Visão geral da tubulação da planta química
As plantas de processamento químico apresentam algumas das condições mais exigentes para sistemas de tubulação. Os tubos devem conter fluidos que podem ser altamente corrosivos, a temperaturas e pressões elevadas e, em muitos casos, tóxicos ou inflamáveis. As consequências da falha na tubulação em serviços químicos incluem vazamentos de fluidos de processo, incêndios, explosões, liberações tóxicas e danos ambientais. A seleção adequada do material do tubo não é, portanto, apenas uma decisão de engenharia -, é um imperativo de segurança e conformidade regulatória.
O código de projeto para tubulações de plantas químicas é ASME B31.3 (Process Piping), que fornece regras para projeto, materiais, fabricação, testes e inspeção de sistemas de tubulação em plantas químicas e petroquímicas. B31.3 categoriza os serviços de fluidos em normal, categoria M (tóxico), categoria D (baixo risco) e alta-pressão, com requisitos cada vez mais rigorosos para serviços mais perigosos. A tubulação deve ser projetada para a combinação mais severa de pressão e temperatura esperada durante a operação normal, inicialização, desligamento e quaisquer condições de perturbação credíveis.
Requisitos de tubulação por meio químico
Diferentes meios químicos requerem diferentes materiais de tubo com base em sua corrosividade, temperatura e pressão. Para serviço com ácido sulfúrico, o aço carbono é adequado para concentrações acima de 95% à temperatura ambiente, mas abaixo de 95% (especialmente ácido diluído), as taxas de corrosão aumentam dramaticamente, exigindo aço inoxidável 316 ou ligas superiores. Para ácido clorídrico, mesmo soluções diluídas são altamente corrosivas para o aço inoxidável, exigindo ligas de alto-níquel (Hastelloy C-276) ou tubulação não metálica para a maioria das condições. Para o ácido nítrico, o aço inoxidável 304L é adequado para a maioria das concentrações porque o ácido nítrico passiva o aço inoxidável. Para solventes orgânicos (hidrocarbonetos, álcoois, cetonas), o aço carbono é geralmente adequado, a menos que o solvente esteja úmido ou contenha contaminantes corrosivos.
Ambientes de cloreto são particularmente desafiadores porque causam corrosão sob tensão e corrosão sob tensão (SCC) em aços inoxidáveis austeníticos. O SCC de cloreto pode ocorrer em temperaturas acima de 60 graus com concentrações de cloreto tão baixas quanto 10 ppm. Para fluxos de processo contendo-cloreto, o 316L (com 2-3% de molibdênio) oferece maior resistência em comparação com o 304L, mas para condições severas de cloreto, aços inoxidáveis duplex (2205, 2507) ou ligas à base de níquel podem ser necessários. O número equivalente de resistência à corrosão (PREN=%Cr + 3.3 x %Mo + 16 x %N) é uma ferramenta de triagem útil para comparar a resistência à corrosão: 304L tem PREN ~19, 316L tem PREN ~25, 2205 duplex tem PREN ~36 e 2507 super duplex tem PREN ~43.
Materiais de tubos comuns para a indústria química
| Material | Características principais | Aplicações Típicas |
|---|---|---|
| Aço Carbono (A106 Gr.B) | Baixo custo, boa resistência, resistência à corrosão limitada | Fluidos não{0}}corrosivos, vapor, água, hidrocarbonetos |
| Aço inoxidável 304/304L | Resistência geral à corrosão, boa soldabilidade | Ácido nítrico, ácidos orgânicos, processamento de alimentos |
| Aço inoxidável 316/316L | Resistência-melhorada à corrosão, padrão da indústria química | Ácido sulfúrico (diluído), cloretos (moderado), solventes |
| Dúplex 2205/2507 | Alta resistência, excelente resistência SCC | Ambientes de cloreto, offshore, trocadores de calor |
| Ligas de Níquel (Inconel, Hastelloy) | Extrema resistência à corrosão, custo muito alto | HCl, H2SO4 (quente), HF, serviço corrosivo severo |
Tipos de corrosão e seleção de materiais
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%) ou microestruturas duplex proporcionam resistência. A corrosão intergranular, causada pela precipitação de carboneto de cromo nos limites dos grãos, é evitada pelo uso de classes de baixo-carbono (304L, 316L) ou classes estabilizadas (321, 347).
Classificação de pressão para tubulação química
As plantas químicas normalmente operam em classes de pressão de ANSI 150# (2 MPa) a 600# (10 MPa), com processos especiais como hidrocraqueamento e produção de polietileno operando a 900-2500# (15-42 MPa). A seleção da classificação de pressão segue as regras de projeto ASME B31.3, com a espessura mínima da parede calculada usando a fórmula: t=(P x D) / (2(SE + PY)). Para serviço de vácuo, o tubo deve resistir ao colapso da pressão externa, muitas vezes exigindo horários mais pesados do que a pressão interna por si só exigiria. A temperatura afeta significativamente a tensão admissível – um tubo adequado à temperatura ambiente pode precisar de uma parede mais espessa a 400 graus. Veja nossoGuia de classificação de pressão de tubopara métodos de cálculo abrangentes.
Requisitos Especiais
Tubos químicos geralmente requerem tratamentos de superfície especiais. O desengorduramento remove óleo e graxa da superfície interna para evitar a contaminação do fluido do processo. A decapagem remove carepa de laminação e óxidos de soldagem. A passivação (tratamento com ácido nítrico ou ácido cítrico) melhora a camada natural de óxido de cromo do aço inoxidável, maximizando a resistência à corrosão. O traceamento térmico (elétrico ou a vapor) é aplicado a tubos que devem manter temperaturas elevadas para evitar a solidificação do fluido ou o aumento da viscosidade. Tubos químicos enterrados exigem revestimento anti{5}}corrosão externo de acordo com a ISO 21809 ou equivalente - consulte nossoGuia de revestimento de tubos. Os requisitos de END para tubos químicos variam de acordo com a categoria de serviço de fluido de acordo com B31.3, variando de 5% de soldas para serviço normal a 100% para serviço de categoria M - consulte nosso
Padrões de tubulação química
ASME B31.3 é o código de projeto principal. Os padrões de materiais ASTM incluem A106 (aço carbono), A312/A358 (aço inoxidável) e A335 (aço liga). Os padrões API relevantes para fábricas de produtos químicos incluem API 610 (bombas) e API 682 (sistemas de vedação). Para projetos internacionais, podem ser aplicadas EN 13480 (código de tubulação europeu) e GB/T 20801 (código de tubulação chinês). Os requisitos da diretiva PED devem ser atendidos para equipamentos instalados na União Europeia. Uma comparação completa dos padrões internacionais está disponível em nossoComparação de padrões de tubos(59).
Como obter tubos químicos
Ao solicitar tubos para serviços químicos, forneça os seguintes parâmetros: composição e concentração do fluido, faixa de pH para soluções aquosas, temperatura operacional (normal e projeto), pressão operacional (normal e projeto), código aplicável (ASME B31.3 ou outro), requisitos de END, requisitos de certificação (MTC 3.1 ou 3.2) e qualquer preparação especial de superfície (decapagem, passivação). A ManufacturerPipe fornece tubos de aço carbono, aço inoxidável e ligas de aço para aplicações químicas, com experiência no fornecimento para refinarias, plantas petroquímicas e instalações de química fina em todo o mundo.
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