Gli impianti di produzione petrolchimica sono strutture industriali complete che utilizzano petrolio e gas naturale come materie prime per produrre materie prime chimiche di base come etilene, propilene, benzene e p-xilene e prodotti polimerici come resina sintetica, gomma sintetica e fibra sintetica attraverso una serie di reazioni chimiche complesse come cracking, reforming, polimerizzazione e alchilazione. Questi processi di solito implicano alte temperature, alta pressione, esposizione all'idrogeno e mezzi fortemente corrosivi, che impongono requisiti estremamente severi ai materiali delle apparecchiature di produzione.
Vantaggi e caratteristiche principali
Eccellente tolleranza alle alte temperature e alle alte pressioni.
I dispositivi di reazione del nucleo petrolchimico, come i tubi a sezione radiante e i tubi del vapore ad alta-temperatura del forno per il cracking dell'etilene, funzionano a temperature elevate superiori a 800 gradi per molto tempo. La scelta di un acciaio legato speciale con eccellente resistenza alle alte-temperature, resistenza allo scorrimento viscoso e all'ossidazione, come l'acciaio legato resistente al calore-migliorato della serie HP (25Cr-35Ni), è la chiave per garantire il funzionamento sicuro e stabile a lungo termine dell'impianto in condizioni di carico termico estremo.
Soluzioni anti-corrosione diversificate
Esistono molti tipi di mezzi nel processo di produzione petrolchimica e l'ambiente di corrosione è complesso e mutevole, incluso ma non limitato alla corrosione dello zolfo ad alta temperatura, alla corrosione dell'acido naftenico, alla corrosione dell'idrogeno, alla tensocorrosione da cloruro e alla corrosione dell'acido politionico. Steel offre un pedigree completo, dall'acciaio al carbonio, all'acciaio bassolegato, all'acciaio inossidabile (austenite, ferrite, duplex), alle leghe a base di nichel- fino alle leghe speciali attraverso le leghe, che possono essere personalizzate in base allo specifico ambiente di corrosione per ottenere il miglior equilibrio tra sicurezza ed economia.
Ottima manifattura e riparabilità
Gli impianti petrolchimici sono per lo più apparecchiature su larga-scala personalizzate in pezzi singoli o piccoli lotti. La buona plasticità, saldabilità e la matura tecnologia di trattamento termico dell'acciaio rendono le strutture complesse come il forno di cracking e la grande torre realizzate con successo. Nel funzionamento a lungo-termine e nella manutenzione regolare del dispositivo, la riparabilità dei componenti in acciaio (come superfici, saldature di riparazione e sostituzioni locali) è di gran lunga superiore a quella di molti altri materiali, il che prolunga notevolmente la durata utile complessiva del dispositivo.
Design maturo e affidabile e sistema standard
L’industria petrolchimica dispone di standard sui materiali maturi (come ASME, ASTM, NACE, ecc.) e specifiche di progettazione universalmente accettate. I dati prestazionali (proprietà meccaniche, dati sulla corrosione e qualificazione della procedura di saldatura) di ciascun acciaio sono supportati da database dettagliati, che forniscono una base solida e affidabile per la progettazione ingegneristica, la valutazione della sicurezza, la gestione e il controllo dei rischi e garantiscono la standardizzazione e la sicurezza della costruzione e del funzionamento degli impianti petrolchimici in tutto il mondo.
Tipico Applicazioni
Tubo del forno per cracking dell'etilene: tubi in acciaio legato resistente al calore tramite fusione centrifuga-come 25Cr-35Ni-Nb(HP40Nb) sono ampiamente utilizzati per resistere a temperature della parete fino a 1150 C.
Torre di adsorbimento dell'impianto p-xilene (PX): piastra in acciaio composito in acciaio inossidabile (SA516 Gr.70+ 304L) viene spesso utilizzata nel corpo della torre per resistere alla corrosione del mezzo aromatico.
Reattore a circuito in polipropilene: realizzato in acciaio ad alta resistenza-bassolegato-in ambiente di polimerizzazione ad alta-pressione e la parete interna è altamente lucidata o trattata in modo speciale per evitare che il polimero si attacchi alla parete.
I recipienti a pressione e i reattori sono le apparecchiature principali dei processi chimici e petrolchimici, utilizzati per reazioni fisiche o chimiche, stoccaggio e separazione dei materiali. Funzionano a una determinata pressione (solitamente alta pressione) e temperatura e il mezzo interno è spesso infiammabile, esplosivo, tossico o fortemente corrosivo. La sua progettazione, produzione e selezione dei materiali sono direttamente correlate alla sicurezza e alla stabilità dell'intera fabbrica.
