LNG 및 극저온 응용 분야용 재료 가이드

액화천연가스(LNG)와 극저온 시스템은 일반 탄소강을 부서지기 쉽고 위험하게 만들 만큼 낮은 −196도(−321도 F) -의 낮은 온도에서 작동합니다. 올바른 재료를 선택하는 것은 선호 사항이 아닙니다. 그것은 안전 필수 사항입니다. 오스테나이트계 스테인리스강과 고{5}}니켈 합금은 이러한 극한의 온도에서 탁월한 인성을 유지하므로 액화 플랜트, 저장 탱크, 극저온 파이프라인, 재기화 터미널 및 부유식 LNG(FLNG) 선박 등 전체 LNG 가치 사슬에서 선택되는 재료가 됩니다.

이 가이드는 엔지니어, 조달 팀 및 프로젝트 관리자에게 주요 기계적 특성, 적용 가능한 표준 및 일반적인 응용 분야를 다루는 LNG 및 극저온 서비스 -에서 가장 널리 지정된 스테인리스강 및 니켈 합금 등급에 대한 간략한 참조 자료를 제공합니다.

일반 강철이 극저온에서 파손되는 이유

탄소강과 저-합금 페라이트강은 온도가 떨어지면 연성이 있는-취성 전이(DBT)를 겪습니다. 일반적인 탄소강의 경우 최대 0도 - 충격 에너지가 발생할 수 있는 DBT 지점 - 아래에서는 충격 에너지가 급격하게 떨어지고 재료는 경고 없이 파손될 수 있습니다. 이 현상은 추운 날씨에 대형 강철 탱크가 파열되어 21명이 사망한 1919년 당밀 재해를 비롯한 재앙적인 역사적 실패의 원인이 되었습니다.

오스테나이트계 스테인리스강에는 연성-에서-취성 전이를 나타내지 않는 면심 입방체(FCC) 결정 구조가 포함되어 있습니다. 인성은 실제로 온도가 감소함에 따라 향상되므로 극저온 서비스에 대해 ASME B31.3 및 EN 13480과 같은 코드가 요구됩니다.

LNG 서비스용 오스테나이트계 스테인리스 강 등급

304L 및 316L 등급 - 업계의 주력 제품

304L(UNS S30403): 가장 널리 사용되는 극저온 스테인리스강입니다. "L"은 저탄소(0.03% 이하)를 나타내며 용접 중 민감화를 방지합니다. - 이는 용접된 LNG 배관 및 저장 시스템의 중요한 요구 사항입니다. 최소 인장 강도는 485MPa이며 샤르피 충격 값은 -196도에서 100J 이상으로 유지됩니다.

316L(UNS S31603): 구멍 부식 방지 및 틈새 부식 방지를 위해 2~3% 몰리브덴을 첨가하여 해양 LNG 플랫폼, 연안 터미널 및 염화물 노출이 우려되는 모든 환경에 선호되는 선택입니다. 일반적인 항복 강도는 실온에서 최소 170 MPa이며, 낮은 온도에서는 증가합니다.

321등급 및 347 - 안정화 등급

321학년(티타늄-안정화) 및347(니오븀-안정화)은 극저온 노출과 높은 온도 주기-를 결합한 서비스용으로 설계되었습니다(예: 액화 온도와 공정 온도 사이를 오가는 열 교환기). 안정화 요소는 탄소를 묶어 결정립 경계에 크롬 탄화물 침전을 방지하고 넓은 온도 범위에서 내식성을 유지합니다.

까다로운 극저온 서비스를 위한 고-니켈 합금

산성 가스 처리, 산성 가스 처리 또는 해수와 같이 부식 조건이 더 공격적인 - 경우 -습윤 FLNG 부품 - 고-니켈 합금은 오스테나이트 스테인리스강만으로는 따라올 수 없는 우수한 성능을 제공합니다.

합금 825(UNS N08825)

합금 825니켈 38~46%, 크롬 19.5~23.5%, 몰리브덴 2.5~3.5%, 구리를 함유하고 있어 산의 산화 및 환원에 탁월한 저항성을 제공합니다. ASTM B424(플레이트) 및 ASTM B425(bar)를 준수하여 H2S 및 CO2에 노출되는 LNG 처리 장비에 대해 널리 지정됩니다. 공식 저항 등가수(PREN)는 일반적으로 30을 초과하여 표준 316L보다 훨씬 뛰어납니다.

