二相ステンレス鋼熱交換器は石油やガスの生成水冷却にどのように使用されますか?

原油-生成水-から出てくる水は、塩化物、硫化水素、研磨砂が含まれた、熱くて塩辛くて酸っぱいスープです。下流の機器を保護するためにこの流体を冷却することは熱交換器にとって大変な仕事であり、二相ステンレス鋼はエンジニアのお気に入りの合金となっています。油田処理施設において、生成水の冷却は、日常業務で遭遇する最も腐食性が高く、機械的に要求の厳しい作業の 1 つです。

成長を続ける応用分野の中で、二相ステンレス鋼製水冷オイルガスDuplex 2205 は、316L などの経済的なステンレス鋼と、より高コストの超二相合金やニッケル合金との間のギャップを埋める、バランスの取れた材料の選択肢として登場しました。-

生産水の取り扱いがなぜ難しいのか

生産水は単なる汚染水ではありません。これは、高温高圧条件下で地下深くに形成される化学的に攻撃的な混合物です。

一般的な生成水には次のものが含まれる場合があります。

高い塩化物濃度

溶存硫化水素 (H₂S)

二酸化炭素

細かい砂粒子

溶解固体

残留炭化水素

加工中の酸素汚染

この組み合わせにより、次のようなリスクが同時に発生します。

孔食

隙間腐食

硫化物応力亀裂

エロージョン-コロージョン

-デポジット攻撃を受けています

多くの分野で、標準的なオーステナイト系ステンレス鋼はこのような条件下で急速に劣化します。

一般的な水冷交換器の設計

生成された水の冷却は通常、シェル{0}}および-熱交換器を使用して実行されます。

チューブ-サイドプロデュースウォーターサービス

多くの設計では、生成された水はチューブ側を通って送られます。その理由は次のとおりです。

チューブの点検と交換が容易になります

速度が上がると汚れが軽減されます

圧力封じ込めが簡素化される

砂の浸食がより管理しやすくなる

冷却水、海水、またはグリコール系がシェル側で循環されます。

熱交換器は、乱流条件下で機械的完全性を維持しながら、塩化物を多く含む塩水への継続的な曝露に耐える必要があります。{0}

Duplex 2205 が一般的に選択される理由

二相 2205 ステンレス鋼はフェライト系とオーステナイト系の微細構造を組み合わせており、従来の 316L ステンレス鋼と比較して耐食性と機械的強度が大幅に向上した材料を生成します。

優れた耐塩化物性

Duplex 2205 のクロム、モリブデン、窒素の含有量が高いため、耐孔食性当量数 (PREN) はおよそ次のとおりです。

PREN≈35PREN \\約35PREN≈35

比較すると、316L ステンレス鋼は通常、次のような PREN を示します。

PREN≈25PREN \\約25PREN≈25

この増加により、塩化物-による孔食に対する耐性が大幅に向上します。

高温塩化物塩水での性能

生産される水は、多くの場合、追加の汚染物質を含む濃縮海水に似ています。これらの条件下では、Duplex 2205 は、臨界孔食温度以下の高温の通気塩化物環境でも孔食に耐えることができます。

曝気海水中での Duplex 2205 の臨界孔食温度は、通常、次の値よりも高くなります。

35∘C CPT 以下 40∘C35^\\circ\\mathrm{C} \\leq CPT \\leq 40^\\circ\\mathrm{C}35∘C CPT 以下 40∘C 以下

このパフォーマンスマージンは、塩化物が豊富なシステムでははるかに低い温度で局所的な攻撃に対して脆弱になる 316L よりも大幅に優れています。{1}

砂の侵食に対する耐性

生産された水が固形物を含まずに到着することはほとんどありません。微細な地層砂は、特に初期の圃場生活や生産が不安定な時期に、冷却システムを通じて頻繁に運ばれます。

より硬い二相マトリックスにより耐久性が向上

二相微細構造は、316L ステンレス鋼の完全なオーステナイト構造よりも機械的に硬いです。この硬度の増加により、以下に対する耐性が向上します。

砂の衝突

エロージョン-コロージョン

不動態膜剥離

流れによる摩耗-

二相ステンレス鋼の不動態酸化層も機械的破壊後に急速に再形成され、乱流条件下でも腐食保護を維持するのに役立ちます。

オイルパッチでは、特に研磨粒子がチューブ内を継続的に流れる場合、錆びない交換器は原油での重量に見合った価値があります。

機械的強度の利点

Duplex 2205 の主な利点の 1 つは、その高い降伏強度です。

チューブを薄くし、重量を軽くする

Duplex 2205 の降伏強度は 316L ステンレス鋼の約 2 倍です。これにより、次のことが可能になります。

チューブ肉厚の減少

交換器重量の軽減

より高い圧力能力

耐振動性の向上

二相ステンレス鋼は 316L よりもキログラムあたりのコストが高くなりますが、セクションが薄いため、材料コストの割増が部分的に相殺されます。

この強度、耐食性、コストのバランスにより、生産水システムにおける Duplex 2205 の人気が説明されています。

サワーサービスの制限

Duplex 2205 はその優れた性能にもかかわらず、すべての油田環境に普遍的に適しているわけではありません。

高い H₂S 分圧に関する懸念

硫化水素分圧が上昇した非常に厳しい使用条件では、以下のリスクが増加する可能性があります。

硫化物応力亀裂

水素脆化

局所的な腐食損傷

厳しい酸っぱい条件下では、次のような材料が使用されます。

スーパー二相ステンレス鋼

ニッケル-ベースの合金

高{0}}耐食性-材料

必要になるかもしれない。

ただし、Duplex 2205 は、従来の石油およびガスの運用で発生する中程度の酸性サービス生成水アプリケーションの大部分を正常に処理します。{1}

材料注記: 溶接手順の管理が重要

低-フェライト溶接手順

二相ステンレス鋼の製造においては、溶接の品質が非常に重要です。

溶接領域のフェライト相とオーステナイト相の正しいバランスを維持するには、低フェライト溶接手順を慎重に指定する必要があります。{0}不適切な入熱または充填材の選択により、溶接継手付近の耐食性が低下する可能性があります。

重要な製造管理には次のものが含まれます。

制御された入熱

適切な溶加材の選択

パス間温度制御

溶接後の洗浄と不動態化-

溶接冶金が不十分だと、耐久性の高い合金の耐食性が損なわれる可能性があります。

他の一般的な合金との比較

このような位置付けにより、Duplex 2205 は、高級ニッケル合金のコストをかけずに長期的な信頼性を求める多くの事業者にとって魅力的な妥協点となります。-

結論

二相ステンレス鋼は、石油およびガス産業で製造される水冷システムの信頼できる主力合金となっています。 Duplex 2205 は、従来の 316L ステンレス鋼よりも大幅に高い機械的強度を提供しながら、塩化物、中程度の硫化水素への曝露、および研磨砂による浸食に対して強い耐性を備えています。

耐食性、構造的耐久性、経済性の組み合わせにより、低グレードの合金を急速に損傷する高温、塩分、砂の多い条件でも耐えることができます。{0}}非常に厳しいサービス環境では依然としてスーパー二相またはニッケルベースの材料が必要となる場合がありますが、Duplex 2205 は世界中の油田で製造される水冷用途の大部分に問題なく対応しています。{2}

効率的な石油生産は、多くの場合、炭化水素に伴う水の管理と同じくらい依存します。最新の処理システムでは、生成水の熱制御が信頼性の高い現場作業の静かな基盤の 1 つになっています。