Vantaggi e caratteristiche principali
L'elevata resistenza e tenacità garantiscono la sicurezza intrinseca.
In quanto confine-che sopporta la pressione, il guscio del contenitore deve prevenire catastrofiche fratture fragili ed esplosioni di plastica. Adottando piastre di acciaio ad alta resistenza-bassolegato-(come SA516GR. 70 e SA537CL. 1) e assicurando che i materiali (in particolare la zona saldata e interessata dal calore) abbiano ancora sufficiente resilienza alla temperatura minima del metallo di progetto, il margine di sicurezza dell'apparecchiatura in condizioni di lavoro anomale è fondamentalmente garantito.
Resistenza mirata alle fessurazioni ambientali
In un ambiente umido di idrogeno solforato, è necessario utilizzare piastre di acciaio resistenti alla fessurazione indotta da idrogeno- (HIC) e alla fessurazione da tensocorrosione da solfuro (SSC) (conforme allo standard NACE MR0175/ISO 15156). Nell'unità di desolforazione liquida dell'ammina è opportuno prendere in considerazione la prevenzione della rottura per corrosione da stress alcalino (ASCC). In ambienti contenenti cloruri, per eliminare lo stress è necessario l'acciaio inossidabile duplex o il trattamento termico post-saldatura. L’acciaio può soddisfare questi requisiti specifici attraverso l’ottimizzazione della composizione e il controllo del processo produttivo.
Combinazione flessibile di materiali e tecnologia composita
Per mezzi altamente corrosivi, è costoso utilizzare tutte le leghe avanzate. È uno schema economico ed efficace adottare la struttura composita di "acciaio+strato resistente alla corrosione", come il rivestimento in acciaio inossidabile o un rivestimento in lega a base di nichel- su un substrato di acciaio al carbonio o di acciaio a bassa lega, oppure utilizzando direttamente compositi esplosivi o piastre di acciaio composite rotolanti. Ciò consente di sfruttare appieno i vantaggi in termini di resistenza dell'acciaio di base e i vantaggi di resistenza alla corrosione dei materiali di rivestimento.
Eredità affidabile di produzione e ispezione
La fusione, la laminazione, il trattamento termico e il successivo taglio, formatura, saldatura e controlli non distruttivi dell'acciaio per recipienti a pressione hanno formato un insieme di sistemi industriali estremamente rigorosi e maturi. ASME VIII, GB 150 e altre specifiche riconosciute a livello internazionale hanno stabilito disposizioni obbligatorie su materiali, progettazione, produzione e ispezione per garantire che ogni contenitore franco fabbrica abbia una garanzia di qualità tracciabile.
Tipico Applicazioni
Reattore di idrogenazione
Lo spessore tipico della parete è enorme, adottando una struttura di saldatura per forgiatura di acciaio 2,25Cr-1Mo (SA387 Gr.22) o 3Cr-1Mo o di saldatura di piastre e la parete interna è rivestita in acciaio inossidabile TP309L+TP347.
Serbatoio sferico per ammoniaca liquida
L'acciaio ad alta resistenza bassolegato (come 07MnNiMoVDR) è comunemente utilizzato per ridurre lo spessore delle pareti sottili e per i giunti saldati vengono imposti severi requisiti di resistenza agli urti a bassa temperatura.
Torre di essiccazione del cloro nell'industria dei cloro-alcalini
Poiché il mezzo contiene cloro umido, che è estremamente corrosivo, il guscio in acciaio al carbonio è solitamente rivestito in gomma o polipropilene rinforzato direttamente (FRPP), ma la struttura di supporto principale è ancora in acciaio.
Lo scambiatore di calore e il condensatore sono le apparecchiature chiave per realizzare lo scambio e il recupero di calore nei processi chimici, ampiamente utilizzati nel riscaldamento, raffreddamento, condensazione ed evaporazione dei materiali. Le sue prestazioni influiscono direttamente sul consumo energetico e sull'efficienza dell'intero processo. Solitamente affrontano molteplici sfide, come stress dovuto alla differenza di temperatura, corrosione di diversi mezzi sul lato tubo/guscio, incrostazioni e vibrazioni-indotte dai fluidi.
