Was verursacht Lecks an LNG Edelstahlrohren?

In einem LNG-System (verflüssigtes Erdgas, betrieben bei -162 °C) können die Ursachen für Leckagen in Edelstahlrohren aus vier Kernaspekten analysiert werden: Materialeigenschaften, Herstellung und Installation, Betrieb und Wartung sowie die äußere Umgebung. Jede Ursache hängt direkt mit den Besonderheiten der LNG-Bedingungen wie Tieftemperatur, hohem Druck und der korrosiven Natur des Mediums (spurenweise saure Gase) zusammen. Die spezifischen Klassifizierungen und Mechanismen sind wie folgt:

1. Materialbezogene Gründe: Versagen der Materialeigenschaften unter Tieftemperaturbedingungen

Der in LNG-Systemen häufig verwendete Edelstahl (z. B. 304L, 316L) hat Tieftemperaturzähigkeit, aber Defekte im Material selbst oder eine ungeeignete Auswahl können direkt zu Leckagen führen. Die Kernprobleme umfassen:

1. Unzureichende Materialzusammensetzung / -leistung

1) Wenn der Kohlenstoffgehalt im Edelstahl zu hoch ist (z. B. nicht "L"-Typ Kohlenstoffstahl), kommt es bei Tieftemperaturen leicht zu interkristalliner Korrosion: Die Spuren von sauren Gasen wie CO₂ und H₂S im LNG bilden zusammen mit Wasser Korrosionskanäle an den Korngrenzen. Nach längerer Betriebsdauer nimmt die Korrosionstiefe zu und führt schließlich zu einer Leckage in der Rohrwand.

2) Unzureichende Tieftemperaturzähigkeit des Materials (z. B. erfüllt die Schlagarbeit Akv nicht die Spezifikationsanforderungen, typischerweise für LNG-Pipelines, bei -196℃ wird Akv ≥ 27J gefordert): Bei tiefen Temperaturen wird das Material spröde, und wenn es Vibrationen oder Druckschwankungen ausgesetzt ist, neigt es dazu, Mikrorisse zu entwickeln. Sobald sich die Risse erweitern, tritt Leckage auf. 

2. Interne Defekte des Materials

Defekte wie Einschlüsse, Poren und Schichtung, die während des Herstellungsprozesses des Rohrmaterials verbleiben, werden unter Tieftemperatur- und Hochdruckbedingungen zu Spannungskonzentrationspunkten: Die Tieftemperatur verringert die Plastizität des Materials, und die Spannung an der Defektstelle überschreitet die Zugfestigkeit des Materials und erweitert sich allmählich zu einem durchgehenden Riss, was zu Leckage führt. 

II. Herstellungs- und Installationsphase: Prozessdefekte legen den Grundstein für Leckagegefahren

Unsachgemäße Prozesskontrolle während der Installationsphase ist eine häufige Ursache für Leckagen in LNG-Pipelines, insbesondere die Behandlung von Tieftemperatur-Schweißungen und Verbindungsstrukturen, die direkt die Dichtleistung beeinflussen: 

Schweißqualitätsfehler (der wichtigste Grund)

Die LNG-Leitung hat extrem hohe Anforderungen an die Tieftemperaturzähigkeit und Dichtigkeit der Schweißnaht. Abweichungen beim Schweißprozess können zu verschiedenen tödlichen Fehlern führen: 

1) Unzureichende Durchdringung / unvollständige Verschmelzung: Es gibt Spalten am Grund der Schweißnaht oder zwischen den Schichten, die einen "kanalartigen" Leckpfad bilden. Bei niedrigen Temperaturen neigt das Medium dazu, durch diese Spalten zu sickern. 

2) Schweißrisse: Dazu gehören Tieftemperatur-Kaltrisse (verursacht durch schnelles Abkühlen nach dem Schweißen und übermäßigen Wasserstoffgehalt) und Heißrisse (Aufreißen von interkristallinen eutektischen Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt). Die Risse werden während des Betriebs infolge von Temperaturzyklen und Druckschwankungen weiter wachsen. 

3) Poren in der Schweißnaht / Schlackeneinschlüsse: Poren beeinträchtigen die Dichtigkeit der Schweißnaht, während Schlackeneinschlüsse zu ungleichmäßigen mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht führen. Bei niedrigen Temperaturen neigt die Schweißnaht an der Fehlstelle dazu, zu brechen und zu lecken. 

2. Versagen der Dichtung der Verbindungsstruktur

1) Probleme mit der Flanschverbindung: Schäden an der Flanschdichtfläche (Kratzer, Verformungen), falsche Auswahl der Dichtung (z. B. Verwendung von nicht speziell für Tieftemperaturen geeigneten Dichtungen, wie gewöhnliche Gummidichtungen, die bei tiefen Temperaturen reißen), ungleichmäßiges Anziehen der Bolzen (thermische Kontraktion bei tiefen Temperaturen führt zu unzureichendem lokalen Dichtdruck), was alle dazu führen können, dass die Dichtung der Flanschfläche versagt und es zum Austritt des Mediums kommt. 

2) Probleme mit der Gewindeverbindung: Unzureichende Verarbeitungsgenauigkeit der Gewinde (z. B. Zahnformabweichung, zu lose / zu enge Passung), fehlerhafte Anwendung von Dichtmittel / Rohstoffband (nicht alle Gewinde abdecken oder die Kanäle blockieren), und der Gewindespalt erweitert sich aufgrund der thermischen Kontraktion bei tiefen Temperaturen, was zum Versagen der Dichtung und zum Austritt führt. 

