Lựa chọn phụ kiện hợp kim cho đường ống công nghệ áp suất cao

Một phụ kiện hợp kim dùng cho đường ống công nghệ áp suất cao phải đáp ứng đồng thời hai yêu cầu: chịu được áp suất trong toàn bộ dải nhiệt độ thiết kế và có bề mặt tiếp xúc với lưu chất chống chịu được môi trường công nghệ thực tế. Hợp kim phù hợp không thể bù đắp cho thiết kế chịu áp không đầy đủ, trong khi phụ kiện có chiều dày thành đủ lớn vẫn có thể hỏng sớm nếu vật liệu dễ bị ăn mòn cục bộ.

Hãy bắt đầu từ các điều kiện thiết kế và tiêu chuẩn đường ống áp dụng, sau đó so sánh các vật liệu tiềm năng dựa trên lưu chất, nhiệt độ, phương pháp nối và yêu cầu kiểm tra. Chỉ riêng kích thước ống danh nghĩa và cấp chiều dày không đủ để xác định phụ kiện có phù hợp với một ứng dụng cụ thể hay không.

Bắt đầu với toàn bộ dải áp suất và nhiệt độ

Ghi lại áp suất và nhiệt độ thiết kế, cũng như dải vận hành bình thường. Bao gồm các điều kiện khởi động, dừng máy, vệ sinh, vận hành bất thường và thử áp. Phụ kiện có thể chịu điều kiện cơ học khắc nghiệt nhất trong lúc nhiệt độ biến động, ngay cả khi áp suất cao nhất xuất hiện vào thời điểm khác.

Độ bền vật liệu thường thay đổi theo nhiệt độ. Đối với ứng dụng ở nhiệt độ cao, hãy sử dụng ứng suất cho phép và quy tắc thiết kế áp dụng cho vật liệu đã chọn theo tiêu chuẩn chi phối. Khi nhiệt độ duy trì trong thời gian dài khiến hiện tượng từ biến trở nên đáng lưu ý, độ bền kéo ngắn hạn không đủ để đánh giá khả năng chịu áp lâu dài.

Ở nhiệt độ thấp, độ dai có thể trở thành yếu tố giới hạn. Quy cách kỹ thuật cần nêu rõ nhiệt độ thiết kế tối thiểu và mọi yêu cầu thử va đập áp dụng cho vật liệu, chiều dày và tiêu chuẩn đường ống.

Đồng thời, cần xác định các điều kiện tải trọng chu kỳ. Việc thay đổi áp suất thường xuyên, quá độ nhiệt và rung động có thể gây lo ngại về mỏi, đặc biệt tại mối hàn, vị trí chuyển tiếp và các vùng tập trung ứng suất. Phụ kiện đáp ứng tính toán áp suất tĩnh không mặc nhiên đủ điều kiện sử dụng trong chế độ tải chu kỳ khắc nghiệt.

Chọn hợp kim phù hợp với thành phần hóa học của lưu chất công nghệ

Việc lựa chọn vật liệu chống ăn mòn đòi hỏi thông tin chi tiết hơn tên lưu chất. Nồng độ, nhiệt độ, oxy hòa tan, clorua, tạp chất và điều kiện dòng chảy đều có thể làm thay đổi tính năng của cùng một hợp kim. Hãy xem xét cả các vùng lưu chất tù đọng và cặn lắng bên cạnh dòng chảy chính: các khe hẹp bên dưới cặn hoặc tại mối nối có thể tạo ra điều kiện khắc nghiệt hơn so với trong khối chất lỏng chính.

Ví dụ, có thể cân nhắc hợp kim niken-molypden-crom như C-276 hoặc C-22 khi các dòng công nghệ chứa clorua có nguy cơ gây ăn mòn rỗ hoặc ăn mòn khe. Tuy nhiên, việc chọn giữa hai loại này vẫn phụ thuộc vào toàn bộ điều kiện tiếp xúc hóa chất, bao gồm cả môi trường oxy hóa và khử. Không nên xem bất kỳ mác nào trong số này là có khả năng chống chịu phổ quát với mọi hỗn hợp axit.

Các hợp kim niken-molypden như B-2 và B-3 là những lựa chọn tiềm năng cho một số ứng dụng axit khử, bao gồm một số ứng dụng với axit clohydric. Mức độ phù hợp của chúng có thể thay đổi khi có tạp chất oxy hóa. Ngược lại, không nên mặc định rằng hợp kim được chọn chủ yếu vì độ bền ở nhiệt độ cao, chẳng hạn như Hastelloy X, có khả năng chống ăn mòn trong môi trường nước tương đương với mác được chọn cho ứng dụng hóa chất ăn mòn mạnh.

Titan có thể là lựa chọn phù hợp trong một số môi trường chứa clorua và nước biển, nhưng không phải là vật liệu thay thế phổ quát cho hợp kim niken. Axit khử, điều kiện khe hẹp và đặc tính của màng oxit bảo vệ đều có thể ảnh hưởng đến mức độ phù hợp của titan. Hợp kim đồng-niken có thể thích hợp trong một số ứng dụng hàng hải, nhưng tính năng của chúng phụ thuộc vào điều kiện dòng chảy và thành phần hóa học của nước; chúng không thể thay thế cho các hợp kim chống ăn mòn nền niken.

Khi dữ liệu ăn mòn đã công bố không phản ánh đúng hỗn hợp công nghệ, hãy đánh giá các vật liệu tiềm năng trong điều kiện đại diện, bao gồm cả mối hàn và cặn dự kiến nếu phù hợp. Tốc độ ăn mòn tổng thể thấp không đồng nghĩa với việc loại trừ được ăn mòn cục bộ hoặc nứt do ăn mòn ứng suất.