Vantaggi e caratteristiche principali
Eccellente conduttività termica unita alla robustezza
Sebbene rame, alluminio e altri metalli abbiano una migliore conduttività termica, l’acciaio presenta vantaggi completi in termini di robustezza, resistenza alla pressione, intervallo di temperature e costi. L'acciaio al carbonio e l'acciaio bassolegato rappresentano la prima scelta per piastre tubiere e involucri in molte condizioni di lavoro non-corrosive, come nel caso degli scaldacqua di alimentazione delle caldaie. Per i tubi di trasferimento del calore, i tubi in acciaio inossidabile a pareti sottili-o i tubi in acciaio a bassa lega- possono fornire una buona efficienza di trasferimento del calore garantendo al tempo stesso resistenza alla pressione e alla temperatura.
Ampia scelta di materiali resistenti alla corrosione-
A seconda dei diversi mezzi corrosivi (ione cloruro sul lato dell'acqua di raffreddamento, mezzi acidi sul lato del processo, ecc.), è possibile selezionare il corrispondente acciaio resistente alla corrosione-: l'acciaio inossidabile austenitico 304/316L viene utilizzato in ambienti corrosivi generali; L'acciaio inossidabile duplex (come 2205 e 2507) viene utilizzato per resistere alla corrosione da stress da ioni cloruro e alla corrosione per vaiolatura; Il titanio viene utilizzato nei raffreddatori dell'acqua di mare, ma il costo è elevato e anche la lega di rame-nichel è una delle scelte tradizionali. La famiglia degli acciai offre una vasta gamma di opzioni a questo scopo.
Buona resistenza all'erosione e resistenza alle vibrazioni.
Nell'area ad alta-velocità, come l'ingresso del lato del tubo, il mezzo potrebbe causare l'erosione dell'estremità del tubo. Il problema viene risolto selezionando materiali con durezza più elevata, aumentando lo spessore delle pareti delle estremità dei tubi o progettando deflettori resistenti all'erosione-. Il modulo elastico dell'acciaio è elevato e la vibrazione dei tubi di scambio termico causata dal flusso del fluido può essere efficacemente soppressa e i danni da fatica possono essere prevenuti attraverso una disposizione ragionevole della piastra di supporto e un design del deflettore.
Comodità di produzione e manutenzione matura
Processi di produzione come la perforazione delle piastre tubiere, l’espansione o la saldatura dei tubi di scambio termico e l’avvolgimento dei gusci sono molto maturi e affidabili per l’acciaio. In caso di corrosione locale e perdite durante il funzionamento, la manutenzione in linea può essere eseguita tappando i tubi, il che è molto importante per garantire la continuità della produzione, e questa manutenibilità è in gran parte dovuta alle caratteristiche di lavorazione dell'acciaio.
Tipico Applicazioni
Scambiatore di calore ad alta-pressione dell'unità di idrogenazione della raffineria
Il guscio e il tubo sono tutti costituiti da idrogeno ad alta-pressione, il guscio è in acciaio 2,25Cr-1Mo e i tubi sono realizzati nello stesso materiale o in acciaio inossidabile austenitico.
Condensatore di superficie del vapore di una centrale elettrica o di un impianto chimico
Il guscio è in acciaio al carbonio e migliaia di tubi di trasferimento del calore sono tradizionalmente realizzati in ottone blu scuro o rame bianco. Le moderne unità-su larga scala utilizzano principalmente tubi in acciaio inossidabile TP304/TP316 o tubi in titanio, mentre la piastra tubiera utilizza piastre composite in acciaio inossidabile.
Preriscaldatore dell'acqua di alimentazione della caldaia dell'unità di sintesi del metanolo
Solitamente realizzato in acciaio al carbonio (tubo SA179, mantello SA516), con l'economia come considerazione principale.
I serbatoi di stoccaggio e i silos vengono utilizzati per lo stoccaggio statico di materie prime, prodotti intermedi, prodotti finiti e vari materiali ausiliari (come acqua e prodotti chimici). La sua scala spazia da piccoli serbatoi di diversi metri cubi a giganteschi serbatoi di stoccaggio di oltre 100.000 metri cubi. La progettazione deve considerare la pressione della colonna idrostatica, le caratteristiche del materiale (corrosività, tossicità e volatilità), i carichi ambientali (vento, neve e terremoto) e l'assestamento delle fondazioni.
