Hướng dẫn lựa chọn vật liệu mặt bích cho ứng dụng nhiệt độ thấp trong hệ thống LNG

Hướng dẫn về vật liệu mặt bích chịu nhiệt độ thấp

Các ứng dụng trong lĩnh vực nhiệt độ cực thấp và nhiệt độ thấp đòi hỏi phải có những cân nhắc đặc biệt về vật liệu nhằm ngăn ngừa hiện tượng gãy giòn và đảm bảo vận hành an toàn trong điều kiện lạnh giá khắc nghiệt.

Phân loại nhiệt độ

Danh mục	Phạm vi nhiệt độ	Các ứng dụng điển hình
Âm thanh môi trường	-20°C đến 50°C	Hệ thống ống dẫn tiêu chuẩn
Nhiệt độ thấp	-46°C đến -20°C	Làm lạnh, LPG
Siêu lạnh	-196°C đến -46°C	LNG, nitơ lỏng
Lạnh sâu	Dưới -196°C	Heli lỏng, hydro

Tiêu chí lựa chọn vật liệu

Thép cacbon dùng cho nhiệt độ thấp

• ASTM A350 LF2: Hoạt động ở nhiệt độ xuống tới -46°C (-50°F)
• ASTM A350 LF3: Hoạt động ở nhiệt độ xuống tới -101°C (-150°F)
• Yêu cầu thử nghiệm va đập Charpy với rãnh chữ V
• Hiệu quả về chi phí trong điều kiện nhiệt độ thấp vừa phải

Thép không gỉ dùng trong môi trường nhiệt độ cực thấp

• 304/304L: Hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ xuống tới -196°C (nhiệt độ của nitơ lỏng)
• 316/316L: Khả năng chống ăn mòn vượt trội ở nhiệt độ thấp
• 321: Loại thép ổn định dành cho các chi tiết hàn
• Cấu trúc austenit vẫn giữ được tính dẻo ở nhiệt độ siêu lạnh

Hợp kim đặc biệt dùng trong điều kiện nhiệt độ cực thấp

• Thép không gỉ 310: Lên đến 1150°C, thích hợp cho quá trình thay đổi nhiệt độ
• Inconel 625: Dịch vụ khí tự nhiên hóa lỏng (LNG) và hydro lỏng
• Hợp kim nhôm: Các ứng dụng nhiệt độ cực thấp trong lĩnh vực thiết bị nhẹ

Yêu cầu của ngành công nghiệp khí tự nhiên hóa lỏng (LNG)

Khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG) được lưu trữ và vận chuyển ở nhiệt độ -162°C (-260°F), do đó cần phải sử dụng các vật liệu chuyên dụng:

• Thép không gỉ austenit (304L, 316L)
• Thép niken 9% dùng cho bồn chứa
• Hợp kim nhôm dùng cho bộ trao đổi nhiệt
• Các loại gioăng và vật liệu làm kín đặc biệt

Các tính chất chính của vật liệu

Sự chuyển tiếp từ dẻo sang giòn

Thép cacbon trải qua quá trình chuyển đổi từ dẻo sang giòn ở nhiệt độ thấp. Dưới nhiệt độ chuyển đổi, vật liệu dễ bị gãy giòn.

Yêu cầu về thử nghiệm va đập

• Thử nghiệm Charpy với vết cắt hình chữ V ở nhiệt độ thiết kế
• Năng lượng va chạm tối thiểu: 20 joule (15 ft-lbs) (giá trị thông thường)
• Yêu cầu về mở rộng ngang theo tiêu chuẩn ASME B31.3

Các yếu tố cần xem xét trong thiết kế

1. Sự co lại do nhiệt: Cần tính đến hiện tượng co ngót vật liệu ở nhiệt độ thấp
2. Vật liệu cách nhiệt: Ngăn chặn nhiệt xâm nhập và hiện tượng đóng băng bên ngoài
3. Hệ thống hỗ trợ: Đảm bảo có khoảng trống để bù đắp sự giãn nở do nhiệt
4. Lựa chọn gioăng: Sử dụng các miếng đệm chịu nhiệt độ cực thấp (loại cuộn xoắn, PTFE)
5. Vặn bu-lông: Bu lông chịu nhiệt độ thấp (ASTM A320 L7, L7M)

Các ứng dụng phổ biến

• Các cơ sở LNG: Quá trình hóa lỏng, lưu trữ, tái hóa khí
• Phân tách khí: Sản xuất oxy lỏng, nitơ lỏng và argon lỏng
• Hóa dầu: Nhà máy sản xuất ethylene, propylene
• Ngành công nghiệp thực phẩm: Đông lạnh ở nhiệt độ cực thấp
• Y tế: Bảo quản bằng nitơ lỏng

Tiêu chuẩn và Quy chuẩn

• ASME B31.3: Hệ thống ống dẫn công nghệ (Chương IX: Nhiệt độ thấp)
• ASME B16.5: Yêu cầu về bu lông ở nhiệt độ thấp
• ASTM A350: Phôi rèn thép cacbon chịu nhiệt độ thấp
• EN 1092-1: Tiêu chuẩn châu Âu về mặt bích dùng trong công nghệ nhiệt độ cực thấp
• BS 6364: Van nhiệt độ thấp

Kiểm tra và thử nghiệm

• Kiểm tra bằng mắt thường 100%
• Kiểm tra bằng hạt từ hoặc chất thấm màu
• Thử nghiệm va đập theo từng lô xử lý nhiệt
• Thử nghiệm thủy tĩnh ở nhiệt độ môi trường

Việc lựa chọn vật liệu phù hợp cho các ứng dụng ở nhiệt độ thấp là yếu tố then chốt để ngăn ngừa các sự cố nghiêm trọng. Luôn tham khảo các tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan và xem xét thiết kế tổng thể của hệ thống khi lựa chọn mặt bích dùng trong môi trường nhiệt độ cực thấp.

WhatsApp: +86-18658777855
Email: 1007788887@qq.com