Чем отличаются трубки из нержавеющей стали для сжиженного природного газа (LNG) от обычных трубок из нержавеющей стали?

Нержавеющие стальные трубы для СПГ (используемые в системах хранения и транспортировки СПГ при низкой температуре -162°C) имеют существенные различия в целях проектирования, требованиях к характеристикам и стандартах производства по сравнению с обычными нержавеющими стальными трубами (например, промышленными трубами, строительными трубами и т.д.). Основные различия заключаются в четырех аспектах: приспособленности к низким температурам, подборе материалов, контроле технологического процесса и стандартах качества. Конкретно: 

I. Различия в основных функциях и сценариях применения 

Нержавеющая стальная труба для СПГ: специально разработана для сверхнизкотемпературного (-162) СПГ, должна выдерживать риски термического сжатия и хрупкости при низких температурах, при этом удовлетворять требованиям к коррозионной стойкости и герметичности СПГ (содержащего следовые количества влаги, CO₂, H₂S и т.д.), и применяется в ключевых системах, таких как резервуары для хранения СПГ, транспортные трубопроводы, соединения насосов и клапанов и т.д. 

Обычные нержавеющие стальные трубы: они в основном используются при нормальной температуре или средне-низких температурах (например, 0 - 100), таких как химические трубопроводы, водоснабжение и архитектурное декорирование и т.д. Их функции заключаются в основном в сопротивлении обычной коррозии и обеспечении конструктивной поддержки. Не нужно учитывать вязкость при сверхнизких температурах и стабильность термического сжатия. 

II. Различия в выборе материалов 

Нержавеющие стальные трубы для СПГ

Общие марки: 316L, 304Lmod (модифицированный 304L), 904L

Содержание углерода: ≤0,03% (ультранизкоуглеродистая сталь, чтобы избежать низкотемпературной хрупкости и сенсибилизации)

Основные легирующие элементы: содержат Mo (2-3%, повышающее коррозионную стойкость при низких температурах), строго контролируют Ni (8-12%, обеспечивающее стабильность аустенита)

Требования к низкотемпературной вязкости: ударная энергия по Шору при -196°C ≥ 47Дж (ASTM A370)

Неметаллические включения: класс ≤ 2 (предотвращение источников низкотемпературных трещин) 

Обычные нержавеющие стальные трубы

Общие марки: 304, 316, 201, 321 и др.

Содержание углерода: Может быть выше (например, для 304 содержание углерода ≤ 0,08%)

Основные легирующие элементы: Некоторые марки не содержат Mo (например, 304), и содержание Ni может быть ниже

Требования к низкотемпературной вязкости: Нет обязательных требований к низкотемпературному ударному испытанию (достаточно испытания на удар при комнатной температуре)

Неметаллические включения: Более низкие требования (обычно ≤ 3-4 класса) 

III. Различия в технологическом процессе производства и контроле качества 

Гарантия вязкости при низких температурах

Трубы для ЛНГ: должны пройти обработку растворением при температуре 1050 - 1100 градусов, а затем закалку в воде, чтобы обеспечить полное растворение карбидов и получить однородную аустенитную структуру (размер зерна довести до ≥ 7 уровней), избежать выпадения хрупких фаз (например, σ - фаз) при низких температурах;

Обычные трубы: температура обработки растворением может быть несколько ниже (например, 1000 - 1050), менее строгие требования к охлаждению (даже воздушное охлаждение), нет строгого контроля за размером зерна и структурой при низких температурах. 

Контроль качества сварки

Трубы для ЛНГ: в процессе сварки используется метод TIG в качестве основного шва + MIG для наполнения, в качестве защитного газа применяется аргон 99,99% чистоты (чтобы предотвратить окисление сплава). Сварные швы должны пройти 100% рентгенографический контроль (РТ) и испытания на ударную вязкость при низких температурах (-196°C), чтобы обеспечить отсутствие дефектов, таких как несплавление или пористость;

Обычные трубы: можно использовать ручной дуговой сварки электродами (SMAW). Требования к защите ниже, и норма контроля сварных швов обычно составляет 10 - 20% (выборочная проверка), без требования к испытаниям на ударную вязкость при низких температурах. 

Точность и стабильность размеров

Труба для ЛНГ: допуск на наружный диаметр ±0,1 мм, допуск на толщину стенки ±5%, округлость (эллиптичность) ≤ 0,5% (для уменьшения напряжений при сборке при низких температурах);

Обычная труба: допуски относительно широкие (например, наружный диаметр ±0,5 мм, толщина стенки ±10%), требования к округлости ниже. 

Обработка поверхности

Трубопровод для ЛНГ: должен пройти кислотную пассивацию + промывку чистой водой для формирования равномерной пассивационной пленки Cr₂O₃ (толщина 5 - 10 нм), а внутреннюю стенку необходимо полировать (Ra ≤ 0,8 мкм, чтобы избежать накопления жидкого ЛНГ и отложения примесей);

Обычная труба: обработка поверхности относительно проста (например, пескоструйная обработка, простая кислотная пассивация), и требования к шероховатости внутренней стенки низкие (достаточно Ra ≤ 3,2 мкм). 

IV. Различия в стандартах качественного контроля 

Требования к нержавеющим стальным трубам для СПГ

Тест на ударную вязкость при низких температурах: Обязательный тест при -196°C, ударная вязкость ≥ 47 Дж

Тест на давление: Сохранять давление, в 1,5 раза превышающее расчетное давление (обычно 1,6 - 4,0 МПа), в течение 30 минут

Проверка на герметичность: Проверка на герметичность с использованием гелия (скорость утечки ≤ 1×10⁻⁹ Па·м³/с)

Тест на межкристаллитную коррозию: Обязательный (например, метод E ASTM A262, отсутствие межкристаллитной коррозии)

Тест на растяжение при низких температурах: Измерение предел прочности при растяжении и удлинения при -162°C 

Общие требования к обычным нержавеющим стальным трубам:

Тест на ударную вязкость при низких температурах: Только ударная вязкость при нормальной температуре (20°C), нет единых требований к низким температурам

Тест на давление: Сохранять давление, в 1,5 раза превышающее номинальное давление, в течение 10 - 15 минут

Проверка на герметичность: В основном проверка водным или воздушным давлением, нет требования к проверке на герметичность с использованием гелия

Тест на межкристаллитную коррозию: Требуется только в определенных условиях (например, для химических трубопроводов), не является обязательным

Механические испытания на растяжение при низких температурах: проводятся только испытания на растяжение при нормальной температуре (20°C) 

V. Заключение: Основное различие заключается в «надежности при низких температурах».

Нержавеющие стальные трубы для сжиженного природного газа (СПГ) - это трубы, специально разработанные для экстремальных условий. Благодаря очистке материала, оптимизации технологии производства и строгим испытаниям они обеспечивают отсутствие хрупкости, отсутствие утечек и коррозионную стойкость при температуре -162 градусов. В то время как обычные нержавеющие стальные трубы удовлетворяют только требованиям нормальных рабочих условий и не могут выдерживать риски хрупкости материала и термических напряжений, связанных с ультранизкими температурами. Поэтому они не могут быть взаимозаменяемы - если использовать обычные нержавеющие стальные трубы в системе СПГ, они могут ломаться из-за недостаточной вязкости при низких температурах, что может привести к серьезным авариям безопасности.