Selección de tubos de acero para la industria química

Descripción general de las tuberías de plantas químicas

Las plantas de procesamiento químico presentan algunas de las condiciones más exigentes para los sistemas de tuberías. Las tuberías deben contener fluidos que pueden ser altamente corrosivos, a temperaturas y presiones elevadas y, en muchos casos, tóxicos o inflamables. Las consecuencias de las fallas de las tuberías en el servicio químico incluyen fugas de fluidos de proceso, incendios, explosiones, emisiones tóxicas y daños ambientales. Por lo tanto, la selección adecuada del material de las tuberías no es sólo una decisión de ingeniería - sino que es un imperativo de seguridad y cumplimiento normativo.

El código de diseño para tuberías de plantas químicas es ASME B31.3 (Tuberías de proceso), que proporciona reglas para el diseño, materiales, fabricación, pruebas e inspección de sistemas de tuberías en plantas químicas y petroquímicas. B31.3 clasifica los servicios de fluidos en normal, categoría M (tóxico), categoría D (bajo riesgo) y alta-presión, con requisitos cada vez más estrictos para servicios más peligrosos. Las tuberías deben diseñarse para la combinación más severa de presión y temperatura esperada durante la operación normal, el arranque, el apagado y cualquier condición alterada creíble.

Requisitos de tubería por medio químico

Diferentes medios químicos requieren diferentes materiales de tubería según su corrosividad, temperatura y presión. Para el servicio con ácido sulfúrico, el acero al carbono es adecuado para concentraciones superiores al 95 % a temperatura ambiente, pero por debajo del 95 % (especialmente ácido diluido), las tasas de corrosión aumentan dramáticamente, lo que requiere acero inoxidable 316 o aleaciones superiores. En el caso del ácido clorhídrico, incluso las soluciones diluidas son altamente corrosivas para el acero inoxidable, por lo que requieren aleaciones con alto contenido de níquel (Hastelloy C-276) o tuberías no metálicas para la mayoría de las condiciones. Para el ácido nítrico, el acero inoxidable 304L es adecuado para la mayoría de las concentraciones porque el ácido nítrico pasiva el acero inoxidable. Para solventes orgánicos (hidrocarburos, alcoholes, cetonas), el acero al carbono generalmente es adecuado a menos que el solvente esté húmedo o contenga contaminantes corrosivos.

Los ambientes con cloruros son particularmente desafiantes porque causan picaduras y grietas por corrosión bajo tensión (SCC) en los aceros inoxidables austeníticos. El SCC de cloruro puede ocurrir a temperaturas superiores a 60 grados con concentraciones de cloruro tan bajas como 10 ppm. Para corrientes de proceso que contienen cloruro-, el 316L (con 2-3 % de molibdeno) proporciona una resistencia mejorada en comparación con el 304L, pero para condiciones severas de cloruro, pueden ser necesarios aceros inoxidables dúplex (2205, 2507) o aleaciones a base de níquel. El número equivalente de resistencia a las picaduras (PREN=%Cr + 3.3 x %Mo + 16 x %N) es una herramienta de detección útil para comparar la resistencia a las picaduras: 304L tiene PREN ~19, 316L tiene PREN ~25, 2205 dúplex tiene PREN ~36 y 2507 súper dúplex tiene PREN ~43.

Materiales de tuberías comunes para la industria química

Tipos de corrosión y selección de materiales

General corrosion is uniform material loss over the entire surface, managed by adding a corrosion allowance (typically 1.5-6.0 mm) to the calculated wall thickness. Pitting is localized corrosion that creates small cavities, measured by the PREN value. Crevice corrosion occurs in shielded areas such as under gaskets and deposits, requiring alloys with higher molybdenum content. Stress corrosion cracking (SCC) is the most dangerous corrosion form - cracking occurs under the combined action of tensile stress and a corrosive environment, often without significant general corrosion. SCC can cause catastrophic failure with little warning. For chloride SCC, materials with higher nickel content (>20%) o microestructuras dúplex aportan resistencia. La corrosión intergranular, causada por la precipitación de carburo de cromo en los límites de los granos, se previene utilizando grados con bajo contenido de carbono (304L, 316L) o grados estabilizados (321, 347).

Clasificación de presión para tuberías químicas

Las plantas químicas suelen operar a clases de presión de ANSI 150# (2 MPa) a 600# (10 MPa), con procesos especiales como el hidrocraqueo y la producción de polietileno que funcionan a 900-2500# (15-42 MPa). La selección de la clasificación de presión sigue las reglas de diseño ASME B31.3, con el espesor mínimo de pared calculado usando la fórmula: t=(P x D) / (2(SE + PY)). Para el servicio de vacío, la tubería debe resistir el colapso por presión externa, lo que a menudo requiere programas más pesados ​​que los que dictaría la presión interna por sí sola. La temperatura afecta significativamente la tensión permitida: una tubería adecuada a temperatura ambiente puede necesitar una pared más gruesa a 400 grados. Vea nuestroGuía de clasificación de presión de tuberíapara métodos de cálculo completos.

Requisitos especiales

Las tuberías químicas a menudo requieren tratamientos superficiales especiales. El desengrasado elimina el aceite y la grasa de la superficie interna para evitar la contaminación del fluido del proceso. El decapado elimina las cascarillas de laminación y los óxidos de soldadura. La pasivación (tratamiento con ácido nítrico o ácido cítrico) mejora la capa natural de óxido de cromo en el acero inoxidable, maximizando la resistencia a la corrosión. El trazado calefactor (eléctrico o de vapor) se aplica a tuberías que deben mantener temperaturas elevadas para evitar la solidificación del fluido o el aumento de la viscosidad. Las tuberías de productos químicos enterradas requieren un revestimiento anticorrosión externo según ISO 21809 o equivalente - consulte nuestraGuía de revestimiento de tuberías. Los requisitos de END para tuberías de productos químicos varían según la categoría de servicio de fluidos según B31.3, y van desde el 5 % de las soldaduras para el servicio normal hasta el 100 % para el servicio de categoría M - consulte nuestra

Guía de END para tuberías.

Estándares de tuberías químicas

ASME B31.3 es el código de diseño principal. Los estándares de materiales de ASTM incluyen A106 (acero al carbono), A312/A358 (acero inoxidable) y A335 (acero aleado). Los estándares API relevantes para plantas químicas incluyen API 610 (bombas) y API 682 (sistemas de sellado). Para proyectos internacionales, pueden aplicarse EN 13480 (código de tuberías europeo) y GB/T 20801 (código de tuberías chino). Los requisitos de la directiva PED deben cumplirse para equipos instalados en la Unión Europea. Una comparación completa de los estándares internacionales está disponible en nuestroComparación de estándares de tuberías(59).

Cómo obtener tuberías químicas

Al solicitar tuberías para servicios químicos, proporcione los siguientes parámetros: composición y concentración del fluido, rango de pH para soluciones acuosas, temperatura de funcionamiento (normal y de diseño), presión de funcionamiento (normal y de diseño), código aplicable (ASME B31.3 u otro), requisitos de END, requisitos de certificación (MTC 3.1 o 3.2) y cualquier preparación especial de la superficie (decapado, pasivación). ManufacturerPipe suministra tuberías de acero al carbono, acero inoxidable y acero aleado para aplicaciones químicas, con experiencia en el suministro a refinerías, plantas petroquímicas e instalaciones de química fina en todo el mundo.

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