Le flange per alta-pressione, alta-temperatura (HPHT) sono progettate per servizi superiori a 900 gradi F e/o Classe 900 e superiori. Queste condizioni estreme richiedono materiali in acciaio legato appositamente formulati per resistere allo scorrimento viscoso, all'ossidazione, all'attacco dell'idrogeno e alla fatica termica. La corretta selezione della flangia HPHT previene guasti catastrofici dovuti a rottura per scorrimento e altri meccanismi di degrado ad alta-temperatura.
Cosa sono le flange HPHT?
Le flange HPHT sono progettate per resistere alle condizioni operative più impegnative nella produzione di energia, nell'idroprocessamento delle raffinerie e nel cracking petrolchimico. Richiedono materiali che mantengano la resistenza meccanica a temperature alle quali l’acciaio al carbonio perderebbe rapidamente resistenza e cederebbe. La progettazione deve tenere conto della deformazione da scorrimento viscoso, della rottura da stress, dell'espansione termica e dell'attacco da idrogeno ad alta-temperatura. Le flange standard in acciaio al carbonio non sono adatte al servizio HPHT; solo l'acciaio legato e i materiali a base di nichel-possono fornire la resistenza alle alte-temperature e la resistenza ambientale necessarie.
Opzioni materiali per il servizio HPHT
Sono disponibili diversi gradi di cromo-molibdeno e leghe avanzate per le applicazioni di flange HPHT, ciascuno dei quali offre diversi livelli di prestazioni alle alte-temperature:
| Materiale | Specifica | Temperatura massima | Caratteristiche chiave | Applicazione primaria |
|---|---|---|---|---|
| 1-1/4Cr-1/2Mo | ASTM A182 F11 | 1100 gradi F | Moderata resistenza al creep, buona saldabilità | Tubazioni del vapore, tubi del riscaldatore |
| 2-1/4Cr-1Mo | ASTM A182 F22 | 1100 gradi F | Resistente al servizio dell'idrogeno, buona resistenza allo scorrimento viscoso | Reattori di idroprocessamento |
| 9Cr-1Mo-V | ASTM A182 F91 | 1200 gradi F | Elevata resistenza al creep, eccellente resistenza all'ossidazione | Centrali elettriche avanzate |
| 9Cr-0,5Mo-1,8WV | ASTM A182 F92 | 1200 gradi F | Resistenza allo scorrimento migliorata rispetto a F91 | Vapore ultra-supercritico |
| Inconel 625 | ASTM B564 UNS N06625 | 1800 gradi F | Resistenza alle temperature estreme e alla corrosione | Componenti del forno |
Selezione della classe di pressione
Le applicazioni HPHT utilizzano in genere le classi di pressione più elevate. La classe 900 è comune per le tubazioni a parete-pesante nelle raffinerie e nelle applicazioni energetiche. La classe 1500 è richiesta per le linee di alimentazione e di effluenti del reattore di idrotrattamento in cui le pressioni possono superare i 2000 psi. La classe 2500 è specificata per applicazioni a pressione estrema e sistemi a pareti spesse-nell'idrotrattamento ad alta-pressione. Le classi di pressione più elevate richiedono procedure di saldatura specializzate e trattamenti termici post-saldatura. I rivestimenti per giunti di tipo ad anello (RTJ) sono standard per il servizio HPHT perché forniscono la tenuta metallo-su-metallo più affidabile in condizioni estreme.
Considerazioni sulla progettazione per il servizio HPHT
Strisciamentoè la deformazione plastica-dipendente dal tempo dei materiali sottoposti a stress prolungato ad alta temperatura. Per gli acciai al cromo-molibdeno, il creep diventa significativo al di sopra di 800 gradi F e deve essere preso in considerazione nei calcoli della durata di progettazione della flangia.Rottura da stressè il meccanismo di guasto-dipendente dal tempo che si verifica quando la deformazione da scorrimento raggiunge un livello critico.Dilatazione termicale differenze tra tubazioni e apparecchiature devono essere compensate attraverso un'adeguata analisi della flessibilità delle tubazioni.Cicli termicidurante l'avvio-e lo spegnimento crea un carico di fatica che può portare a fessurazioni.Attacco all'idrogenosi verifica quando l'idrogeno atomico si diffonde nell'acciaio al carbonio ad alte temperature, reagendo con i carburi per formare metano e provocando decarburazione interna e fessurazioni.
Applicazioni
Le flange HPHT vengono utilizzate nei circuiti dei reattori di idrocracking e idrotrattamento in cui le pressioni parziali dell'idrogeno superano i 1500 psi e le temperature raggiungono gli 800 gradi F. Le tubazioni dell'unità di cracking catalitico fluido (FCC) gestiscono miscele di catalizzatori e idrocarburi ad alta temperatura-. I sistemi di vapore ad alta-pressione nelle centrali elettriche funzionano in condizioni supercritiche superiori a 3200 psi e 1000 gradi F. I collegamenti del forno e dei tubi del riscaldatore trasferiscono i fluidi di processo a temperature elevate. Le tubazioni degli impianti di syngas e gassificazione gestiscono gas di sintesi ad alta-pressione e-temperatura contenente idrogeno e monossido di carbonio.
Saldatura e Trattamenti Termici
Il controllo della temperatura di preriscaldamento e interpass è fondamentale durante la saldatura di materiali al cromo-molibdeno per evitare cricche indotte dall'idrogeno-. Il trattamento termico post-saldatura è richiesto per i materiali al cromo-molibdeno che superano i limiti di spessore specificati in ASME B31.3. I materiali di consumo per la saldatura devono corrispondere alla composizione del materiale di base per mantenere le proprietà meccaniche attraverso il giunto di saldatura. La velocità di raffreddamento controllata dopo la saldatura previene la formazione di microstrutture dure e fragili. I test di durezza dopo PWHT verificano che sia stata raggiunta la riduzione dello stress richiesta. Tutte le saldature di testa nel servizio HPHT richiedono un esame volumetrico al 100% mediante radiografia o test ad ultrasuoni.
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