Какие подготовительные работы необходимо выполнить перед использованием нержавеющих труб в системе СПГ?

Перед использованием нержавеющих стальных труб в системе СПГ (где низкотемпературные условия обычно составляют -162°C), необходимо провести подготовительную работу на основе четырех основных целей: проверка соответствия материалов, обеспечение низкотемпературных свойств, контроль чистоты и совместимость при установке. Конкретные шаги следующие:

1. Проверка качества и соответствия материалов

Подтвердить пригодность базового материала для низких температур

Выбрать нержавеющие стальные трубы 304L (с содержанием углерода ≤0,03%) вместо обычных 304 (с содержанием углерода ≤0,08%), чтобы снизить риск межкристаллитной коррозии, вызываемой выделением карбидов (Cr₂₃C₆) при сварке, и предотвратить хрупкое разрушение по границам зерен при низких температурах.

Проверить сертификат качества материала (MTC), чтобы подтвердить ключевые показатели:

Химический состав: содержание Cr 18%-20%, содержание Ni 8%-10,5% (обеспечивая стабильность аустенита и избегание хрупкого превращения мартенсита при низких температурах); 

Механические свойства: Предел прочности при растяжении при комнатной температуре ≥ 515 МПа, предел текучести ≥ 205 МПа. Кроме того, необходимо предоставить **отчет о ударной вязкости при низких температурах при -162℃** (обычно требуется, чтобы ударная энергия была ≥ 27 Дж, в соответствии со стандартами ASME B31.3 или GB 50251);

Состояние термической обработки: Должен пройти растворяющую обработку (водяное охлаждение при 1050 - 1100℃), обеспечивая равномерные аустенитные зерна, устраняя остаточные напряжения от холодной обработки и повышая ударную вязкость при низких температурах. 

Проверка внешнего вида и размеров

Визуальный осмотр поверхности трубы: Без царапин, вмятин, окалины, ржавчины и т.д. (Дефекты склонны стать источниками концентрации напряжений при низких температурах, вызывая трещины);

Измерение ключевых размеров с помощью калибров или микрометров: Отклонения внешнего диаметра и толщины стенки должны соответствовать проектным стандартам (например, ASTM A312), при этом равномерность толщины стенки должна быть ≤ 10%, чтобы избежать недостаточной местной прочности. 

II. Предварительная проверка низкотемпературных свойств (должна проводиться для критических условий)

Тест на ударную вязкость при низкой температуре

Взять образцы из одной партии труб (по стандарту вырезать продольные или поперечные образцы), провести ударный тест Шмидта с V-образным надрезом при **-162℃ (температура кипения СПГ)**, чтобы проверить, соответствует ли ударная энергия проектным требованиям и обеспечить отсутствие риска хрупкого разрушения материала при низких температурах.

Тест на герметичность и прочность на давление (стадия предподготовки к установке)

Провести гидравлический испытательный тест: тестовое давление составляет 1,5 раза проектное давление, и выдерживать в течение 30 минут. Проверить отсутствие утечек и видимой деформации;

Если система имеет чрезвычайно высокие требования к чистоте (например, трубопроводы для транспорта СПГ), можно провести пневматический испытательный тест (с использованием сухого азота при давлении, равном 1,15 раза проектному давлению), в сочетании с гелиевым масс-спектрометром для обнаружения скорости утечки (≤1×10⁻⁹ Па·м³/с), чтобы избежать остатков примесей или влаги. 

III. Очистка и обезжиривание трубопроводов (основной этап, предотвращающий низкотемпературное закупорку / взрыв)

Остаточные масло, вода и примеси в системе СЖГ могут привести к двум основным рискам: ① Замерзание воды при низких температурах заблокирует трубопроводы; ② Смесь масла и СЖГ может создать потенциально опасные ситуации (например, возгорание). Поэтому строгая очистка обязательна: 

Дезинфекция

Используйте тетрахлорметан, трихлорэтилен или специальный антижировой агент для нержавеющей стали (избегайте использования коррозионно-активных растворителей) и проведите обезжиривание путем погружения, опрыскивания или циркуляционного промывания;

После обезжиривания просушивайте чистым сжатым воздухом (или азотом) и отбирайте образцы для анализа: протрите внутреннюю стенку трубопровода белой фильтровальной бумагой, и на ней не должно быть следов масла; или проведите анализ с использованием анализатора масла, при этом остаточное содержание масла должно быть ≤ 50 мг/м². 

