O que causa vazamentos em tubos de aço inoxidável para GNL?

No sistema de GNL (gás natural liquefeito, operando a -162°C), as causas de vazamento de tubos de aço inoxidável podem ser analisadas a partir de quatro dimensões principais: propriedades do material, fabricação e instalação, operação e manutenção e ambiente externo. Cada causa está diretamente relacionada às especificidades das condições do GNL, como baixa temperatura, alta pressão e a natureza corrosiva do meio (gases ácidos traço). As classificações e mecanismos específicos são os seguintes:

1. Razões relacionadas ao material: Falha das propriedades do material em condições de baixa temperatura

O aço inoxidável comumente usado (como 304L, 316L) no sistema de GNL tem tenacidade a baixa temperatura, mas defeitos no próprio material ou seleção inadequada podem levar diretamente a vazamentos. As questões principais incluem:

1. Composição/desempenho do material não atendendo aos padrões

1) Se o teor de carbono no aço inoxidável for muito alto (como o aço baixo-carbono não do tipo "L"), a corrosão intergranular tende a ocorrer a baixas temperaturas: As pequenas quantidades de gases ácidos, como CO₂ e H₂S, no GNL, combinadas com a água, formarão canais de corrosão nas fronteiras dos grãos. Após um longo período de operação, a profundidade da corrosão aumenta, causando eventualmente a vazamento da parede do tubo.

2) Insuficiente tenacidade em baixa temperatura do material (por exemplo, a energia de impacto Akv não atende aos requisitos da especificação, tipicamente para dutos de GNL, -196℃ requer Akv ≥ 27J): Em temperaturas baixas, o material se torna quebradiço e, quando submetido a vibrações ou flutuações de pressão, tende a desenvolver microfissuras. Uma vez que as fissuras se expandem, ocorre vazamento. 

2. Defeitos internos do material

Defeitos como inclusões, poros e camadas deixados durante o processo de fabricação do material do duto se tornarão pontos de concentração de tensão em condições de baixa temperatura e alta pressão: A baixa temperatura reduz a plasticidade do material e a tensão no local do defeito excede a resistência à tração do material, expandindo - se gradualmente em uma fissura transversal, o que leva ao vazamento. 

II. Fases de Fabricação e Instalação: Defeitos de Processo Semeiam as Bases para os Perigos de Vazamento

O controle inadequado do processo durante a fase de instalação é uma causa frequente de vazamentos em dutos de GNL, especialmente o manuseio da soldagem em baixa temperatura e das estruturas de conexão, que afetam diretamente o desempenho de vedação: 

Defeitos na qualidade da soldagem (a razão mais crucial)

O pipeline de GNL tem requisitos extremamente altos para a tenacidade a baixa temperatura e o desempenho de vedação da solda. Desvios no processo de soldagem podem levar a vários defeitos fatais: 

1) Falta de penetração / fusão incompleta: Existem espaços na raiz da solda ou entre as camadas, formando um caminho de vazamento "em forma de canal". Em temperaturas baixas, o meio tende a filtrar através desses espaços. 

2) Fissuras na solda: Isso inclui fissuras frias a baixa temperatura (causadas pelo resfriamento rápido após a soldagem e teor excessivo de hidrogênio) e fissuras quentes (fissuração de eutéticos de baixo ponto de fusão intergranulares). As fissuras continuarão a se expandir durante a operação como resultado do ciclo de temperatura e flutuações de pressão. 

3) Porosidade / inclusão de escória na solda: A porosidade danificará a estanqueidade da solda, enquanto a inclusão de escória leva a propriedades mecânicas desiguais da solda. Em temperaturas baixas, é propenso a fraturar e vazear no local do defeito. 

2. Falha no selamento da estrutura de conexão

1) Problema na conexão de flange: Danos na superfície de vedação da flange (arranhões, deformação), seleção incorreta da veda (por exemplo, o uso de vedas não específicas para baixas temperaturas, como vedas de borracha comuns que racham em baixas temperaturas), aperto irregular dos parafusos (a contração térmica em baixas temperaturas leva a pressão de vedação local insuficiente), o que pode fazer com que o selamento da superfície da flange falhe e resulte em vazamento do meio. 

