Когда использовать клапаны из нержавеющей стали: практическое руководство по выбору для инженеров

Выбор материала клапана

Когда использовать клапаны из нержавеющей стали

Четыре ситуации оправдывают модернизацию, а несколько условий эксплуатации делают нержавеющую сталь самым дорогим неправильным решением на рынке.

Клапаны из нержавеющей стали оправдывают свою стоимость в четырех ситуациях: среда воздействует на углеродистую сталь, эксплуатация проходит достаточно холодно, чтобы сделать обычные стали хрупкими, процесс должен оставаться чистым, или клапан находится в труднодоступном месте и должен выжить до следующего ремонта. Если ничего из этого не применимо, корпус из углеродистой стали с отделкой из нержавеющей стали обычно выполняет ту же работу примерно за треть цены.

Это решение в одном абзаце. В оставшейся части руководства объясняются причины этого: чему на самом деле сопротивляется нержавеющая сталь, где марки 304 и 316 перестают быть взаимозаменяемыми, как содержание хлоридов и температура устанавливают предел и что нужно спросить, прежде чем клапан попадет на склад.

Четыре условия, оправдывающие использование нержавеющей стали

Выбор материала — это вопрос химии, а не вопроса цены. Проработайте четыре условия по порядку; если все четыре результата окажутся отрицательными, нержавеющая сталь станет скорее привычкой, чем требованием.

• Коррозионные среды. Влажные хлориды, рассолы, разбавленные кислоты, морская вода, пластовая вода и растворители, а также любые потоки, для которых потребуется допуск на коррозию или программа химических ингибиторов углеродистой стали.
• Низкотемпературное обслуживание. Аустенитные нержавеющие стали сохраняют свою прочность в криогенном диапазоне, поэтому системы СПГ, воздухоразделения и жидкого азота построены на основе стали 304, 316 и их литых эквивалентов.
• Чистое или гигиеничное обслуживание. Линии для производства продуктов питания, напитков, фармацевтических препаратов и сверхчистой воды нуждаются в поверхности, которая не ржавеет, не образует ямок и не выделяет железо в продукт.
• Доступ и стоимость жизненного цикла. Морские платформы, подземные трубопроводы и клапаны под изоляцией оправдывают использование нержавеющей стали даже в мягких средах, поскольку стоимость одного вмешательства превышает ценовую премию.

Там, где выигрывает нержавеющая сталь, она обычно выигрывает сразу по нескольким причинам. Линия охлаждения морской водой на прибрежной электростанции отвечает первому и четвертому условию: среда агрессивна, и линию сложно изолировать без остановки.

Где углеродистая сталь перестает работать

Углеродистая сталь – не плохой материал. Он работает с сухими углеводородами, паром, очищенной водой и большинством окружающих инженерных коммуникаций за небольшую часть стоимости и часто соответствует правильным характеристикам. Проблемы начинаются, когда средства массовой информации публикуют что-то, что напрямую атакует железо.

Три типа отказов подталкивают линию в сторону нержавеющей стали:

1. Общая потеря стен. Влажный CO2, разбавленные кислоты и агрессивная охлаждающая вода обуславливают допуск на коррозию от 1,5 до 3 мм и фиксированный интервал между проверками, который заводу может с трудом соблюдать.
2. Питтинг. Вода, богатая хлоридами, воздействует на небольшую площадь и быстро проникает; средняя толщина стенки может выглядеть здоровой, пока яма уже достигла трубы.
3. Загрязнение продукта. Частицы ржавчины, прокатная окалина и ионы железа неприемлемы в фармацевтических, полупроводниковых и пищевых процессах, независимо от того, насколько медленно корродирует сталь.

Нержавеющая сталь не является показателем качества. Это заявление о химическом составе линии.

Температура, хлорид и решение 304 против 316

Выбор большинства клапанов из нержавеющей стали определяют два показателя: максимальная рабочая температура и концентрация хлоридов в среде. Марка 304, обозначаемая как CF8, представляет собой экономичный аустенитный вариант для работы в умеренно агрессивной среде и без содержания хлоридов. В марку 316, обозначаемую как CF8M, добавляется примерно 2 процента молибдена, что повышает устойчивость к хлоридам, кислотам и точечной коррозии.

Пределом, который упускают из виду, является хлоридное коррозионное растрескивание под напряжением. Оба класса уязвимы для него, и переход с 304 на 316 не решает проблему при температуре выше примерно 60 градусов по Цельсию в воде, содержащей хлориды. При превышении этого порога дуплексная нержавеющая сталь становится более надежным выбором, а вместо этого концентрированные рассолы или горячая морская вода могут потребовать использования никелевого сплава.

Области применения, в которых по умолчанию используется нержавеющая сталь

В некоторых отраслях клапаны из нержавеющей стали являются скорее основой, чем исключением. Причиной редко является один пункт спецификации; это совокупная стоимость коррозии, загрязнения и доступа.

Нефть и газ: морские, прибрежные и пластовые воды.

Закачка морской воды, пластовая вода, содержащая CO2 и хлориды, а также атмосфера морской палубы делают углеродистую сталь краткосрочным решением. Морские и прибрежные разработки обычно стандартизируются на 316 или дуплексных корпусах, и эта модель также проходит через применение в нефтегазовой промышленности обслуживается данным видом оборудования.

Химическая и нефтехимическая переработка

Кислоты, растворители и хлорированные соединения различаются от линии к линии, поэтому клапаны выбираются для каждой услуги, а не для каждой установки. Кузов 316 с правильной отделкой покрывает большую часть диапазона от легкого до умеренного, в то время как агрессивные потоки переходят на специальные сплавы.

