مبدل های فولادی ضد زنگ دوبلکس چگونه در خنک کننده آب تولید شده در نفت و گاز استفاده می شوند؟

آب تولید شده از نفت خام یک سوپ داغ، شور و ترش است که حاوی ماسه ساینده، سولفید هیدروژن و کلرید است. خنک کردن این سیال برای محافظت از تجهیزات پایین دستی یک کار چالش برانگیز برای یک مبدل حرارتی است و فولاد ضد زنگ دوبلکس به آلیاژ مورد علاقه مهندسان برای آن تبدیل شده است. خنک‌کننده آب تولیدی یکی از خورنده‌ترین و سخت‌ترین کارهای مکانیکی است که به صورت روزانه در تاسیسات فرآوری میادین نفتی انجام می‌شود.

در محدوده کاربرد رو به رشد گاز نفت خنک کننده آب تولید شده از فولاد ضد زنگ دوبلکس، Duplex 2205 به عنوان یک انتخاب مواد متعادل ظاهر شده است که فاصله بین فولادهای زنگ نزن مقرون به صرفه مانند 316L و آلیاژهای فوق دوبلکس یا نیکل-هزینه بالاتر را پر می کند.

چرا مدیریت آب تولید شده بسیار دشوار است؟
آب تولید شده صرفاً آب آلوده نیست. این یک مخلوط شیمیایی متخاصم است که در اعماق زمین در شرایط دما و فشار بالا ایجاد می شود.

آب تولید شده معمولی ممکن است شامل موارد زیر باشد:

غلظت کلرید بالا

سولفید هیدروژن محلول (H2S)

دی اکسید کربن

ذرات شن و ماسه ریز

جامدات محلول

هیدروکربن هایی که باقی می مانند

آلودگی اکسیژن در حین پردازش

این ترکیب خطرات همزمان ایجاد می کند:

حفره خوردگی

خوردگی در ترک ها

ترک خوردگی تحت تنش سولفیدی

خوردگی و فرسایش

تحت-هجوم سپرده

در بسیاری از صنایع، فولادهای زنگ نزن آستنیتی معمولی در این شرایط به سرعت تجزیه می شوند.

طراحی معمولی مبدل آب خنک کننده تولید شده
مبدل‌های حرارتی پوسته-و-لوله اغلب برای خنک‌سازی آب تولیدی استفاده می‌شوند.

لوله{0}}سرویس آب تولید شده جانبی
آب تولید شده در بسیاری از طرح ها از سمت لوله به سمت پایین هدایت می شود زیرا

بررسی و تعویض لوله ها ساده تر است.

سرعت های بالاتر می تواند رسوب را به حداقل برساند

ساده سازی حبس فشار

کنترل فرسایش شن آسان تر است.

سپس قسمت پوسته با آب خنک کننده، آب دریا یا سیستم های گلیکول به گردش در می آید.

مبدل باید در معرض قرار گرفتن مداوم در معرض آب نمک غنی از کلرید- در حالی که یکپارچگی مکانیکی را در شرایط جریان آشفته حفظ می کند، زنده بماند.

چرا Duplex 2205 اغلب انتخاب می شود؟
در مقایسه با فولاد ضد زنگ سنتی 316L، فولاد ضد زنگ Duplex 2205 به دلیل ترکیبی از ریزساختارهای فریتی و آستنیتی، استحکام مکانیکی و مقاومت در برابر خوردگی بسیار بهتری دارد.

مقاومت کلرید برتر
ترکیب کروم، مولیبدن و نیتروژن بیشتر Duplex 2205 یک عدد معادل مقاومت حفره ای (PREN) تقریباً ارائه می دهد:

PREN=35 PREN=35 PREN=35

در مقایسه، فولاد ضد زنگ 316L اغلب یک PREN را در نزدیکی نشان می دهد:

PREN≈25PREN \\تقریبا 25PREN≈25

این بهبود مقاومت در برابر خوردگی حفره‌ای ناشی از کلرید را بسیار افزایش می‌دهد.

عملکرد در شور کلرید داغ
آب تولید شده اغلب شبیه آب غلیظ دریا با آلاینده های اضافی است. دوپلکس 2205 حتی در محیط‌های گرم و کلرید هوادهی زیر دمای حفره‌ای بحرانی خود، می‌تواند در این شرایط حفره‌ها را تحمل کند.

در آب دریای گازدار، دمای حفره‌ای بحرانی Duplex 2205 معمولاً بالاتر از موارد زیر است:

35 درجه کمتر یا مساوی CPT کمتر یا مساوی 40 درجه 35 درجه کمتر یا مساوی با CPT کمتر یا مساوی 40 درجه CPT \\leq 40 درجه 35 درجه کمتر یا مساوی CPT کمتر یا مساوی 40 درجه

این حاشیه عملکرد بسیار بهتر از 316L است که در دمای بسیار پایین‌تر در محیط‌های غنی از کلرید در برابر حمله موضعی آسیب‌پذیر می‌شود.

مقاومت در برابر فرسایش شن و ماسه
آب تولید شده به ندرت بدون مواد جامد می رسد. شن و ماسه تشکیل ریز به طور معمول از طریق سیستم خنک کننده منتقل می شود، به خصوص در طول عمر اولیه مزرعه یا زمان های تولید ناپایدار.

دوام با یک ماتریس دوبلکس سخت تر افزایش می یابد
ریزساختار دوبلکس از نظر مکانیکی سخت تر از ساختار کاملا آستنیتی فولاد ضد زنگ 316L است. این سختی بالاتر باعث افزایش مقاومت در برابر موارد زیر می شود:

برخورد شن و ماسه

خوردگی و فرسایش

جداسازی فیلم ها به صورت غیرفعال

سایش ناشی از جریان

علاوه بر این، لایه اکسید غیرفعال فولاد ضد زنگ دوبلکس به سرعت به دنبال اختلال مکانیکی تعمیر می شود و به حفظ مقاومت در برابر خوردگی در محیط های آشفته کمک می کند.

