مواد شیمیایی و پتروشیمی

دستگاه‌های واکنش هسته پتروشیمی، مانند لوله‌های مقطع تابشی و لوله‌های بخار با دمای بالا کوره کراکینگ اتیلن، برای مدت طولانی در دمای بالای 800 درجه کار می‌کنند. انتخاب فولاد آلیاژی ویژه با استحکام{3}}در حرارت بالا، مقاومت در برابر خزش و مقاومت در برابر اکسیداسیون، مانند فولاد آلیاژی مقاوم در برابر حرارت (25Cr{6}}35Ni) HP (25Cr{6}}35Ni) بهبود یافته در برابر حرارت{7}}کلیدی برای اطمینان از عملکرد ایمن و پایدار درازمدت نیروگاه تحت بار حرارتی شدید است.

انواع مختلفی از رسانه ها در فرآیند تولید پتروشیمی وجود دارد و محیط خوردگی پیچیده و قابل تغییر است، از جمله خوردگی گوگردی در دمای بالا، خوردگی اسید نفتنیک، خوردگی هیدروژنی، ترک خوردگی ناشی از تنش کلرید و خوردگی اسید پلی تیونیک، اما نه محدود به آن. فولاد یک شجره کامل از فولاد کربن، فولاد کم آلیاژ، فولاد ضد زنگ (آستنیت، فریت، دوبلکس)، آلیاژ پایه نیکل- به آلیاژ ویژه از طریق آلیاژسازی ارائه می‌کند که می‌تواند مطابق با محیط خوردگی خاص برای دستیابی به بهترین تعادل بین ایمنی و صرفه‌جویی تنظیم شود.

کارخانه‌های پتروشیمی عمدتاً تجهیزاتی-در مقیاس بزرگ هستند که به صورت تک تکه یا دسته‌ای کوچک سفارشی می‌شوند. انعطاف پذیری خوب، جوش پذیری و فناوری عملیات حرارتی بالغ فولاد باعث می شود که ساختارهای پیچیده مانند کوره ترک و برج بزرگ با موفقیت ساخته شوند. در کارکرد طولانی مدت و تعمیر و نگهداری منظم دستگاه، قابلیت تعمیر اجزای فولادی (مانند روکش، جوشکاری تعمیر و تعویض موضعی) به مراتب برتر از بسیاری از مواد دیگر است که طول عمر کلی دستگاه را تا حد زیادی افزایش می دهد.

صنعت پتروشیمی دارای استانداردهای مواد بالغ (مانند ASME، ASTM، NACE و غیره) و مشخصات طراحی است که پذیرفته شده جهانی است. داده‌های عملکرد (خواص مکانیکی، داده‌های خوردگی و شرایط جوشکاری) هر فولاد توسط پایگاه‌های اطلاعاتی دقیق پشتیبانی می‌شود که پایه محکم و قابل اعتمادی برای طراحی مهندسی، ارزیابی ایمنی و مدیریت ریسک و کنترل فراهم می‌کند و استانداردسازی و ایمنی ساخت و بهره‌برداری کارخانه پتروشیمی را در سراسر جهان تضمین می‌کند.

به عنوان یک مرز تحمل فشار، پوسته ظرف باید از شکستگی شکننده فاجعه بار و انفجار پلاستیک جلوگیری کند. با استفاده از صفحات فولادی با استحکام پایین- (مانند SA516GR. 70 و SA537CL. 1) و اطمینان از اینکه مواد (به ویژه ناحیه تحت تأثیر جوش و گرما) همچنان چقرمگی ضربه کافی در پایین‌ترین دمای فلز طراحی دارند، حاشیه ایمنی تجهیزات در شرایط کار غیرعادی به طور اساسی تضمین می‌شود.

در محیط مرطوب سولفید هیدروژن، صفحات فولادی با مقاومت در برابر ترک‌خوردگی ناشی از هیدروژن (HIC) و ترک خوردگی تنش سولفیدی (SSC) (مطابق با استاندارد NACE MR0175/ISO 15156) باید استفاده شود. جلوگیری از ترک خوردگی ناشی از تنش قلیایی (ASCC) باید در واحد گوگردزدایی مایع آمین در نظر گرفته شود. در محیط کلرید، فولاد ضد زنگ دوبلکس یا عملیات حرارتی پس از جوش{5}برای از بین بردن تنش مورد نیاز است. فولاد می تواند این الزامات خاص را از طریق بهینه سازی ترکیب و کنترل فرآیند تولید برآورده کند.

برای محیط های بسیار خورنده، استفاده از همه آلیاژهای پیشرفته گران است. این یک طرح مقرون به صرفه و موثر برای اتخاذ ساختار ترکیبی "لایه مقاوم در برابر خوردگی + فولاد" است، مانند روکش فولاد ضد زنگ یا روکش آلیاژی مبتنی بر نیکل{2}} روی فولاد کربنی یا بستر فولاد کم آلیاژ، یا مستقیماً با استفاده از کامپوزیت انفجاری یا ورق فولادی کامپوزیت نورد. این به مزایای استحکام فولاد پایه و مزایای مقاومت در برابر خوردگی مواد روکشی کاملاً نشان می دهد.

