Nerjavnega jekla za CCUS: izbor materiala za zajem in prevoz CO2

Izbira materialov za zajem, uporabo in shranjevanje ogljikovega dioksida (CCUS) temelji na enem dejstvu: sam CO2 ni težava, težave povzročajo voda, kisline in sledne nečistoče, ki potujejo skupaj z njim. Za zajem na osnovi aminov in mokro obratovanje z CO2 je nerjavnega jekla 316L delovna konja. Za cevovode za gosti ali nadkritični CO2, ki prevažajo nečistoče, kot so voda, H2S in kisik, se uporablja dvojno (duplex) jeklo 2205, v najtežjih primerih pa superdvojno (super duplex) jeklo 2507 zagotavlja potrebno trdnost in odpornost proti kloridom. Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. dobavlja cevi, cevke in priključke za celoten ta razpon z popolno sledljivostjo materiala.

Korozijska kemija sistemov z CO2
Suho, čisto CO2 skorajda ne dotakne nerjavnega jekla. Dodajte vodo in slika se spremeni. Raztopljen CO2 tvori srednje kislo kislino, pH pade in sledita splošna ter lokalizirana korozija. V napravah za zajem CO2 vroči aminski topila, kot sta MEA in MDEA, absorbirajo CO2 in postanejo korozivna po več potih hkrati: nasičenost z kislim plinom, vdor kisika ter nabiranje toplotno stabilnih soli in razgradnih produktov. Najslabše prizadeta območji sta rebojler in izmenjevalnik toplote med bogatim in revnim tokom, nad streho destilacijske kolone ter vezja za regeneracijo, kjer dosežeta vrhunec tako temperatura kot koncentracija kislega plina.
Transport je popolnoma druga zadeva. Cevi potiskajo CO2 v gosti ali nadkritični fazi, da se premakne večja količina. Če ohranimo tok res suh, je lahko za glavno cev uporabna poceni jeklena cev iz ogljikovega jekla, vendar nečistoče spremenijo to računsko enačbo. Voda nad mejo topnosti se lahko loči kot prosta vodna faza; če se meša z H2S, O2, NOx ali SOx, nastanejo srednje močne kisline – ogljikova, žveplova ali dušikova – ki hitro razjedajo jeklo. Zato se na vhodih, ventilih, instrumentnih ceveh in povsod, kjer se zaradi faznega obnašanja ali motnje lahko pojavi prosta voda, uporabljajo komponente iz nerjavnega jekla.
Pomembno ni le, koliko vsake nečistoče je prisotne, temveč tudi, kako se nečistoče med seboj medsebojno vplivajo. Kislík in NOx lahko reagirata s žveplovimi spojinami in sproščata elementarno žveplo ter močne kisline, ki jih posamezna onesnaževala sama po sebi ne bi ustvarila. Zato specifikacije vse bolj omejujejo skupno mejo vseh nečistoč namesto, da bi posamično nadzorovale vsako vrsto onesnaževala. Zato pametno projektiranje izbere material, ki pride v stik s tokom, glede na najverjetnejši najslabši primer, ne pa glede na povprečno sestavo vhodnega toka.

Izbira jeklene vrste: 316L proti dvojni (duplex)
316L, ki vsebuje molibden za odpornost proti pikasti koroziji, se uporablja pri mokrih CO2 in aminskih krogih ter pri zmernih koncentracijah kloridov. Dobro se obdeluje in ima dolgo izkušnjo uporabe v plinskih čistilnih napravah. Njene omejitve postanejo opazne, kadar koncentracije kloridov, temperatura ali napetosti narastejo do te mere, da ogrožajo pikasto korozijo, pobočno korozijo ali kloridno napetostno korozijo.
Dvojna (duplex) jeklena vrsta 2205 odpravi te omejitve. Njena dvofazna avstenitno-ferritna struktura ima približno dvakrat višjo mejo plastičnosti kot 316L, zato so stene tankoštejše in cevovodi lažji; hkrati je veliko bolj odporna proti pikasti koroziji in napetostni koroziji zaradi kloridov. Ko so nečistoče in kloridi zelo koncentrirani, superdvojna (super duplex) jeklena vrsta 2507 še dodatno poveča ekvivalentno število odpornosti proti pikasti koroziji za najzahtevnejše aplikacije v sistemu za vbrizgovanje in prevoz.

