti prísne obmedzujú obsah vody, často pod 50 ppm, presne za účelom zabránenia vzniku voľnej vody, ktorá spôsobuje koróziu. Aj napriek tomu môžu prechodné javy, ako je štart, deprezurizácia a vyfukovanie, spôsobiť ochladenie podľa Joule-Thomsonovho efektu a lokálnu kondenzáciu, preto sa kov musí vyrovnať s týmito krátkodobými výkyvmi, nie len so stacionárnym režimom.
Nerezová oceľ si zaslúži uplatnenie na týchto miestach náchylných na poruchy a na potrubiach malého priemeru, kde je cenový náklad vyšší, ale výhoda spočívajúca v spoľahlivosti je veľká. Dôležitá je aj nízkoteplotná nárazová húževnatosť, pretože rýchla deprezurizácia môže ochladiť kov pod okolitú teplotu; austenitické zliatiny 304L a 316L zachovávajú svoju húževnatosť až do kryogénnych teplôt, zatiaľ čo duplexné zliatiny vyžadujú dôkladnejšie posúdenie ich dolných teplotných limitov.
Opotrebovanie spôsobené tokom je ďalšou položkou, ktorú treba sledovať. Prúdy, ktoré prenášajú tuhé látky z horných častí zachytávacej zariadenia, alebo ktoré prudko prechádzajú cez ventily a otvory, erodujú kov; erozívna korózia prebieha rýchlo všade tam, kde sa ochranná vrstva neustále odstraňuje.

Výroba, zváranie a skúšanie
Duplexné zliatiny vyžadujú dôsledné zváranie, aby sa udržala rovnováha fáz. Príliš veľký tepelný vstup alebo pomalé chladenie posunú pomer austenitu a feritu a môžu viesť k vzniku intermetalických fáz, ktoré znížia húževnatosť a odolnosť voči korózii; preto sa kontroluje a reguluje tepelný vstup, teplota medzi jednotlivými zvarovými vrstvami a použitý zvárací materiál. Pri zliatine 316L nízky obsah uhlíka potláča sensibilizáciu pri zváraní hrubších častí, ktoré sú bežné v zachytávacích zariadeniach.
Overovanie je to, čo chráni systém. Naša vlastná laboratórium vykonáva identifikáciu materiálu pozitívnou metódou, aby sa predišlo zmiešaniu tried, chemické a mechanické skúšky, hydrostatické skúšky na potvrdenie tlakovej integrity a nedestruktívne skúšanie na posúdenie kvality zváraných spojov. Meranie feritu dopĺňa kontrolu kvality dvojfázových zliatin.

Štandardy a dokumentácia pre CCUS
CCUS sa nachádza v oblasti, kde sa stretávajú normy pre potrubia, tlakové nádoby a technologické procesy, preto musia byť všetky dokumenty bezchybné. Wenqiang vyrába podľa noriem ASTM A312 a A790 pre austenitické a dvojfázové potrubie, A213 a A269 pre rúrky a A928 pre zvárané dvojfázové potrubie v súlade s odkazmi ASME a systémom ISO 9001. Každá dodávka môže obsahovať certifikáty skúšok materiálu EN 10204 3.1 alebo 3.2, ktoré pre každý úsek uvádzajú číslo tavby, zloženie a výsledky mechanických skúšok.
CCUS sa rýchlo rozširuje a integrita dlhodobej úložiskovej schopnosti je pod mikroskopom, preto sledovateľnosť nie je len papierová práca pre samotnú papierovú prácu – umožňuje prevádzkovateľom preukázať vhodnosť na prevádzku počas desiatok rokov cyklickej prevádzky. Použite zliatinu 316L pri mokrých a amínových aplikáciách, duplexnú alebo superduplexnú oceľ pri vysokopevnostných, vysokochloridových a nečistotami zaťažených prepravných úlohách, sprevádzané overenou certifikáciou – a CCUS systém bude mať potrebnú koróznu rezervu. Prispôsobte triedu skutočnej chémii každého prúdu namiesto použitia jediného materiálu ako štandardného riešenia a tým ste vykonali skutočnú prácu pri výbere materiálov pre CCUS.

Často kladené otázky
Q: Je možné použiť uhlíkovú oceľ pre CO2 potrubia?
A: Áno, pre skutočne suché, vysokopuré hustofázové CO2 hlavné potrubia môže byť ekonomická, avšak tam, kde voda a nečistoty, ako napríklad H2S alebo O2, môžu tvoriť korózne kyseliny, a tiež v oblastiach uzáverov, inštalačných potrubí a miest náchylných na poruchy, sa špecifikuje nerezová oceľ.
Q: Prečo zvoliť duplexnú oceľ 2205 namiesto 316L pre prepravu?
A: Duplex 2205 ponúka približne dvojnásobnú medzu klzu pre tenšie a ľahšie potrubie, pričom zároveň poskytuje vynikajúcu odolnosť voči chloridovej korózii a napäťovo-koróznej trhlinovosti – čo je dôležité, ak prúd obsahuje chloridy a nečistoty.

Diskutujte o nerezovej ocele pre CCUS s firmou Zhejiang Wenqiang: +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/