Ved lav temperatur er den kontrollerende egenskapen til et stålrør ikke strekkfasthet, men seighet. Ferritisk stål som oppfører seg på en duktil måte ved omgivelsestilstand kan sprekke i sprø modus når det er avkjølt under overgangstemperaturen, og en sprø sprekk forplanter seg langt raskere enn noe inspeksjons- eller vedlikeholdsprogram kan reagere. Kryogent rør er derfor valgt, testet og inspisert med bruddkontroll som hovedmål.
Hvorfor seighet styrer lavtemperaturdesign
Hver kryogen linje er nødvendig for å demonstrere at materialet ikke vil svikte i en sprø modus ved den laveste temperaturen den kan oppleve, inkludert urolige og nødstilstander. Dette beviset kommer fra Charpy V-notch slagtesting utført ved designmetalltemperaturen i samsvar med ASTM E23, med grenser for absorbert energi og sideutvidelse satt av den styrende rørspesifikasjonen. Andre egenskaper har også betydning: termisk sammentrekning må tilpasses layouten, og varmeledningsevnen påvirker hvor mye isolasjon ledningen krever.
Karakterer og spesifikasjoner for Cryogenic Service
| Karakter | Spesifikasjon | Typisk designtemperatur | Typisk service |
|---|---|---|---|
| A333 klasse 1 | ASTM A333 / ASME SA-333 | Ned til ca -45 grader | Rør av karbonstål med lav temperatur |
| A333 klasse 6 | ASTM A333 / ASME SA-333 | Ned til ca -45 grader | LNG og lavtemperatur prosesslinjer, normalisert |
| A333 klasse 3 | ASTM A333 / ASME SA-333 | Ned til ca -100 grader | Kjøleboks og kjølerør |
| A333 klasse 8 | ASTM A333 / ASME SA-333 | Ned til ca -195 grader | Flytende nitrogen og flytende hydrogenoverføring |
| 304L, 316L austenittisk sømløs og sveiset | ASTM A312, ASTM A358 | Ned til ca -196 grader | LNG-lagring og overføring, rørledninger for veksler |
| P355NL lavtemperaturrør | EN 10216-4 | Ned til ca -50 grader | Europeisk lavtemperatur prosessrør |
| Lav temperatur rørledning stålrør | GB/T 18984 | Ned til ca -45 grader | Innenlandske LNG og kalde servicelinjer |
Designtemperaturen i tabellen følger slagtesttemperaturen som kreves av hver spesifikasjon; det nøyaktige absorberte energibehovet og gjeldende testtemperatur må hentes fra utgaven av standarden som er sitert i innkjøpsordren.
Skjøter, støtter og termisk sammentrekning
En kryogen linje endrer lengde betraktelig under nedkjøling, og den bevegelsen må absorberes i stedet for å begrenses. Sveisede skjøter foretrekkes fordi de i seg selv er lekkasjetette, og stumpsveiser er normalt full penetrering. Der boltede flenser er uunngåelige, innføres et termisk brudd slik at varme ikke ledes inn i den kalde delen, og pakninger velges for fleksibilitet ved driftstemperatur. Ekspansjonsløkker, fjærhengere og glidestøtter fullfører arrangementet, og rørspenningsanalyse bekrefter at dysebelastninger på pumper og kar forblir akseptable.
Isolasjonssystemer
Vakuumkappet rør gir den laveste varmelekkasjen for en gitt tykkelse og er vanlig på flytende helium og flytende hydrogenoverføringslinjer. For LNG-linjer med større diameter brukes i stedet perlitt, cellulært glass eller polyuretanskum med dampsperre. Uansett hvilket system som velges, må isolasjonen tåle sammentrekning av innerrøret, motstå fuktinntrengning og holde den ytre overflaten over duggpunktet slik at det ikke dannes is på foringsrøret.
Inspeksjon og testing
Aksepttesting av kryogent rørverk kombinerer typisk slagtestresultatene med full sporbarhet av varmetall, radiografisk eller ultralydundersøkelse av omkretssveiser til ASME B31.3-regler, hydrostatisk eller pneumatisk styrketesting, og en heliummassespektrometer-lekkasjetest der tetthetskravet er strengt. Fullførte systemer kan også bli gjenstand for en kaldsjokk eller termisk syklustest for å bekrefte at støtter og ledd oppfører seg som forutsagt.
FAQ
Spørsmål: Hva er den laveste temperaturen for ASTM A333 Grade 6-rør?
Grad 6 er slagtestet ved ca -45 grader og er arbeidshestkvaliteten for LNG og lignende lavtemperatur prosesstjenester; kaldere oppgaver krever klasse 3 eller grad 8, eller en austenittisk rustfri klasse.
Spørsmål: Hvorfor foretrekkes 304L og 316L for LNG-tjenester?
Deres austenittiske struktur forblir tøff ved svært lav temperatur, slik at de ikke viser den duktile-til-skjøre overgangen til ferritisk stål og kan brukes ned til flytende nitrogentemperatur og utover.
Spørsmål: Er en hydrostatisk test nok til å kvalifisere kryogen rør?
Nei. En trykktest beviser styrke og integritet ved omgivelsesforhold, men seighet må demonstreres separat ved slagtesting ved designmetalltemperatur.
Spørsmål: Hvordan holdes kryogene skjøter lekkasjetette?
Helsveiset konstruksjon foretrekkes, med boltede skjøter begrenset til utstyrsforbindelser hvor det benyttes termisk brudd og lavtemperaturpakning, og hver skjøt lekkasjetestes med helium etter montering.
Spørsmål: Hvilken isolasjon er best for kryogene rør?
Vakuumkappet rør for de kaldeste og minste linjene, og perlitt, cellulært glass eller skum med dampsperre for LNG-rør med større diameter der tykkelsen er mindre kritisk.