합금 625(UNS N06625)

니켈 58% 이상, 크롬 20~23%, 몰리브덴 8~10%,합금 625FLNG 선체의 유연한 라이저 및 클래딩을 위한 표준 소재입니다. 어닐링된 상태에서 인장 강도는 830MPa를 초과하고 -196도에서 완전한 연성을 유지합니다. 합금 625는 ASTM B443(플레이트) 및 ASTM B446(막대/막대)을 준수하며 신맛 서비스에 대한 NACE MR0175/ISO 15156 인증도 받았습니다.

합금 600(UNS N06600)

합금 600극저온 열 교환기 및 콜드 박스에서 응력 부식 균열(SCC)에 대한 탁월한 저항성을 갖는 고니켈{0}}크롬 조합(72% Ni 이상, 14~17% Cr)을 제공합니다. 이는 ASTM B166(bar) 및 ASTM B168(플레이트)에 지정되어 있으며 공기 분리 및 LNG 액화 열차의 차가운-박스 쉘-및-튜브 열교환기용 재료로 계속 사용되고 있습니다.

재료 비교: 빠른 참조 표

아래 표에는 가장 일반적으로 지정되는 등급, 최소 사용 온도, 관리 표준, 니켈 함량 및 주요 용도가 요약되어 있습니다.

표 1: LNG 및 극저온 응용 분야를 위한 스테인리스강 및 니켈 합금 등급.

주요 소재 선택 기준

LNG 또는 극저온 서비스용 재료를 지정할 때 엔지니어는 다음 요소를 평가해야 합니다.

설계 온도: 선택한 등급이 최소 설계 온도에서 적절한 샤르피 충격 에너지(일반적으로 ASME당 27J 이상)를 유지하는지 확인합니다.

부식 환경: 염화물-풍부 또는 산성-가스 환경에는 316L, 합금 825 또는 합금 625와 같은 더 높은-합금 등급이 필요합니다.

용접성: 저-탄소("L") 등급 또는 안정화 등급은 감작을 방지합니다. 극저온 서비스의 모든 맞대기 용접은 가능한 경우 용체화-풀림 처리되어야 합니다.

적용 가능한 코드: ASME VIII Div. 1, ASME B31.3 Chapter IX(저{2}}온도 배관), EN 13458(정적 극저온 용기) 및 IGC 코드(LNG 선박용)는 모두 허용되는 재료를 지정합니다.

제품 형태: 플레이트, 파이프, 바, 피팅 및 단조품은 각각 해당 ASTM/ASME SB/SA 사양을 준수해야 합니다.

일반적인 LNG 및 극저온 응용 분야

스테인리스강과 니켈 합금은 LNG 가치 사슬 전반에 걸쳐 나타납니다.

LNG 저장 탱크: 9% 니켈강(ASTM A553) 또는 304L 스테인리스강으로 제작된 내부 쉘; 304L / 316L의 지지 구조 및 배관.

극저온 파이프라인 및 배관 시스템: ASME B36.19에 따라 304L/316L로 10S~80S 파이프를 예약합니다. ASTM A403에 따른 피팅.

열 교환기 및 콜드 박스: 온도 순환 의무에 따라 321, 347 또는 합금 600의 튜브, 헤더 및 쉘 구성 요소.

펌프, 밸브 및 계측: CF-3M(316L 상당) 또는 CF-8M 주조; 고압 극저온 밸브용 합금 625 트림.

FLNG 및 해양 LNG 구조물: 합금 625 또는 316L의 클래드 데크, 유연한 라이저 및 분무{0}}냉각 배관.

관리 표준

ASTM A240 / ASME SA-240 - 스테인레스 강판, 시트 및 스트립

ASTM A276 / A479 / ASME SA-479 - 스테인리스강 막대 및 모양

ASTM A182 / ASME SA-182 - 단조 스테인리스강 플랜지 및 피팅

ASTM A403 / ASME SA-403 - 단조 스테인리스강 배관 피팅

ASTM B424 / B443 / B166 - 니켈 합금 판(합금 825, 625, 600)

ASTM B425 / B446 / B166 - 니켈 합금 바(합금 825, 625, 600)

ASME B31.3 Chapter IX - 극저온 배관 설계

EN 13458 - 정적 극저온 압력 용기

NACE MR0175 / ISO 15156 - Sour- 서비스 자격

결론

모든 재료 결정은 해당 ASME, ASTM, EN 또는 분류 협회 표준에 따라 검증되어야 하며 최소 설계 온도에서 충격 테스트 데이터로 검증되어야 합니다. 의심스러울 때,JN 공급업체에 문의.