ذوب، نورد، عملیات حرارتی و متعاقب آن برش، شکل‌دهی، جوشکاری و آزمایش غیرمخرب فولاد برای مخازن تحت فشار، مجموعه‌ای از سیستم‌های صنعتی بسیار دقیق و بالغ را تشکیل داده است. ASME VIII، GB 150 و سایر مشخصات به رسمیت شناخته شده بین المللی، مقررات اجباری را در مورد مواد، طراحی، ساخت و بازرسی ایجاد کرده اند تا اطمینان حاصل شود که هر- ظرف کارخانه دارای تضمین کیفیت قابل ردیابی است.

اگرچه مس، آلومینیوم و سایر فلزات رسانایی حرارتی بهتری دارند، فولاد دارای مزایای جامعی در استحکام، مقاومت در برابر فشار، محدوده دما و هزینه است. فولاد کربن و فولاد کم آلیاژ اولین انتخاب برای ورق‌ها و پوسته‌ها در بسیاری از شرایط کاری غیرخورنده مانند آبگرمکن‌های آب دیگ بخار هستند. برای لوله‌های انتقال حرارت، لوله‌های فولادی ضد زنگ با دیواره نازک-یا لوله‌های فولادی کم آلیاژ{4}می‌توانند بازده انتقال حرارت خوبی را ارائه دهند و در عین حال مقاومت در برابر فشار و دما را تضمین کنند.

با توجه به رسانه های خورنده مختلف (یون کلرید در سمت آب خنک کننده، محیط اسیدی در سمت فرآیند و غیره)، فولاد مقاوم در برابر خوردگی{1} مربوطه را می توان انتخاب کرد: فولاد ضد زنگ آستنیتی 304/316L در محیط خورنده عمومی استفاده می شود. فولاد ضد زنگ دوبلکس (مانند 2205 و 2507) برای مقاومت در برابر خوردگی تنش یون کلرید و خوردگی حفره ای استفاده می شود. تیتانیوم در خنک‌کننده‌های آب دریا استفاده می‌شود، اما هزینه آن گران است و آلیاژ مس{6}}نیکل نیز یکی از انتخاب‌های سنتی است. خانواده فولاد گزینه های زیادی برای این کار فراهم می کند.

در ناحیه{0}}سرعت بالا مانند ورودی سمت لوله، محیط ممکن است باعث فرسایش انتهای لوله شود. با انتخاب مواد با سختی بالاتر، افزایش ضخامت دیواره انتهای لوله یا طراحی حفاظهای مقاوم در برابر فرسایش حل می شود. مدول الاستیک فولاد بالا است و ارتعاش لوله‌های تبادل حرارتی ناشی از جریان سیال را می‌توان به طور موثری سرکوب کرد و از آسیب‌های ناشی از خستگی با چیدمان صفحه پشتیبانی معقول و طراحی بافل جلوگیری کرد.

فرآیندهای ساخت مانند حفاری ورق لوله، انبساط یا جوش لوله های تبادل حرارتی و کلاف پوسته برای فولاد بسیار بالغ و قابل اعتماد هستند. در صورت خوردگی موضعی و نشت در حین کار، تعمیر و نگهداری آنلاین را می توان با بستن لوله ها انجام داد که برای اطمینان از تداوم تولید بسیار مهم است و این قابلیت نگهداری تا حد زیادی به دلیل ویژگی های پردازش فولاد است.

این محیط حاوی اسید فلووسیلیک و اسید سولفوریک است که بسیار خورنده است. معمولاً فولاد ضد زنگ{1} درجه بالا مانند فولاد دوبلکس 2205 یا آلیاژ بالا مانند Hastelloy® G-30 انتخاب می شود.

فولاد آلیاژی Cr{0}Mo (مانند 1.25Cr-0.5Mo-Si، فولاد P11) برای انتقال نفت و گاز با دمای بالا استفاده می‌شود.

آلیاژ مس{0}نیکل (90/10 CuNi) به طور سنتی مورد استفاده قرار می گیرد، و اکنون فولاد ضد زنگ فوق دوبلکس (2507) یا فولاد ضد زنگ فوق آستنیتی (254 SMO®) به طور فزاینده ای برای مقابله با محیط یون کلرید بالا استفاده می شود.

محیط، محلول کاربامات آمونیوم است که در دمای بالا و فشار بالا بسیار خورنده است. استفاده از فولاد ضد زنگ درجه اوره 316L (کربن بسیار کم، واجد شرایط تست Huey) یا تیتانیوم ضروری است.