2) Problemas na conexão por rosca: Precisão de processamento insuficiente das roscas (como desvio do formato do dente, ajuste solto / apertado), aplicação inadequada de vedante / fita de material bruto (não cobrindo todas as roscas ou bloqueando os canais), e o espaço da rosca se expande devido à contração térmica em baixas temperaturas, resultando em falha do selamento e vazamento. 

3. Deformação ou concentração de tensão na tubulação

Instalação inadequada dos suportes da tubulação (por exemplo, sem suportes deslizantes especiais para aplicações em baixas temperaturas), compensação insuficiente para a dilatação e contração térmica nos estados frio e quente: Durante o abastecimento de GNL, a tubulação sofre resfriamento rápido (da temperatura ambiente para -162°C). Se as restrições forem muito fortes ou o espaço de deslocamento for insuficiente, gerará tensão térmica de baixa temperatura, causando rachaduras nas soldas da tubulação e soltura das interfaces, e consequentemente levando a vazamento. 

III. Operação e manutenção inadequadas: Aumentando o risco de vazamento

Mesmo se a instalação estiver correta, erros de operação e manutenção durante a operação a longo prazo também podem desencadear vazamentos: 

1. Danos causados por operação inadequada

1) Impacto de baixa temperatura: Durante o abastecimento de GNL, a vazão é muito rápida (ultrapassando o requisito especificado de 1-3 m/s), não há pré-resfriamento ou a taxa de pré-resfriamento é muito rápida (normalmente ≤ 5℃/min), resultando em uma queda repentina da temperatura local do tubo, gerando forte tensão térmica e causando rachaduras na solda ou no material do tubo. 

2) Choque de pressão: Se o sistema for pressurizado muito rapidamente, ou se a válvula de alívio de pressão pular e depois não retornar estavelmente à sua posição normal, o pipeline será submetido a um choque de alta pressão instantânea que excede a capacidade de carga do material ou da solda, resultando em vazamento. 

2. Falta ou manutenção inadequada

1) Omissão de inspeções regulares: Falha em realizar testes não destrutivos regulares nos pipelines de acordo com os padrões (como teste ultrassônico UT para soldas, teste de partículas magnéticas MT para rachaduras superficiais), detecção de vazamentos (como detecção de vazamento por espectrometria de massa de hélio, detecção de vazamento com solução de sabão), micro-rachaduras ou vazamentos iniciais não foram detectados a tempo e gradualmente se desenvolveram em vazamentos graves. 

2) Manutenção inadequada: Durante o processo de reparo, peças de reposição não compatíveis com baixas temperaturas foram usadas (por exemplo, substituindo a veda por uma veda comum de amianto), e ao realizar reparos por soldagem, o processo original de soldagem em baixa temperatura não foi replicado (por exemplo, não controlando a temperatura da camada intermediária ou não realizando tratamento térmico pós-soldagem), resultando na área reparada se tornando um novo ponto de vazamento. 

IV. Fatores do ambiente externo: Causando indiretamente vazamentos

Os efeitos a longo prazo do ambiente externo podem danificar a integridade da estrutura do pipeline, levando indiretamente a vazamentos: 

Danos mecânicos

Colisões por obras externas (por exemplo, quando projetos circundantes cavam e entram em contato com os suportes do pipeline), e transmissão de vibração de equipamentos (por exemplo, a vibração de bombas e compressores não sendo isolada efetivamente e sendo continuamente transmitida para o pipeline), resultam em deformação do pipeline, rachadura da solda ou afrouxamento da interface. 

2. Corrosão Ambiental

Em ambientes ao ar livre ou úmidos, a superfície externa dos tubos de aço inoxidável é propensa a corrosão eletroquímica (como a corrosão por íons cloreto em áreas costeiras). Embora os dutos de GNL geralmente tenham revestimentos anticorrosivos (como revestimentos anticorrosivos 3PE), se o revestimento anticorrosivo for danificado e não for reparado em tempo hábil, isso causará o afino da parede do tubo e, eventualmente, levará a vazamentos em condições de baixa temperatura e alta pressão. 

Em conclusão, as causas de vazamento de tubos de aço inoxidável para GNL apresentam as características de "múltiplos links e sobreposição de múltiplos fatores". A lógica central é: Em condições de baixa temperatura, os defeitos dos materiais, os erros de processo e os problemas de tensão são exacerbados. Portanto, é necessário implementar um controle rigoroso ao longo de todo o ciclo de vida da seleção de materiais, fabricação e instalação, e operação e manutenção para reduzir o risco de vazamento.