أنابيب فولاذية غير ملحومة لمصانع البتروكيماويات والكيماويات

في الصناعات الكيميائية والبترولية الحديثة، تُعدّ الأنابيب الفولاذية غير الملحومة مادة أساسية بالغة الأهمية، إذ تضطلع بمهمة نقل المواد ذات درجات الحرارة والضغط العاليين، والمواد المسببة للتآكل. ويؤثر أداؤها بشكل مباشر على سلامة التشغيل وكفاءة الإنتاج في المصانع. ستتناول هذه المقالة بالتحليل الشامل النقاط التقنية الرئيسية للأنابيب الفولاذية غير الملحومة المستخدمة في مصانع البتروكيماويات والكيميائيات، مُغطيةً خصائص المواد، وسيناريوهات التطبيق، والمعايير والمواصفات، واتجاهات التطوير المستقبلية.

خصائص المواد والمزايا الأساسية: بفضل بنيتها المتكاملة غير الملحومة، تتفوق الأنابيب الفولاذية غير الملحومة بشكل ملحوظ على الأنابيب الفولاذية الملحومة من حيث مقاومة الضغط وأداء منع التسرب. فعلى سبيل المثال، عند استخدام الأنابيب الفولاذية غير الملحومة في وحدات تكسير البترول، يجب أن تتحمل هذه الأنابيب درجات حرارة تتجاوز 450 درجة مئوية، بالإضافة إلى مقاومة التآكل الناتج عن كبريتيد الهيدروجين، وعادةً ما تُصنع من سبائك الفولاذ الكروم-الموليبدينوم (مثل 15CrMoG) أو الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي (مثل 0Cr18Ni9). يجب أن تكون هذه الأنابيب معتمدة وفقًا للمعيار GB 5310 "أنابيب فولاذية غير ملحومة للمراجل عالية الضغط"، بقوة شد لا تقل عن 415 ميجا باسكال وقوة خضوع لا تقل عن 205 ميجا باسكال. في وحدات التكسير الهيدروجيني، يجب أن تتمتع الأنابيب أيضًا بمقاومة للتقصف الهيدروجيني، ويتحقق ذلك عادةً بإضافة عناصر نادرة مثل الفاناديوم والنيوبيوم لتحسين استقرار حدود الحبيبات.

سيناريوهات التطبيق النموذجية والمعايير الفنية:

1. وحدات تكرير النفط: تستخدم وحدات التقطير الجوي والفراغي أنابيب فولاذية غير ملحومة ذات أقطار كبيرة (من 219 مم إلى 813 مم) لخطوط الأنابيب، بضغوط تشغيل تصل إلى 4 ميجا باسكال. يتطلب فاصل الإعصار التجديدي في وحدات التكسير التحفيزي أنابيب فولاذية مقاومة للحرارة من نوع 310S لتحمل تآكل غازات المداخن عند درجة حرارة 900 درجة مئوية.

... ٢. تكسير الإيثيلين: تشير البيانات إلى أن أنابيب الفرن في قسم الحمل الحراري لفرن التكسير تستخدم في الغالب أنابيب مصبوبة بالطرد المركزي من نوع HP40Nb، بنسبة كروم ونيكل تتراوح بين ٢٥٪ كروم و٣٥٪ نيكل، مع الحفاظ على مقاومة تمزق زحفي تزيد عن ٣٠ ميجا باسكال عند ١ درجة مئوية.

٣. أفران تغويز الفحم: تتطلب وحدات تغويز الفحم التابعة لشركة شل أنابيب لتصريف الخبث تتميز بمقاومة عالية للتآكل والتآكل الكيميائي، وتستخدم عادةً أنابيب مركبة ثنائية المعدن ذات طبقة داخلية من حديد الزهر عالي الكروم (صلابة روكويل C ≥ ٥٨) وطبقة خارجية من مادة فولاذية كربونية تتحمل الضغط.