Сушка и удаление примесей

Пропускайте сухой азот (с точкой росы ≤ -40°C) через внутреннюю часть трубопровода для удаления влаги и пыли. Продолжительность продувки должна определяться в зависимости от длины трубопровода (обычно 1-2 минуты на метр), пока азот на выходе не будет соответствовать стандартам;

Закрывайте и защищайте концы трубопровода (с использованием пластиковых пробок или уплотнительных крышек), чтобы предотвратить дальнейшее загрязнение при последующем хранении и транспортировке. 

IV. Предварительная обработка перед сваркой (для трубопроводов, которые будут свариваться в месте установки)

Обработка и очистка сварочных шлицев

Обрабатывайте сварочные шлицы в соответствии с требованиями технологии сварки (например, V-образные или U-образные шлицы) с точными углами и толщиной кромок (например, шлиц 60° ± 5°, кромка 1-2 мм). Избегайте несплавления при сварке;

Шлифуйте сварочные шлицы и область вокруг них в радиусе 20 мм с использованием нержавеющих стальных щеток и угловых шлифовальных машин, удаляя окалину и заусенцы; затем протирайте ацетоном или спиртом для удаления остаточных масляных пятен, обеспечивая отсутствие примесей в области сварки (примеси могут вызывать пористость шва, включения шлака и снижать низкотемпературную вязкость). 

Подбор и предварительная обработка сварочных материалов

Выбирайте низкотемпературные сварочные материалы, совместимые с 304L: например, электрод ER308L (для ТИГ-сплавления), электрод E308L-16 (для ручной дуговой сварки). Сварочные материалы должны иметь отчет о низкотемпературных ударах (с энергией удара, соответствующей стандартам при -162℃);

Сварочные материалы должны быть высушены по требованию перед использованием: электроды должны быть высушены при температуре 250-300℃ в течение 1-2 часов и храниться в термостойком цилиндре при температуре 80-100℃ для готовности к использованию; электроды-припои должны быть очищены от поверхностного масла и ржавчины, чтобы обеспечить стабильную дугу при сварке. 

V. Защита при хранении и транспортировке (предотвращение вторичного повреждения)

Условия хранения

Хранить в сухом, вентилируемом складе без коррозионных газов, избегать наружного хранения (чтобы предотвратить ржавчину, вызванную дождями и влагой);

Трубы должны быть размещены на опорах (используя деревянные или нержавеющие стальные кронштейны, чтобы избежать прямого контакта с землей), и оба конца должны быть герметизированы, чтобы предотвратить попадание пыли и влаги.

Защита при транспортировке

Покрывать водонепроницаемой тканью во время транспортировки, чтобы избежать попадания дождя; изолировать трубы мягкими материалами (например, резиновыми прокладками), чтобы предотвратить царапины или вмятины, вызванные столкновениями;

Не смешивать с другими металлами, такими как углеродистая сталь и медь; избегать контакта с коррозией (например, ржавчина на углеродистой стали может загрязнить нержавеющую сталь). 

VI. Подготовка технологических документов перед установкой

Подготовьте технологические карты строительства: укажите параметры сварки (например, ток, напряжение при ТИГ-спаивании, расход защитного газа), требования к испытаниям на низкотемпературные свойства, стандарты очистки и т. д., чтобы обеспечить соответствие строительства требованиям ASME B31.3 (нефтехимические трубопроводы) или ГБ 50251 (спецификации по строительству и приемке газовых трубопроводов);

Подтвердите квалификацию сварщиков: сварщики должны иметь сертификаты о квалификации по сварке специального оборудования (например, AWS D1.6 или китайский сертификат сварщика специального оборудования) и пройти специальную подготовку по сварке низкотемпературной нержавеющей стали, чтобы избежать ошибок при ручном управлении. 

Благодаря вышеуказанной подготовке можно обеспечить соответствие 304-ных труб из нержавеющей стали в системе СПГ требованиям по низкотемпературной вязкости, чистоте и герметичности. Это помогает избежать таких рисков, как трещины, засоры и утечки с самого начала и обеспечивает безопасную работу системы.