Hướng dẫn: Bảng tương thích vật liệu đường ống
Giới thiệu
Việc lựa chọn vật liệu đường ống phù hợp là rất quan trọng đối với sự an toàn, hiệu quả và tuổi thọ của các hệ thống được sử dụng trong các ngành công nghiệp như dầu khí, chế biến hóa chất và khai thác mỏ. Mỗi ngành công nghiệp này đều hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, nơi đường ống phải chịu được áp suất cao, nhiệt độ khắc nghiệt và các chất ăn mòn. Việc lựa chọn vật liệu không tương thích có thể dẫn đến hỏng hóc, tốn kém thời gian ngừng hoạt động, nguy cơ gây hại cho môi trường và rủi ro về an toàn. Hướng dẫn này đi sâu vào Bảng tương thích vật liệu đường ống, các vật liệu đường ống được sử dụng rộng rãi nhất và khả năng tương thích của chúng với các phụ kiện, mặt bích, van và chốt, đảm bảo hoạt động liền mạch trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau.
1. Tổng quan về các vật liệu chính trong hệ thống đường ống
Mỗi ứng dụng công nghiệp đều có những thách thức riêng, đòi hỏi vật liệu có đặc tính riêng để chịu được những điều kiện này. Dưới đây là phân tích chi tiết về các vật liệu đường ống chính và đặc điểm của chúng:
Thép Cacbon (ASTM A106): Thường được sử dụng trong dầu khí cho các ứng dụng nhiệt độ và áp suất vừa phải. Thép cacbon bền, chắc và tiết kiệm chi phí, phù hợp với các hệ thống đường ống nói chung. Tuy nhiên, dễ bị ăn mòn nếu không có lớp phủ hoặc bảo vệ thích hợp.
Hợp kim thép cacbon (ASTM A335):Được thiết kế để hoạt động ở nhiệt độ cao, các hợp kim thép cacbon như P11, P22 và P5 chứa crom và molypden, giúp tăng cường độ bền và khả năng chống ăn mòn ở nhiệt độ cao.
Thép cacbon nhiệt độ thấp (ASTM A333): Thích hợp cho các ứng dụng đông lạnh, hợp kim này có thể duy trì độ dẻo ở nhiệt độ cực thấp, khiến nó trở nên lý tưởng cho các hệ thống LNG, vận chuyển khí đốt tự nhiên và lưu trữ hóa chất lạnh.
Thép không gỉ (ASTM A312): Các loại thép không gỉ như 304, 316 và 347 có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, độ bền cao và khả năng định hình tốt. Chúng thường được sử dụng trong quá trình xử lý hóa chất, nơi khả năng chống lại nhiều loại hóa chất là rất quan trọng.
API 5L (X42-X70): Các cấp API 5L như X42, X52 và X70 được sử dụng rộng rãi trong ngành dầu khí, đặc biệt là đối với các đường ống vận chuyển dầu, khí và nước dưới áp suất cao. Các cấp này được biết đến với độ bền, độ dẻo dai và khả năng hàn.
Thép không gỉ Duplex & Super Duplex (ASTM A790): Thép không gỉ Duplex (UNS S31803, S32205) và Super Duplex (UNS S32750, S32760) được biết đến với khả năng chống ăn mòn vượt trội, đặc biệt là trong môi trường giàu clorua như giàn khoan ngoài khơi. Những vật liệu này có độ bền cao và khả năng chống rỗ và nứt ăn mòn ứng suất tuyệt vời.
2. Khả năng tương thích với phụ kiện, mặt bích, van và ốc vít
Khả năng tương thích giữa ống và các thành phần khác như phụ kiện, mặt bích, van và bu lông là điều cần thiết để đảm bảo kết nối an toàn, không rò rỉ và bền. Dưới đây, chúng tôi khám phá cách các vật liệu khác nhau phù hợp với các thành phần này.
2.1 Hệ thống ống thép cacbon
Ống:ASTM A106 (Gr A/B/C) là tiêu chuẩn cho đường ống thép cacbon chịu nhiệt độ cao.
Phụ kiện:Phụ kiện ống thép cacbon thường tuân thủ tiêu chuẩn ASTM A234 Gr WPB đối với cấu hình hàn.
Mặt bích:ASTM A105 là tiêu chuẩn phù hợp cho mặt bích thép cacbon rèn.
Van: Van WCB ASTM A216 Gr tương thích với ống thép cacbon, mang lại độ bền và hiệu suất chịu áp suất cao.
Chốt: Bu lông và đai ốc ASTM A193 Gr B7 và A194 Gr 2H thường được sử dụng để cố định mặt bích và các kết nối khác trong hệ thống thép cacbon.
2.2 Hệ thống ống thép hợp kim (Dịch vụ nhiệt độ cao)
Ống:ASTM A335 (Gr P1, P11, P22) là tiêu chuẩn chủ yếu dùng cho đường ống nhiệt độ cao trong các nhà máy lọc dầu và nhà máy điện.