در میدان نفتی، مبدلی که زنگ نزند، ارزش وزن خام خود را دارد، به ویژه زمانی که ذرات ساینده به طور مداوم از لوله ها عبور می کنند.

مزایای استحکام مکانیکی
قدرت تسلیم عالی Duplex 2205 یکی از مزایای اصلی آن است.

کاهش وزن و لوله های نازک تر
دوپلکس 2205 دارای قدرت تسلیم است که تقریباً دو برابر فولاد ضد زنگ 316 لیتری است. این اجازه می دهد:

کاهش ضخامت دیواره لوله

کاهش وزن مبدل

قابلیت فشار بالاتر

مقاومت در برابر لرزش بهبود یافته است

اگرچه فولاد ضد زنگ دوبلکس به ازای هر کیلوگرم از 316 لیتر گران‌تر است، اما هزینه مواد تا حدودی با بخش‌های نازک‌تر کاهش می‌یابد.

غلبه Duplex 2205 در سیستم های آب تولیدی را می توان با هزینه-اثربخشی، استحکام و مقاومت آن در برابر خوردگی توضیح داد.

محدودیت در سرویس ترش
با وجود عملکرد فوق‌العاده‌اش، Duplex 2205 برای همه موقعیت‌های میدان نفتی قابل قبول نیست.

نگرانی از فشار جزئی H2S بالا
افزایش فشار جزئی سولفید هیدروژن در شرایط بسیار ترش می تواند خطرات زیر را افزایش دهد:

ترک خوردگی تحت تنش سولفیدی

تردی هیدروژنی

آسیب ناشی از زنگ زدگی موضعی

در شرایط بسیار تلخ، موادی مانند:

فولاد ضد زنگ سوپر دوبلکس

آلیاژهای مبتنی بر نیکل{0}}

مواد آلیاژی بالا-مقاوم در برابر خوردگی

می تواند مورد نیاز باشد.

با این وجود، اکثریت بزرگی از برنامه‌های کاربردی آب تولید شده با خدمات متوسط{0}} که در عملیات سنتی نفت و گاز یافت می‌شوند، توسط Duplex 2205 به طور رضایت‌بخشی مدیریت می‌شوند.

توجه مواد: کنترل روش جوشکاری اهمیت دارد
روش‌های جوشکاری با فریت پایین-
هنگام ساخت فولاد ضد زنگ دوبلکس، کیفیت جوش بسیار مهم است.

یک فرآیند جوشکاری با{0}فریت کم باید با دقت طراحی شود تا تعادل صحیح بین فازهای فریت و آستنیت در ناحیه جوش حفظ شود. حرارت ورودی نامناسب یا انتخاب پرکننده ممکن است بر مقاومت خوردگی در نزدیکی درزهای جوش داده شده تأثیر بگذارد.

کنترل های ساخت حیاتی عبارتند از:

ورودی گرمای تنظیم شده

انتخاب مناسب فلز پرکننده

بینگذر کنترل دما

تمیز کردن و غیرفعال کردن پس از جوشکاری

متالورژی ضعیف جوش می تواند عملکرد خوردگی یک آلیاژ بسیار مقاوم را تضعیف کند.

مقایسه آن با سایر آلیاژهای معمولی
مقاومت در برابر فرسایش ماسه، مقاومت در برابر کلرید مواد و هزینه نسبی کاربرد معمولی
سرویس آب نمک 316L فولاد ضد زنگ متوسط ​​متوسط ​​پایین خفیف
سیستم های آب تولید شده دوبلکس 2205 High High MediumMost
سوپر دوبلکس بسیار بالاخیلی زیاد خدمات کلرید/ترش بالاتر
آلیاژهای نیکل بسیار بالا زمینه های بسیار تهاجمی
این قرارگیری، Duplex 2205 را برای بسیاری از اپراتورهایی که می‌خواهند قابلیت اطمینان طولانی‌مدت بدون هزینه آلیاژهای نیکل ممتاز دارند، به مصالحه‌ای جذاب تبدیل کند.

در نتیجه
در بخش نفت و گاز، فولاد ضد زنگ دوبلکس به عنوان آلیاژ کار قابل اعتماد برای سیستم های خنک کننده آب تولید شده ظاهر شده است. دوپلکس 2205 علاوه بر داشتن استحکام مکانیکی بسیار بهتر نسبت به فولاد ضد زنگ سنتی 316L، مقاومت قابل توجهی در برابر کلریدها، قرار گرفتن در معرض سولفید هیدروژن متوسط ​​و فرسایش شن ساینده ارائه می‌کند.

ترکیبی از مقاومت در برابر خوردگی، دوام ساختاری و کارایی اقتصادی به آن اجازه می‌دهد در شرایط گرم، شور و شنی که به سرعت آلیاژهای- درجه پایین‌تر را تخریب می‌کنند، زنده بماند. اگرچه موقعیت‌های خدماتی به شدت ترش ممکن است همچنان به مواد فوق‌العاده دوبلکس- یا نیکل نیاز داشته باشند، Duplex 2205 با موفقیت بخش عمده برنامه‌های خنک‌کننده آب تولید شده را در سراسر میادین نفتی جهانی سرویس می‌دهد.

تولید نفت کارآمد اغلب به همان اندازه به تنظیم آبی که هیدروکربن ها را همراهی می کند بستگی دارد. تنظیم حرارتی آب تولید شده به عنوان یکی از سنگ بنای آرام عملیات میدانی قابل اعتماد در سیستم های پردازش معاصر پدیدار شده است.