Какие преимущества применения труб из нержавеющей стали для сжиженного природного газа (СПГ) в нефтегазовой отрасли?

Какие преимущества применения LNG нержавеющих стальных труб в нефтегазовой отрасли? 

В системах LNG нефтегазовой отрасли преимущества применения нержавеющих стальных труб (например, моделей 304, 316L и т.д.) главным образом сосредоточены вокруг трех основных требований: терпимости к низким температурам, коррозионной стойкости и структурной стабильности. Конкретно, их можно разделить на следующие пять категорий: 

1. Отличительные низкотемпературные механические свойства, подходящие для ультранизких температурных условий LNG

Температура хранения и транспортировки LNG составляет -162℃. Обычные металлические трубы (например, углеродистая сталь) при этой температуре будут испытывать "низкотемпературную хрупкость" (резкое снижение ударной вязкости и легкость разрушения), в то время как нержавеющие стальные трубы решили эту проблему за счет конструкции компонентов (содержащих хром и никель): 

Высокая низкотемпературная вязкость: нержавеющая сталь 304/316L все еще может сохранять хорошую ударную вязкость (≥27J) при -196℃ (температуре жидкого азота), без риска хрупкости, и может выдерживать низкотемпературный удар и вибрацию во время транспортировки LNG.

Хорошая стабильность при низкотемпературном усадке: Коэффициент линейного расширения относительно низкий (около 16,5×10⁻⁶/℃), и усадка равномерна при низких температурах. При разумном дизайне опор (например, скользящих опорах) можно избежать трещин в трубах или утечек на соединениях, вызванных напряжениями из-за внезапных изменений температуры. 

2. Высокая коррозионная стойкость, подходит для различных сред и сложных условий окружающей среды

В нефтяной и газовой промышленности системы сжиженного природного газа (СПГ) часто контактируют с влагой, солью (на побережных/морских платформах) и микроскопическими количествами кислых газов (например, H₂S, CO₂). Преимущество в коррозионной стойкости нержавеющих стальных труб значительное: 

Защита от электрохимической коррозии: Элемент хром образует плотную оксидную пленку Cr₂O₃ на поверхности трубы, которая может препятствовать контакту воды, соли и других веществ с основным материалом, избавляя от распространенной "низкотемпературной мокрой коррозии" углеродистой стали (например, ржавчины, вызванной влагой, содержащейся в испаряющемся газе СПГ);

Сопротивление эрозии химическими средами: нержавеющая сталь 316L благодаря добавлению молибдена (Mo) имеет более высокое сопротивление Cl⁻ (например, соли в прибрежных условиях) и H₂S, что делает ее подходящей для жестких условий, таких как морские терминалы приема СПГ и подводные трубопроводы СПГ;

Сопротивление влиянию самой среды СПГ: СПГ (главным образом состоящий из метана) не имеет растворяющего или коррозионного действия на нержавеющую сталь, а внутренняя стенка трубы гладкая, что делает ее менее склонной к адсорбции примесей, тем самым предотвращая засор или загрязнение, вызванные реакцией между средой и трубой. 

3. Отличная конструкционная прочность и герметичность обеспечивают безопасность системы. Система СПГ имеет чрезвычайно высокие требования к давлению и герметичности трубопроводов (утечка может привести к таким рискам, как взрыв и обморожения), и нержавеющие стальные трубы имеют естественные преимущества в конструкционных характеристиках: 

Высокая прочность и сопротивление давлению: при комнатной температуре временное сопротивление разрыву ≥515МПа, а предел текучести ≥205МПа, что позволяет удовлетворить требования высокого давления при транспорте СПГ (например, давление на длинных трубопроводах обычно составляет 1,6~10МПа); прочность дополнительно повышается при низких температурах и не вызывает пластической деформации из-за колебаний давления.

Отличительная сварочная способность: После сварки методами, такими как аргонодуговая сварка (TIG), шов может восстановить вязкость путем обработки растворением, избегая охрупчивания в термоаффектированной зоне сварки, и шов обладает хорошей герметичностью, причем коэффициент утечки значительно ниже, чем у углеродистых стальных труб (коэффициент утечки нержавеющих стальных труб обычно ≤1×10⁻⁹Па・м³/с).

Гладкая внутренняя поверхность и низкое сопротивление потоку: Шероховатость внутренней поверхности нержавеющих стальных труб ≤0,8мкм, что значительно ниже, чем у углеродистой стали (≥3,2мкм), что позволяет уменьшить трение во время транспортировки сжиженного природного газа (СПГ), снизить энергозатраты на транспортировку и предотвратить накопление примесей на стенках труб, которое может привести к локальному обледенению или засорению.

4. Долгий срок службы и снижение затрат на весь жизненный цикл

Объекты СПГ в нефтегазовой промышленности, такие как приемные терминалы, резервуары для хранения и магистральные трубопроводы, обычно проектируются для долговременной эксплуатации (проектный срок службы ≥ 20 лет). Долгий срок службы нержавеющих стальных труб может значительно снизить затраты на техническое обслуживание и эксплуатацию:

Сильная стойкость к погодным условиям: При укладке на улице или под землей он может противостоять ветру, дождю и коррозии почвы (без необходимости частого проведения технического обслуживания антикоррозионным покрытием), срок службы составляет от 30 до 50 лет, что в 2 - 3 раза больше, чем у углеродистых стальных труб (около 10 - 15 лет);

Низкие требования к техническому обслуживанию: В отличие от углеродистой стали, не требуется регулярное нанесение антикоррозионной краски или катодной защиты. Необходимо только регулярно проверять теплоизоляционный слой и швы, что позволяет сократить объемы оперативного и технического обслуживания более чем на 50%;

Высокая перерабатываемость: Нержавеющая сталь - это материал, который можно перерабатывать. После списания объекта трубопроводы можно переработать и использовать повторно, что соответствует потребностям зеленого развития отрасли. 

5. Специально разработаны для уникальных требований систем СПГ, обладают высокой совместимостью

Система СПГ включает в себя множество стадий, таких как низкотемпературное хранение, транспортировка и газообразование. Совместимость труб из нержавеющей стали может удовлетворить требования различных сценариев: 

Приспособляемость к внезапным изменениям температуры: он может выдерживать быстрые колебания температуры от окружающей (во время монтажа/ремонта) до -162℃ (во время работы), со скоростью охлаждения до 5~10℃/мин при замене в холодном состоянии, не трескается из-за термического расширения и сжатия.

Совместимость с различными аксессуарами: он имеет высокую совместимость материалов с аксессуарами из нержавеющей стали, такими как клапаны, фланцы, фильтры и другие, избегая гальванического коррозии, вызванной контактом различных металлов, и обеспечивая более надежный уплотнение соединения.

Легкость: по сравнению с углеродистыми стальными трубами того же стандарта, трубы из нержавеющей стали (особенно тонкостенные трубы) легче (например, труба DN100, 304 нержавеющая сталь легче на около 15% по сравнению с углеродистой сталью), уменьшая нагрузку на опоры и снижая сложность и стоимость монтажа на высоте или на море.