Phụ kiện: Phụ kiện thép hợp kim được sản xuất theo tiêu chuẩn ASTM A234 WP có khả năng hàn tốt và phù hợp với ống loại P.
Mặt bích: ASTM A182 Gr F11 hoặc F22 là tiêu chuẩn phổ biến cho vật liệu mặt bích, tùy thuộc vào cấp ống.
Van: Đối với hợp kim chịu nhiệt độ cao, van ASTM A217 Gr WC6 hoặc WC9 mang lại hiệu suất đáng tin cậy.
Chốt: ASTM A193 Gr B7 với đai ốc A194 Gr 2H là sự kết hợp điển hình cho các ứng dụng thép hợp kim.
2.3 Thép hợp kim nhiệt độ thấp
Ống: ASTM A333 (Gr 6 và 3) cho các ứng dụng ở nhiệt độ xuống tới -45°C, thường được sử dụng trong môi trường cực lạnh.
Phụ kiện:ASTM A420 Gr WPL6 và WPL3 là các phụ kiện nhiệt độ thấp tương thích với ống A333.
Mặt bích:Mặt bích ASTM A350 Gr LF2/LF3 được sử dụng kết hợp với đường ống nhiệt độ thấp.
Van: Van ASTM A352 Gr LCB hoặc LC3 được thiết kế để hoạt động ở nhiệt độ thấp.
Chốt: Bu lông ASTM A320 Gr L7 và đai ốc A194 Gr 7 đảm bảo kết nối bền bỉ ở nhiệt độ thấp.
2.4 Hệ thống ống thép không gỉ
Ống:Thép không gỉ Austenitic, như ASTM A312 Gr TP304 và TP316, lý tưởng cho các hệ thống chống ăn mòn.
Phụ kiện:Phụ kiện ASTM A403 (WP304/WP316) được sử dụng rộng rãi với đường ống thép không gỉ cho các ứng dụng hóa chất và hàng hải.
Mặt bích: Mặt bích ASTM A182 Gr F304/F316 bổ sung cho vật liệu ống.
Van: Van A182 Gr F304/F316 có khả năng chống chịu cao với môi trường ăn mòn, phù hợp với các nhà máy hóa chất và môi trường ngoài khơi.
Chốt: Bu lông ASTM A193 Gr B8/B8M với đai ốc A194 Gr 8/8M phù hợp với các cụm lắp ráp bằng thép không gỉ, đảm bảo khả năng chống ăn mòn.
2.5 Cấp API 5L cho Đường ống dẫn dầu và khí
Ống:Các cấp API 5L X42, X52, X65 và X70 mang lại độ bền, tính linh hoạt và độ dẻo dai cao cho đường ống dẫn dầu và khí đốt, đặc biệt là trong các ứng dụng trên bờ và ngoài khơi.
Phụ kiện:Các phụ kiện có năng suất cao, chẳng hạn như ASTM A860 Gr WPHY (42-70), phù hợp với độ bền của ống API 5L.
Mặt bích:Mặt bích ASTM A694 Gr F42 đến F70 phù hợp với đường ống áp suất cao.
Van: Van API 6D và ASTM A216 Gr WCB/WC6 là tiêu chuẩn trong những môi trường áp suất cao này.
Chốt: Bu lông theo tiêu chuẩn ASTM A193 Gr B7 và đai ốc theo tiêu chuẩn ASTM A194 Gr 2H đảm bảo kết nối an toàn, chịu được áp suất cao.
2.6 Hệ thống thép không gỉ Duplex và Super Duplex
Ống: Ống thép không gỉ duplex (UNS S31803/S32205) và ống siêu duplex (UNS S32750/S32760) có khả năng chống ăn mòn cục bộ và nói chung cao trong môi trường clorua, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các nhà máy sản xuất dầu ngoài khơi và khử muối.
Phụ kiện:Các phụ kiện ASTM A815 Gr WP31803 và WP32750 có khả năng chống ăn mòn và độ bền cơ học tương đương.
Mặt bích: Mặt bích ASTM A182 Gr F51/F53 là tiêu chuẩn cho hệ thống song công.
Van: Van đôi, chẳng hạn như ASTM A182 Gr F51/F55, có khả năng chống rỗ vượt trội.
Chốt: Bu lông ASTM A193 Gr B7/B8M cường độ cao và đai ốc ASTM A194 Gr 7/8M thường được sử dụng.