Razmisljanja o gostih cevovodih za superkritični CO2
Zgoraj približno pri 31 °C in 74 bar postane CO2 superkritičen, z gostoto, podobno tekočini, in pretokom, podobnim plinu. Učinkovito je črpiti, a neusmiljeno do impuritete. Načrtovalci zelo omejijo vsebnost vode, pogosto pod 50 ppm, natančno zato, da preprečijo nastanek prostih vodnih kapljic, ki povzročajo korozijo. Kljub temu lahko prehodna stanja, kot so zagon, dekompresija in izpuščanje, povzročijo Joule-Thomsonovo ohlajanje in lokalno kondenzacijo, zato mora kovina prenesti tudi takšne izjemne obremenitve, ne le stalno obratovanje.
Nerjavnega jekla se uporablja na teh nestabilnih mestih in na ceveh majhnega premera, kjer je dodatna cena majhna, učinek pa velik. Pomembna je tudi udarna žilavost pri nizkih temperaturah, saj lahko hitro izpuščanje močno ohladi kovino pod okoljsko temperaturo; avstenična jekla 304L in 316L ohranjajo žilavost celo pri kriogenskih temperaturah, medtem ko je treba dupleksne različice natančneje preveriti glede njihovih mejnih temperatur.
Otročenje, ki ga povzroča tok, je še ena stvar, na katero je treba paziti. Tokovi, ki prenašajo trdne delce iz naprej postavljenih lovilnih naprav, ali ki se hitro pretakajo skozi ventile in odprtine, povzročajo erozijo kovin, erozijsko korozijo pa se hitro razvije povsod tam, kjer se zaščitni film neprestano odstranjuje. Višja trdota in trdnost duplovnih jekel pomagata, prav tako pa tudi geometrija – mehki ovinki in dovolj dolgi ravninski odseki – kar zmanjšuje lokalno turbulenco na priključkih, ki so najbolj ogroženi.

Izdelava, varjenje in preskušanje
Duplovne vrste zahtevajo natančno nadzorovano varjenje, da se ohrani ravnovesje faz. Preveliko toplotno obremenitev ali počasno ohlajanje spremeni razmerje med austenitom in feritom ter lahko povzroči nastanek intermetalnih faz, ki zmanjšajo žilavost in odpornost proti koroziji; zato se natančno nadzoruje in preverja toplotna obremenitev, temperatura med posameznimi varilnimi sloji ter izbrana varilna žica. Pri 316L omogoča nizka vsebnost ogljika zmanjšanje občutljivosti pri varjenju debelejših profilov, ki so pogosto uporabljene v lovilnih napravah.
Preverjanje je tisto, kar zaščiti sistem. Naš notranji laboratorij izvaja identifikacijo materiala z metodo PMI (positive material identification), da prepreči zamenjavo različnih razredov materialov, kemijsko in mehansko preskušanje, hidrostatično preskušanje za potrditev tlaka in netopljivo preiskavo (NDE) za ugotavljanje kakovosti varjenja. Merjenje feritne faze podpira nadzor kakovosti dvojnih jekel.

Standardi in dokumentacija za CCUS
CCUS se nahaja na presečišču cevnih, tlakovnih posod in procesnih standardov, zato mora biti dokumentacija brez napak. Wenqiang proizvaja po standardih ASTM A312 in A790 za avstenitne in dvojne cevi, A213 in A269 za cevke ter A928 za varjene dvojne cevi v skladu z referencami ASME in sistemom ISO 9001. Vsaka pošiljka lahko vsebuje preskusna potrdila o materialu EN 10204 3.1 ali 3.2, ki povežejo vsako dolžino cevi z njenim številko toplinske obdelave, sestavo in mehanskimi rezultati.
CCUS se hitro razširja, zato je dolgoročna celovitost shranjevanja pod povečevalno steklenico – sledljivost ni papirnija zaradi samega papirja, temveč omogoča obratovalcem dokazati primernost za obratovanje skozi desetletja cikličnega delovanja. Za mokre in aminske naloge uporabite 316L, za transport z visoko trdnostjo, visoko vsebnostjo kloridov in onesnaženj izberite dvojno ali superdvojno jeklo, vse to pa podkrepite preverjeno certifikacijo; s tem ima sistem CCUS potrebno korozivno rezervo. Namesto da bi privzeli en sam material, prilagodite vrsto jekla dejanski sestavi vsakega toku – s tem ste opravili dejansko delo pri izbiri materialov za CCUS.

Pogosta vprašanja
V: Ali se lahko za cevovode za CO2 uporabi ogljikovo jeklo?
O: Da, za res suhe, visoko čiste cevovode za gostoto CO2 v glavnem omrežju je lahko ekonomično, vendar se za območja, kjer lahko voda in primesi, kot sta H2S ali O2, tvorijo korozivne kisline, ter na ventilih, instrumentnih cevovodih in mestih, ki so nagnjena k motnjam, določi nerjaveče jeklo.
V: Zakaj izbrati dvojno jeklo 2205 namesto 316L za transport?
A: Duplex 2205 ponuja približno dvakrat višjo mejo tekočosti za tanjše in lažje cevi ter izjemno odpornost proti kloridnemu izbirnemu koroziji in napetostni koroziji, kar je pomembno, kadar tok vsebuje kloride in nečistoče.

Pogovorite se o nerjavnem jeklu za CCUS z Zhejiang Wenqiang: +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/