Vantaggi e caratteristiche principali
Eccellente economia e capacità di costruzione su larga scala-
Per i grandi serbatoi di stoccaggio atmosferici e a bassa pressione, l'acciaio (principalmente acciaio al carbonio) è l'unico materiale che può tenere in considerazione resistenza, lavorabilità ed economia. Laminando e saldando grandi lastre di acciaio (con una larghezza di oltre 3 metri), è possibile costruire in modo efficiente enormi serbatoi di stoccaggio con un diametro di oltre 100 metri e il record mondiale di volume di un singolo serbatoio ha superato i 240.000 metri cubi, cosa difficile da ottenere con altri materiali.
Design flessibile per soddisfare diverse esigenze di archiviazione
- Serbatoio di stoccaggio cilindrico verticale atmosferico: la parete del serbatoio adotta il metodo del "punto di progettazione variabile" e piastre di acciaio con diversi spessori vengono utilizzate dall'alto verso il basso per sopportare economicamente la crescente pressione idrostatica.
- Serbatoio a bassa-pressione/tetto flottante interno: utilizzato per immagazzinare liquidi volatili, con requisiti speciali per l'acciaio della piastra superiore e del sistema di tenuta.
- Serbatoio sferico a pressione: Viene utilizzato per immagazzinare gas liquefatto (GPL, ammoniaca liquida, ecc.). È realizzato in lamiera di acciaio ad alta resistenza-bassolegato-(come 07MnNiMoVDR) e poi saldato, in modo da ridurre lo spessore della parete e garantire la sicurezza.
- Bunker: in considerazione del flusso e dell'usura dei materiali in polvere, è possibile utilizzare piastre di acciaio resistenti all'usura (come la serie Hardox) per realizzare parti chiave.
Sigillatura affidabile e protezione di sicurezza
Garantire la tenuta della saldatura principale del serbatoio tramite saldature di alta-qualità. Per mezzi infiammabili, esplosivi o tossici, il serbatoio in acciaio può essere opportunamente dotato di valvola di respirazione, rompifiamma, dispositivo di limitazione della pressione, sistema di tenuta all'azoto e strutture complete antincendio e di raccolta delle perdite (diga antincendio) per formare un sistema di protezione di sicurezza completo.
Protezione e monitoraggio dalla corrosione facili da implementare.
A seconda dei diversi mezzi di stoccaggio (petrolio greggio, prodotti chimici, acqua), sulla parete interna del serbatoio è possibile adottare il corrispondente rivestimento anti-corrosione, il rivestimento (gomma, plastica rinforzata con fibra di vetro) o la protezione catodica. La parete esterna del serbatoio in acciaio è protetta da un sistema di rivestimento. Le tecnologie di ispezione in linea-come la regolare ispezione a ultrasuoni dello spessore delle pareti e la scansione delle perdite di flusso magnetico della piastra inferiore possono monitorare efficacemente lo stato di corrosione e implementare la manutenzione predittiva.
Tipico Applicazioni
Serbatoio a tetto galleggiante per lo stoccaggio commerciale del petrolio greggio
Il volume è spesso di 100.000 o 150.000 metri cubi, la parete del serbatoio è realizzata in acciaio strutturale ad alta-resistenza (come SPV490Q) e la piastra inferiore e superiore sono realizzate con sottili piastre di acciaio al carbonio.
Serbatoio sferico per idrocarburi liquidi
Utilizzato per immagazzinare propilene, gas di petrolio liquefatto (GPL) nella stazione di ricezione del gas naturale liquefatto (GNL), ecc. I materiali sono per lo più acciaio basso-legato ad alta-resistenza, mentre il serbatoio di stoccaggio del GNL è realizzato in acciaio al nichel al 9% o serbatoio esterno in cemento-a piena capacità.
Serbatoio di stoccaggio dell'acido solforico concentrato
Solitamente realizzato in acciaio al carbonio, è protetto dal principio secondo cui l'acido forma una densa pellicola passiva sulla superficie dell'acciaio e la concentrazione e l'umidità di stoccaggio devono essere rigorosamente controllate.
Silo per materie prime/clinker (silo in acciaio) nell'industria del cemento
La piastra in acciaio al carbonio è saldata e le principali aree soggette a usura all'interno sono rivestite con piastre in acciaio-resistenti all'usura.
Il sistema di tubazioni degli impianti chimici e petrolchimici è come la "rete vascolare" del dispositivo, che convoglia vari fluidi di processo dalle materie prime ai prodotti. Molti fluidi sono altamente corrosivi, tossici o ad alta temperatura e alta pressione. L'affidabilità del sistema di tubazioni resistente alla corrosione-determina direttamente la continuità, la sicurezza e i costi di manutenzione del dispositivo.
