Tiêu chuẩn kỹ thuật vật liệu cho các bộ phận khí tự nhiên trong môi trường LNG đông lạnh

Lựa chọn luyện kim cho độ dẻo ở nhiệt độ thấp

1. Khi thiết kế Bộ phận khí đốt tự nhiên đối với các ứng dụng Khí tự nhiên hóa lỏng (LNG), thách thức kỹ thuật cơ bản là ngăn chặn "độ giòn lạnh". Thép carbon tiêu chuẩn trải qua quá trình chuyển đổi từ dẻo sang giòn ở nhiệt độ cao hơn điểm sôi LNG là -162°C. Vì vậy, lựa chọn kim loại cho các dịch vụ khí đốt tự nhiên đông lạnh yêu cầu vật liệu có cấu trúc mạng tinh thể lập phương tâm mặt (FCC), chẳng hạn như Thép không gỉ Austenitic hoặc thép Niken 9%.
2. Thường được chỉ định các loại thép không gỉ cho van LNG bao gồm ASTM A351 CF8M và CF3M. Các loại này duy trì độ bền va đập có rãnh chữ V Charpy cao ở nhiệt độ thấp tới -196°C, đảm bảo rằng các bộ phận chứa áp suất không bị nứt vỡ nghiêm trọng dưới áp lực vận hành.
3. Đối với cơ sở hạ tầng đường ống hạng nặng, thép carbon nhiệt độ thấp so với thép không gỉ các so sánh thường khiến các kỹ sư chỉ định ASTM A333 Cấp 6 cho nhiệt độ lạnh vừa phải, nhưng để xử lý LNG đông lạnh thực sự, AISI 304/304L và 316/316L vẫn là tiêu chuẩn do hàm lượng crom-niken giúp ổn định pha austenite.

Kiểm soát tính toàn vẹn của niêm phong và phát thải nhất thời ở -162°C

1. các vật liệu làm kín đông lạnh cho khí tự nhiên phải khắc phục được hệ số co nhiệt cao của polyme. Chất đàn hồi truyền thống không hoạt động khi chúng đạt đến nhiệt độ chuyển thủy tinh (Tg). Do đó, Bộ phận khí đốt tự nhiên chẳng hạn như miếng đệm và đế van sử dụng PCTFE (Polychlorotrifluoroethylene) hoặc PTFE cải tiến (Polytetrafluoroethylene) được gia cố bằng sợi thủy tinh hoặc sợi carbon để duy trì độ kín ở nhiệt độ trạng thái lỏng.
2. Phát thải nhất thời là mối quan tâm nghiêm trọng trong các thiết bị đầu cuối LNG. Tính toàn vẹn cao tiêu chuẩn rò rỉ cho các thành phần LNG được quản lý bởi ISO 15848-1. Để đạt được độ kín Loại A, các bộ phận thường kết hợp hệ thống đóng gói "có điện" sử dụng lò xo Belleville để tạo áp suất không đổi lên vòng đệm thân, bù đắp cho sự co ngót do nhiệt của Bộ phận khí đốt tự nhiên trong các chu kỳ làm nguội.
3. Làm thế nào để ngăn ngừa hư hỏng phốt trong các bộ phận LNG liên quan đến việc sử dụng nắp mở rộng (cột hơi) trên van đông lạnh. Thiết kế này cho phép đóng gói thân hoạt động ở nhiệt độ môi trường xung quanh bằng cách duy trì bộ đệm khí giữa LNG lỏng và tuyến bịt kín, ngăn ngừa sự hình thành băng có thể làm hỏng bề mặt bịt kín.

Phân tích tính chất vật lý của hợp kim đông lạnh

1. các mechanical reliability of Bộ phận khí đốt tự nhiên được xác nhận thông qua phân tích ứng suất-biến dạng nghiêm ngặt ở nhiệt độ cực cao. Vật liệu không chỉ phải chống gãy mà còn phải duy trì cường độ chảy cụ thể (thường là 205 MPa đối với 316L) để xử lý áp suất bên trong của hệ thống bơm cao áp.
2. So sánh kỹ thuật về đặc tính vật liệu đông lạnh:

Tiêu chuẩn kỹ thuật chính xác và hoàn thiện bề mặt

1. Hình thái bề mặt rất quan trọng đối với tuổi thọ của bộ điều chỉnh và phụ kiện LNG . A Bề mặt hoàn thiện Ra cho phớt khí cần từ 0,4 đến 0,8 micromet để đảm bảo bề mặt tiếp xúc giữa kim loại với kim loại kín khí. Gia công chính xác ngăn ngừa sự gia tăng ứng suất cục bộ có thể dẫn đến hư hỏng do mỏi trong quá trình giãn nở và co lại nhanh chóng của Bộ phận khí đốt tự nhiên .
2. Để gặp Mã đường ống đông lạnh ASME B31.3 , tất cả Bộ phận khí đốt tự nhiên phải trải qua thử nghiệm không phá hủy (NDT), bao gồm Kiểm tra thâm nhập thuốc nhuộm (DPI) và Thử nghiệm chụp ảnh phóng xạ (RT). Điều này đảm bảo rằng cấu trúc hạt đúc hoặc rèn không chứa các tạp chất cực nhỏ có thể giãn nở trong chu trình nhiệt từ môi trường đông lạnh đến môi trường xung quanh điển hình của các cơ sở LNG cạo đỉnh.
3. Hiểu biết khả năng chống ăn mòn trong các bộ phận LNG liên quan đến việc phân tích ảnh hưởng của sự ngưng tụ khí quyển. Bởi vì các thành phần đông lạnh dễ bị "đóng băng", chúng phải chống lại hiện tượng nứt do ăn mòn do ứng suất clorua (CSCC) gây ra nếu nằm ở các trung tâm xuất/nhập khẩu LNG ven biển, đòi hỏi Số tương đương khả năng chống rỗ (PREN) cao trong lựa chọn hợp kim.

Câu hỏi thường gặp về kỹ thuật

1. Vật liệu phổ biến nhất cho thân van LNG là gì? ASTM A351 CF8M (Thép không gỉ 316) là tiêu chuẩn công nghiệp nhờ độ bền va đập tuyệt vời ở -196°C.
2. Tại sao thép carbon không thể được sử dụng cho LNG? Thép carbon bị "giòn lạnh" dưới -29°C, mất đi độ dẻo dai và vỡ vụn như thủy tinh khi va chạm.
3. PCTFE là gì và tại sao nó được sử dụng trong LNG? PCTFE là một chất fluoropolymer chuyên dụng được sử dụng cho đế van vì nó giữ được các đặc tính cơ học và độ ổn định kích thước ở nhiệt độ đông lạnh tốt hơn PTFE.
4. Nắp ca-pô mở rộng hoạt động như thế nào trên van LNG? cácy provide a vertical gas column that allows the packing to stay warm, preventing the seal from freezing and failing.
5. NDT nào là cần thiết cho các thành phần khí tự nhiên đông lạnh? Kiểm tra bằng hình ảnh, chất nhuộm thẩm thấu và chụp X quang là tiêu chuẩn để đảm bảo tính toàn vẹn cấu trúc bên trong và bên ngoài.

Tài liệu tham khảo kỹ thuật

1. ASME B31.3: Mã quy trình đường ống để xử lý chất lỏng đông lạnh.
2. NACE MR0175/ISO 15156: Vật liệu sử dụng trong môi trường chứa H2S trong sản xuất dầu khí.
3. ISO 28921-1: Van công nghiệp - Van cách ly cho các ứng dụng nhiệt độ thấp.