3. Rohrleitungsverformung oder Spannungskonzentration

Falsche Installation der Rohrleitungsstützen (z. B. keine speziellen Gleitstützen für Tieftemperaturanwendungen), unzureichende Kompensation für Wärmeausdehnung und -kontraktion in kaltem und heißem Zustand: Beim Befüllen mit LNG wird die Rohrleitung schnell abgekühlt (von Raumtemperatur auf -162℃). Wenn die Einschränkungen zu stark sind oder der Verschieberaum unzureichend ist, entstehen Tieftemperatur-Wärmespannungen, die zu Rissen in den Rohrleitungsnähten und zu Lockern der Schnittstellen führen und anschließend zum Austritt führen. 

III. Unsachgemäße Bedienung und Wartung: Erhöhtes Leckagerisiko

Selbst wenn die Installation korrekt durchgeführt wurde, können Bedien- und Wartungsfehler während des langfristigen Betriebs ebenfalls Leckagen auslösen: 

1. Schäden durch unsachgemäße Bedienung

1) Kälteeinwirkung: Beim Befüllen mit LNG ist die Strömungsgeschwindigkeit zu hoch (übersteigt die vorgeschriebene Anforderung von 1-3 m/s), es wird keine Vorkühlung durchgeführt oder die Vorkühlgeschwindigkeit ist zu hoch (typischerweise ≤ 5℃/min), was zu einem plötzlichen Abfall der lokalen Rohrtemperatur führt, starke thermische Spannungen erzeugt und Risse in der Schweißnaht oder im Rohrmaterial verursacht. 

2) Druckstoß: Wenn das System zu schnell druckbeaufschlagt wird oder wenn das Druckentlastungsventil anspricht und dann nicht stabil in seine Normalposition zurückkehrt, wird das Rohr einem momentanen Hochdruckstoß ausgesetzt, der die Belastbarkeit des Materials oder der Schweißnaht übersteigt, was zu einer Leckage führt. 

2. Mangelnde oder unsachgemäße Wartung

1) Auslassung regelmäßiger Inspektionen: Nicht die regelmäßige zerstörungsfreie Prüfung von Rohrleitungen gemäß den Standards (z. B. UT-Ultraschallprüfung für Schweißnähte, MT-Magnetpulverprüfung für Oberflächenrisse), Lecksuche (z. B. Helium-Massenspektrometrie-Lecksuche, Seifenlösungs-Lecksuche) durchzuführen, frühzeitige Mikrorisse oder Leckagen wurden nicht rechtzeitig erkannt und entwickelten sich allmählich zu schwerwiegenden Leckagen. 

2) Unsachgemäße Wartung: Beim Reparaturvorgang wurden Ersatzteile verwendet, die nicht für Tieftemperaturen geeignet sind (z. B. wurde das Dichtungselement durch eine gewöhnliche Asbestdichtung ersetzt), und beim Durchführen von Schweißreparaturen wurde das ursprüngliche Tieftemperatur-Schweißverfahren nicht wiederholt (z. B. wurde die Zwischenschichttemperatur nicht kontrolliert oder keine Nachwärmebehandlung nach dem Schweißen durchgeführt), was dazu führte, dass der reparierte Bereich zu einem neuen Leckpunkt wurde. 

IV. Externe Umweltfaktoren: Indirekte Ursache für Lecks

Die langfristigen Auswirkungen der Umwelt können die Integrität der Rohrleitungsstruktur beschädigen und indirekt zu Lecks führen: 

Mechanische Beschädigung

Außenliegende Baustellenkollisionen (z. B. wenn umliegende Projekte graben und mit Rohrleitungsstützen in Kontakt kommen) und die Übertragung von Geräuschvibrationen (z. B. wenn die Vibrationen von Pumpen und Kompressoren nicht effektiv isoliert werden und kontinuierlich auf die Rohrleitung übertragen werden) führen zu einer Verformung der Rohrleitung, zum Reißen der Schweißnähte oder zum Lockern der Verbindungen. 

2. Umweltkorrosion

In Freiluft- oder feuchten Umgebungen neigt die Außenoberfläche von Edelstahlrohren zur elektrochemischen Korrosion (z. B. Chloridionenkorrosion in Küstengebieten). Obwohl LNG-Pipelines oft Korrosionsschutzbeschichtungen haben (z. B. 3PE-Korrosionsschutzbeschichtungen), führt es, wenn die Korrosionsschutzbeschichtung beschädigt und nicht rechtzeitig repariert wird, zu einer Dünnschichtung der Rohrwand und schließlich zu einer Leckage unter Niedertemperatur- und Hochdruckbedingungen.

Zusammenfassend haben die Ursachen für Leckagen in LNG-Edelstahlrohren die Eigenschaft, dass "mehrere Verfahrensschritte und mehrere Faktoren überlappen". Die Kernlogik ist: Unter Niedertemperaturbedingungen werden Materialfehler, Verfahrensfehler und Spannungsprobleme verschärft. Daher muss in der gesamten Lebensdauer von der Materialauswahl, Herstellung und Installation bis hin zum Betrieb und zur Wartung eine strenge Kontrolle durchgeführt werden, um das Leckagerisiko zu verringern.