Vantaggi e caratteristiche principali
Lega mirata per resistere alla corrosione specifica
Regolando il contenuto di elementi leganti come cromo (Cr), nichel (Ni), molibdeno (Mo) e azoto (N), è possibile personalizzare i materiali della tubazione con specifica resistenza alla corrosione:
- Acciaio inossidabile austenitico (304/316L): resistenza generale alla corrosione e 316L è più resistente alla corrosione per vaiolatura perché contiene molibdeno.
- Acciaio inossidabile duplex (2205/2507): presenta i vantaggi dell'austenite e della ferrite, elevata resistenza, eccellente resistenza alla tensocorrosione da cloruro (SCC) e alla corrosione per vaiolatura, nonché prestazioni a costi elevati.
- Acciaio inossidabile super austenitico (254SMO, AL-6XN®): alto contenuto di molibdeno e azoto, valore equivalente di vaiolatura estremamente elevato (PREN), utilizzato in ambienti difficili come acqua di mare e acidi forti.
- Lega a base di nichel- (Hastelloy C-276, Inconel 625): utilizzata negli ambienti acidi ossidanti e riducenti più corrosivi.
Sistema di connessione e installazione completo e maturo
I tubi in acciaio resistenti alla corrosione-sono dotati di un sistema completo di raccordi (gomiti, raccordi a T, riduttori), flange, valvole e dispositivi di fissaggio. I metodi di connessione sono diversi, maturi e affidabili, tra cui saldatura (saldatura di testa, saldatura di prese), connessione a flangia (con guarnizione resistente alla corrosione-) e connessione a morsetto speciale. Ciò rende la prefabbricazione e l'installazione in cantiere di complesse gallerie di tubazioni efficienti e precise.
Buona resistenza alle alte temperature e stabilità termica
Rispetto a molte tubazioni non metalliche resistenti alla corrosione-(come plastica e FRP), le tubazioni metalliche (acciaio inossidabile e acciaio legato) hanno una capacità di carico alle alte-temperature senza pari. Possono funzionare stabilmente per lungo tempo alla temperatura di processo di centinaia di gradi Celsius, mantenendo stabilità dimensionale e tenuta, che è una scelta inevitabile per il processo ad alta-temperatura.
Comportamento prevedibile del servizio e monitoraggio online
Il comportamento alla corrosione dei materiali delle tubazioni metalliche è studiato approfonditamente e i dati sul tasso di corrosione sono relativamente completi, il che è utile per l'ispezione basata sul rischio (RBI) e la valutazione della vita residua. Eseguendo regolarmente la misurazione dello spessore a ultrasuoni, il rilevamento delle correnti parassite e la scansione delle correnti parassite pulsate, è possibile monitorare efficacemente l'assottigliamento della corrosione del sistema di tubazioni e realizzare una manutenzione predittiva.
Applicazioni tipiche
Tubazioni di processo dell'impianto di produzione di acido fosforico-a umido
Il terreno contiene acido fluosilicico e acido solforico, che sono estremamente corrosivi. Di solito, viene selezionato acciaio inossidabile di alta-grado, come l'acciaio duplex 2205, o un'alta lega, come Hastelloy® G-30.
Linea di trasferimento dell'olio ad alta-temperatura dell'unità di distillazione atmosferica e sotto vuoto
L'acciaio legato al Cr-Mo (come l'acciaio 1,25Cr-0,5Mo-Si, acciaio P11) viene utilizzato per il trasporto di petrolio e gas ad alta temperatura.
Conduttura del sistema di raffreddamento dell'acqua di mare
Tradizionalmente viene utilizzata la lega di rame-nichel (90/10 CuNi), mentre ora l'acciaio inossidabile super duplex (2507) o l'acciaio inossidabile super austenitico (254 SMO®) vengono sempre più utilizzati per far fronte ad ambienti ad alto contenuto di ioni cloruro.
Conduttura della soluzione di carbammato di ammonio nell'impianto di urea
Il mezzo è una soluzione di carbammato di ammonio, che è estremamente corrosiva ad alta temperatura e alta pressione. È necessario utilizzare acciaio inossidabile di grado urea 316L (contenuto di carbonio estremamente basso, qualificato dal test di Huey) o titanio.