تجدر الإشارة إلى أن لكل مادة متطلباتها الخاصة. عند نقل مواد تحتوي على أيونات الكلوريد، يلزم استخدام فولاذ مقاوم للصدأ فائق الأوستنيتي (مثل ٢٥٤SMO) بقيمة PREN (مكافئ التنقر) أكبر من ٤٠. بينما تتطلب خطوط أنابيب الغاز الطبيعي المسال المبردة استخدام فولاذ يحتوي على 9% نيكل للحفاظ على متانته عند درجة حرارة -196 درجة مئوية.

مقارنة المعايير المحلية والدولية: تتبع خطوط أنابيب البتروكيماويات في بلدي بشكل أساسي معايير مثل GB/T 8163 (نقل السوائل) وGB 9948 (تكسير البترول)، والتي تستند إلى ASTM A335 (المعيار الأمريكي) وEN 10216 (المعيار الأوروبي). فعلى سبيل المثال، عند استخدام أنبوب فولاذي من نوع P91، نجد أن معياري GB 5310 وASME SA335 يختلفان اختلافًا كبيرًا في متطلبات طاقة الصدم: إذ يشترط المعيار الصيني طاقة صدم عرضية ≥ 40 جول (عند 20 درجة مئوية)، بينما يشترط المعيار الأمريكي طاقة صدم طولية ≥ 54 جول. تؤكد مقالة في موقع Zhihu تحديدًا على ضرورة مراعاة المتطلبات الإضافية المتعلقة ببيئات كبريتيد الهيدروجين في معيار NACE MR0175، لا سيما في مشاريع المقاولات العامة للهندسة والمشتريات والإنشاءات (EPC) في الخارج، بما في ذلك التحكم في الصلابة (HRC ≤ 22) ومحتوى الكبريت (≤ 0.01%).

نقاط مراقبة الجودة الرئيسية:

1. عملية التصنيع: يجب أن تكون درجة حرارة الدرفلة النهائية للأنابيب المدرفلة على الساخن أعلى من Ar3 بمقدار 50 درجة مئوية لتجنب التشكّل الطبقي؛ أما الأنابيب المسحوبة على البارد فتتطلب معالجة حرارية وسيطة لإزالة التصلب الناتج عن التشغيل.

2. تقنية الاختبار: بالإضافة إلى الاختبار بالموجات فوق الصوتية التقليدي، تتطلب الأنابيب ذات الأقطار الكبيرة والجدران السميكة تقنية TOFD (حيود زمن الطيران) للكشف عن عيوب الانفصال الطبقي؛ كما يجب إخضاع أنابيب الصلب عالية الحرارة لاختبار التآكل بين الحبيبات (مثل طريقة GB/T 4334 E).

3. التركيب في الموقع: يجب أن يكون ضغط الاختبار الهيدروستاتيكي 1.5 ضعف ضغط التصميم، ويجب ألا تقل مدة الاختبار عن 10 دقائق. تُظهر دراسة حالة لمشروع بتروكيماوي أن ارتفاع تركيز أيونات الكلوريد (>25 جزءًا في المليون) في ماء الاختبار قد يؤدي إلى تشقق التآكل الإجهادي في أنابيب الصلب الأوستنيتي.

الاتجاهات التكنولوجية والابتكارية:

1. تطوير المواد: يُروّج معهد بحوث هندسة البتروكيماويات الصيني للفولاذ المقاوم للصدأ ذي الحبيبات الدقيقة TP347HFG، والذي يتميز بمقاومة زحف أعلى بنسبة 20% من الفولاذ TP347 التقليدي، وهو مناسب للظروف فوق الحرجة حتى 700 درجة مئوية.

2. تقنية المواد المركبة: تُقلل أنابيب التيتانيوم/الصلب المركبة، المصنعة باستخدام عمليات الصهر الانفجاري والدرفلة على الساخن، التكاليف بنسبة 60% مقارنةً بأنابيب التيتانيوم النقي، وقد تم تطبيقها بنجاح في مصانع حمض الأسيتيك.

3. المراقبة الذكية: يوفر نظام مراقبة التآكل عبر الإنترنت، القائم على مستشعرات الألياف الضوئية، إنذارات مبكرة بتغيرات سُمك جدار الأنابيب بدقة تصل إلى 0.1 مم. بعد تطبيقه في مصفاة نفط، أدى هذا النظام إلى تمديد دورة الصيانة من 3 سنوات إلى 5 سنوات.