Bảng tương thích vật liệu đường ống
| Vật liệu | Ống | Phụ kiện | Mặt bích | Van | Bu lông & Đai ốc |
| Thép carbon | A106 Lớp A A106 Lớp B A106 Lớp C |
A234 WPA A234 WPB A234 WPC |
A105 | A216 WCB | A193 Lớp B7 A194 Lớp 2H |
| Hợp kim thép cacbon chịu nhiệt độ cao | A335 P1 A335 P11 A335 P12 A335 P22 A335 P5 A335 P9 A335 P91 A225 P92 |
A234 WP1 A234 WP11 A234 WP12 A234 WP22 A234 WP5 A234 WP9 A234 WP91 A234 WP92 |
A182 F1 A182 F11 A182 F12 A182 F22 A182 F5 A182 F9 A182 F91 A182 F92 |
A217 WC1 A217 WC11 A217 WC12 A217 WC22 A217 WC5 A217 WC9 A217 WC91 A217 WC92 |
A193 Lớp B7 A194 Lớp 2H |
| Thép cacbon chịu nhiệt độ thấp | A333 Lớp 6 A333 Lớp 3 A333 Lớp 1 |
A420 WPL6 A420 WPL3 A420 WPL1 |
Máy bay A350 LF6 Máy bay A350 LF3 Máy bay A350 LF1 |
Máy bay A352 LC6 Máy bay A352 LC3 A352 LC1 |
A320 Gr.L7 A194 Lớp 7 |
| Thép không gỉ Austenitic | A312 TP304 A312 TP316 A312 TP321 A312 TP347 |
A403 WP304 A403 WP316 A403 WP321 A403 WP347 |
A182 F304 A182 F316 A182 F321 A182 F347 |
A182 F304 A182 F316 A182 F321 A182 F347 |
A193 Lớp B8 A194 Lớp 8 |
| Ống dẫn API 5L | API5L X42 API5L X46 API5L X52 Tiêu chuẩn API5L X56 API5L X60 API5L X65 API5L X70 |
A860 WPHY42 A860 WPHY46 A860 WPHY52 A860 WPHY56 A860 WPHY60 A860 WPHY65 A860 WPHY70 |
A694 F42 A694 F46 A694 F52 A694 F56 A694 F60 A694 F65 A694 F70 |
API6D A216 WCB |
A193 Lớp B7 A194 Lớp 2H |
| Thép không gỉ Duplex | A790 UNS S31803 A790 UNS S32205 |
A815 WP31803 A815 WP32205 |
A182 F51 A182 F60 |
A182 F51 A182 F60 |
A193 Lớp B7 A194 Lớp 7 |
| Thép không gỉ Super Duplex | A790 UNS S32750 A790 UNS S32760 |
A815 WPS32750 A815 WPS32760 |
A182 F53 A182 F55 |
A182 F53 A182 F55 |
A193 Lớp B8M A194 Gr.8M |
3. Những cân nhắc chính khi lựa chọn vật liệu
Nhiệt độ:Các ứng dụng nhiệt độ cao đòi hỏi vật liệu có thể duy trì các đặc tính cơ học ở nhiệt độ cao, như ASTM A335 đối với hợp kim thép hoặc thép không gỉ hai pha A790.
Môi trường ăn mòn: Các ứng dụng xử lý hóa chất và ngoài khơi liên quan đến việc tiếp xúc với các chất có tính ăn mòn cao như clorua, axit và kiềm. Hợp kim thép không gỉ, duplex và super duplex có khả năng chống chịu tuyệt vời với các môi trường này.
Áp lực:Môi trường áp suất cao, chẳng hạn như đường ống dẫn dầu và khí đốt, đòi hỏi các vật liệu như cấp API 5L kết hợp với phụ kiện, van và chốt có năng suất cao.
Khả năng phục hồi ở nhiệt độ thấp:Các hệ thống lạnh hoặc đông lạnh, chẳng hạn như các hệ thống xử lý LNG, cần các vật liệu như ASTM A333 có khả năng giữ được độ bền ở nhiệt độ thấp.
4. Kết luận
Trong các ngành công nghiệp dầu khí, chế biến hóa chất và khai khoáng, việc lựa chọn vật liệu phù hợp cho hệ thống đường ống là một khía cạnh quan trọng của độ tin cậy và an toàn của hệ thống. Hiểu được khả năng tương thích giữa các đường ống, phụ kiện, mặt bích, van và chốt đảm bảo độ bền và hiệu suất của toàn bộ hệ thống. Bằng cách sử dụng các vật liệu như API 5L, ASTM A106, A335, A312 và thép không gỉ hai lớp, bạn có thể kết hợp các thành phần phù hợp với các yêu cầu vận hành cụ thể của mình, đảm bảo tuổi thọ và giảm thiểu thời gian chết do ăn mòn hoặc hỏng hóc cơ học.
Khi lựa chọn vật liệu, hãy luôn tham khảo ý kiến của các chuyên gia và kỹ sư vật liệu để đánh giá nhu cầu chính xác của ứng dụng, đồng thời cân nhắc đến áp suất, nhiệt độ, khả năng ăn mòn và ứng suất cơ học.