Xác định phụ kiện có đủ điều kiện làm bộ phận chịu áp hay không

Xác định loại phụ kiện và phương pháp chế tạo: phụ kiện hàn đối đầu đúc liền hoặc hàn, phụ kiện hàn lồng hoặc ren rèn, hay cấu kiện được thiết kế riêng. Khuỷu, côn thu, tê và nhánh nối có thể có phân bố ứng suất khác nhau, vì vậy chỉ khớp chiều dày thành danh nghĩa với ống thẳng không phải là kiểm tra thiết kế đầy đủ.

Sử dụng tiêu chuẩn đường ống chi phối cùng với tiêu chuẩn cấu kiện áp dụng hoặc phương pháp thiết kế cấu kiện đã được lập thành tài liệu. Kiểm tra kích thước quy định, dung sai chế tạo, mác vật liệu và khả năng chịu áp suất-nhiệt độ của phụ kiện. Với hình dạng không tiêu chuẩn hoặc điều kiện sử dụng nằm ngoài cơ sở đã xác lập của cấu kiện tiêu chuẩn, thiết kế có thể cần thêm tính toán hoặc đánh giá đủ điều kiện.

Đặc biệt chú ý đến chiều dày thành tối thiểu sau gia công hoàn thiện. Quá trình tạo hình, gia công cơ khí và chuẩn bị hàn có thể làm giảm chiều dày cục bộ, trong khi khi sử dụng có thể cần đến lượng dư chống ăn mòn và xói mòn. Vấn đề cần xác định là cấu kiện sau khi hoàn thiện có duy trì được chiều dày yêu cầu tại những vị trí giới hạn nhất hay không, chứ không phải vật liệu ban đầu có chiều dày danh nghĩa phù hợp hay không.

Cần xem xét riêng các mối nối ren khi hậu quả rò rỉ, rung động, ăn mòn hoặc tải trọng chu kỳ là đáng kể. Sự suy giảm tiết diện cục bộ tại ren và phương pháp làm kín mối nối có thể khiến một loại mối nối khác phù hợp hơn. Lựa chọn cuối cùng phụ thuộc vào tiêu chuẩn, cấp áp suất, nhu cầu bảo trì và điều kiện sử dụng.

Xem xét toàn bộ mối nối, không chỉ riêng phụ kiện

Tính năng của phụ kiện phụ thuộc vào các mối hàn và đoạn ống liền kề. Hãy quy định vật liệu ở cả hai phía của mỗi mối nối, kim loại đắp và quy trình hàn đã được chứng nhận. Các mối hàn nối kim loại khác nhau cần được đặc biệt chú ý vì sự pha loãng có thể làm thay đổi thành phần hóa học của kim loại mối hàn và ảnh hưởng đến khả năng chống ăn mòn hoặc tính chất cơ học.

Các biện pháp kiểm soát chế tạo cũng rất quan trọng. Nhiễm bẩn bề mặt, nhiệt lượng đầu vào không phù hợp hoặc xử lý nhiệt không thích hợp có thể làm suy giảm tính năng của hợp kim chống ăn mòn. Ví dụ, khi hàn titan cần có biện pháp che chắn hiệu quả để hạn chế nhiễm bẩn kim loại đang nóng. Đối với hợp kim niken, quy trình hàn phải đáp ứng mác vật liệu đã chọn và các tính chất yêu cầu của mối nối hoàn thiện.

Khi hệ thống công nghệ có sử dụng ống hợp kim niken,ống hợp kim Hastelloy bao gồm các mác như C-276, C-22, B-2, B-3 và X. Đây là điểm khởi đầu hữu ích để đánh giá tính tương thích của vật liệu đường ống, nhưng quy cách ống tự nó không xác lập định mức áp suất hoặc điều kiện đủ chuẩn chế tạo của phụ kiện được làm từ hợp kim đó.

Xây dựng quy cách mua hàng có thể kiểm chứng

Sau khi chọn vật liệu và thiết kế phụ kiện, hãy chuyển quyết định đó thành các yêu cầu có thể kiểm tra khi tiếp nhận hàng. Chỉ nêu tên thương mại của hợp kim là chưa đủ: cần quy định ký hiệu vật liệu và tiêu chuẩn sản phẩm áp dụng, kích thước, tiêu chuẩn phụ kiện hoặc cơ sở thiết kế đã được phê duyệt, và phương pháp chế tạo.

Gói kiểm tra và tài liệu cần phù hợp với hậu quả của sự cố và các yêu cầu của dự án chi phối. Tùy ứng dụng, gói này có thể bao gồm:

• Chứng chỉ vật liệu nêu thành phần hóa học, tính chất cơ học, xử lý nhiệt và khả năng truy xuất nguồn gốc.
• Kiểm tra kích thước, bao gồm chiều dày thành tối thiểu tại các vị trí trọng yếu.
• Nhận dạng vật liệu dương tính để giảm nguy cơ nhầm lẫn mác vật liệu.
• Kiểm tra không phá hủy theo yêu cầu đối với mối hàn hoặc cấu kiện hoàn thiện.
• Thử áp khi được yêu cầu theo tiêu chuẩn áp dụng hoặc quy cách dự án.
• Hồ sơ về quy trình hàn, thợ hàn và mọi thử nghiệm ăn mòn theo yêu cầu.

Trước khi đặt hàng, hãy thống nhất bảng dữ liệu kỹ thuật với thiết kế đường ống: cung cấp dải áp suất và nhiệt độ, thành phần lưu chất, lượng dư chống ăn mòn, chi tiết mối nối, yêu cầu kiểm tra và chu kỳ vận hành dự kiến. Nhờ đó, nhà sản xuất có cơ sở cung cấp phụ kiện có vật liệu, hình dạng và tài liệu phù hợp với ứng dụng dự kiến.