Normy specyfikacji materiałów dla części z gazu ziemnego w środowiskach kriogenicznych LNG

Dobór metalurgiczny pod kątem plastyczności w niskich temperaturach

1. Podczas projektowania Części do gazu ziemnego w przypadku zastosowań skroplonego gazu ziemnego (LNG) głównym wyzwaniem inżynieryjnym jest zapobieganie „kruchości na zimno”. Standardowe stale węglowe podlegają przemianie z plastycznej w kruchą w temperaturach znacznie przekraczających temperaturę wrzenia LNG wynoszącą -162°C. Dlatego dobór metali do usług kriogenicznego gazu ziemnego wymaga materiałów o strukturze sieciowej typu Face-Centered Cubic (FCC), takich jak austenityczna stal nierdzewna lub stal z zawartością 9% niklu.
2. Powszechnie określone gatunki stali nierdzewnej do zaworów LNG obejmują ASTM A351 CF8M i CF3M. Gatunki te zachowują wysoką udarność z karbem Charpy'ego V w temperaturach tak niskich jak -196°C, zapewniając, że elementy znajdujące się pod ciśnieniem nie ulegną katastrofalnemu pękaniu pod wpływem naprężeń eksploatacyjnych.
3. W przypadku infrastruktury rurociągów o dużym obciążeniu, niskotemperaturowa stal węglowa vs stal nierdzewna porównania często prowadzą inżynierów do określenia klasy 6 ASTM A333 dla umiarkowanych mrozów, ale w przypadku prawdziwie kriogenicznego transportu LNG, AISI 304/304L i 316/316L pozostają punktem odniesienia ze względu na zawartość chromu i niklu, który stabilizuje fazę austenitu.

Integralność uszczelnienia i kontrola emisji niezorganizowanej w temperaturze -162°C

1. The kriogeniczne materiały uszczelniające do gazu ziemnego musi pokonać wysokie współczynniki skurczu termicznego polimerów. Tradycyjne elastomery zawodzą, gdy osiągają temperaturę zeszklenia (Tg). W związku z tym Części do gazu ziemnego takie jak uszczelki i gniazda zaworów, wykorzystują PCTFE (polichlorotrifluoroetylen) lub modyfikowany PTFE (politetrafluoroetylen) wzmocniony włóknami szklanymi lub węglowymi, aby utrzymać uszczelnienie w temperaturach stanu ciekłego.
2. Emisje niezorganizowane stanowią poważny problem w terminalach LNG. Wysoka integralność normy dotyczące wycieków komponentów LNG podlegają normie ISO 15848-1. Aby osiągnąć szczelność klasy A, komponenty często zawierają systemy uszczelnień obciążone pod napięciem, w których sprężyny Belleville wywierają stały nacisk na uszczelnienie trzpienia, kompensując skurcz termiczny Części do gazu ziemnego podczas cykli schładzania.
3. Jak zapobiegać uszkodzeniom uszczelnień w częściach LNG wymaga użycia wydłużonych osłon (kolumn parowych) na zaworach kriogenicznych. Taka konstrukcja umożliwia pracę uszczelnienia trzpienia w temperaturze otoczenia poprzez utrzymywanie buforu gazowego pomiędzy ciekłym LNG a dławikiem uszczelniającym, zapobiegając tworzeniu się lodu, który mógłby uszkodzić powierzchnię uszczelniającą.

Analiza właściwości fizycznych stopów kriogenicznych

1. Niezawodność mechaniczna Części do gazu ziemnego jest weryfikowana poprzez rygorystyczną analizę naprężenia i odkształcenia w ekstremalnych temperaturach. Materiał musi nie tylko być odporny na pękanie, ale także zachowywać określoną granicę plastyczności (zwykle 205 MPa dla 316L), aby wytrzymać wewnętrzne ciśnienia występujące w układach pomp wysokociśnieniowych.
2. Porównanie techniczne właściwości materiałów kriogenicznych:

Normy dotyczące inżynierii precyzyjnej i wykończenia powierzchni

1. Morfologia powierzchni jest istotna dla trwałość regulatorów i armatury LNG . A Wykończenie powierzchni Ra do uszczelek gazowych Aby zapewnić gazoszczelne połączenie metal-metal, wymagana jest grubość od 0,4 do 0,8 mikrometra. Precyzyjna obróbka zapobiega miejscowym powstawaniu naprężeń, które mogłyby prowadzić do uszkodzeń zmęczeniowych podczas szybkiego rozszerzania i kurczenia się Części do gazu ziemnego .
2. Spotkać się Normy dotyczące rurociągów kriogenicznych ASME B31.3 , wszystko Części do gazu ziemnego muszą przejść badania nieniszczące (NDT), w tym kontrolę penetracyjną barwnika (DPI) i badania radiograficzne (RT). Gwarantuje to, że odlana lub kuta struktura ziaren będzie wolna od mikroskopijnych wtrąceń, które mogłyby rozszerzyć się pod wpływem cykli termicznych od kriogenicznej do otoczenia, typowych dla obiektów LNG o goleniu szczytowym.
3. Zrozumienie odporność na korozję części LNG polega na analizie skutków kondensacji atmosferycznej. Ponieważ komponenty kriogeniczne są podatne na „oblodzenie”, muszą być odporne na pękanie korozyjne naprężeniowe wywołane chlorkami (CSCC), jeśli są zlokalizowane w przybrzeżnych węzłach importu/eksportu LNG, co wymaga wysokiego współczynnika odporności wżerowej (PREN) przy doborze stopu.

Często zadawane pytania dotyczące inżynierii

1. Jaki jest najpopularniejszy materiał na korpusy zaworów LNG? ASTM A351 CF8M (stal nierdzewna 316) to standard branżowy ze względu na doskonałą udarność w temperaturze -196°C.
2. Dlaczego do LNG nie można stosować stali węglowej? Stal węglowa ulega „kruchości na zimno” w temperaturze poniżej -29°C, traci swoją wytrzymałość i pęka jak szkło pod wpływem uderzenia.
3. Co to jest PCTFE i dlaczego jest stosowany w LNG? PCTFE to specjalistyczny fluoropolimer stosowany do gniazd zaworów, ponieważ zachowuje swoje właściwości mechaniczne i stabilność wymiarową w temperaturach kriogenicznych lepiej niż PTFE.
4. Jak działają wydłużone maski na zaworach LNG? Zapewniają pionowy słup gazu, który pozwala uszczelce utrzymać ciepło, zapobiegając zamarznięciu i uszkodzeniu uszczelki.
5. Jakie badania NDT są wymagane w przypadku kriogenicznych składników gazu ziemnego? Testy wizualne, penetracyjne i radiograficzne są standardem w celu zapewnienia wewnętrznej i zewnętrznej integralności strukturalnej.

Referencje techniczne

1. ASME B31.3: Kodeks rurociągów procesowych do obsługi płynów kriogenicznych.
2. NACE MR0175/ISO 15156: Materiały do ​​stosowania w środowiskach zawierających H2S przy wydobyciu ropy i gazu.
3. ISO 28921-1: Zawory przemysłowe – Zawory odcinające do zastosowań niskotemperaturowych.