Криогенный сервис и сервис СПГ

При температуре -162°C для СПГ и -196°C для жидкого азота углеродистая сталь теряет ударную вязкость, а ферритные марки становятся хрупкими. Аустенитная нержавеющая сталь сохраняет свою ударную вязкость, а удлиненная крышка удерживает набивку при температуре, при которой она еще может герметично закрываться.

Линии для воды, продуктов питания и фармацевтики

Опреснение, деминерализованная вода, химические средства для очистки на месте и трубопроводы, контактирующие с продуктом, — все это в пользу нержавеющей стали, поскольку альтернативой является загрязнение или короткий цикл технического обслуживания. В этих случаях качество кузова имеет меньшее значение, чем качество поверхности, дренаж и совместимость материала седла с чистящими средствами.

Когда нержавеющая сталь — неправильный выбор

Есть реальные случаи, когда указание на нержавеющую сталь создает проблему, а не решает ее.

• Служба горячего хлорида. Марки 304 и 316 растрескиваются под воздействием хлоридной коррозии под напряжением, и разрушение почти не дает видимых предупреждений, прежде чем оно превратится в утечку.
• Температура пара выше 540 C. В основе конструкции лежит сопротивление ползучести, а не коррозия; Хромомолибденовые стали, такие как WC6 и WC9, являются стандартным ответом.
• Абразивные суспензии и сухие твердые вещества. Нержавеющая сталь сравнительно мягкая. Частицы песка, руды и катализатора изнашивают седло и триммер, поэтому закаленные или керамические компоненты имеют большее значение, чем марка корпуса.
• Гальваническая связь. Клапан из нержавеющей стали, соединенный с углеродистой сталью в морской воде, действует как большой катод и ускоряет коррозию компонента из углеродистой стали.
• Большие, некоррозионные коммуникации низкого давления. Ценовая премия в два-четыре раза ничего не дает, когда средства массовой информации сухие и нейтральные.

При высоком уровне хлоридов и повышенных температурах практической альтернативой обычно является никелевый сплав, а не другая марка нержавеющей стали. В этом сравнении показан компромисс между коррозионной стойкостью и стоимостью покупки. Клапаны из монеля по сравнению с клапанами из нержавеющей стали .

В тяжелых условиях эксплуатации конструкция трима и уплотнения часто определяет, как долго прослужит клапан. Шаровой кран с металлическим седлом с закаленным шаром и седлом прослужит дольше стандартного клапана с мягким седлом в том же корпусе из нержавеющей стали, поэтому материал корпуса сам по себе не является плохой гарантией срока службы.

Контрольный список выбора перед написанием спецификации

Ответьте на эти вопросы, прежде чем сравнивать цитаты. Каждый из них устраняет определенную степень свободы, которая в противном случае решалась бы только ценой.

1. Каков полный состав среды, включая следовые количества хлоридов, H2S и растворенный кислород?
2. Каковы максимальные и минимальные рабочие температуры, включая случаи сбоя и разгерметизации?
3. Является ли режим изоляции, дросселирования или невозврата, а также является ли поток непрерывным или прерывистым?
4. Какой класс утечки применяется: API 598, ISO 5208, уровень A или более строгая спецификация проекта?
5. Требуется ли для этой линии сертификация пожаробезопасности или испытания на неорганизованные выбросы?
6. Применяется ли кислая услуга, требующая соответствия NACE MR0175 или ISO 15156?
7. Какая документация ожидается: сертификаты EN 10204 3.1, положительная идентификация материала, рентгенография или протоколы гидростатических испытаний?
8. Как часто клапан будет изолироваться и как долго он сможет оставаться в рабочем состоянии между вмешательствами?

Ответы на эти вопросы до коммерческого раунда предотвратят самую дорогостоящую привычку при закупке арматуры: выбор материала по традиции, а не по состоянию линии.

Документация имеет такое же значение, как и оценка

" Клапан из нержавеющей стали " не является спецификацией. Он описывает семейство материалов, а не контролируемый. Два клапана одного и того же размера и класса давления могут различаться маркой литья, отделкой, прокладками и термической обработкой, и различия проявляются только при открытии линии.

Вместо того чтобы полагаться на общую спецификацию материалов, впишите в заказ на поставку следующее:

• Материал корпуса со стандартным обозначением, например ASTM A351 CF8M для литья 316 или ASTM A182 F316 для кованых компонентов.
• Материал отделки и твердость: 13 процентов хрома, 316, 17-4PH или твердосплавная накладка.
• Материалы седла и прокладок соответствуют температурному диапазону и используемым чистящим средствам.
• Стандарт испытаний и критерии приемки, включая испытательное давление корпуса и седла
• Уровень сертификации и требования к проверке материалов, особенно на критически важных линиях.

Итог

Используйте клапаны из нержавеющей стали, когда среда, температура, требования к чистоте или стоимость доступа делают углеродистую сталь ложной экономией. Выбирайте сорт по содержанию хлоридов и температуре, а не по привычке; 316 при температуре выше примерно 60 C в условиях содержания хлоридов является известным слабым местом, и правильным ответом здесь будет дуплекс или никелевый сплав.

Во всем остальном корпус из углеродистой стали с отделкой из нержавеющей стали остается законным и часто лучшим инженерным решением, особенно на больших, некоррозионных линиях низкого давления, где за дополнительную цену можно купить только более длинную спецификацию.