Какой материал лучше выбрать при эксплуатации нефтехимического оборудования, нержавеющую сталь или биметалл?

Последнее время в нефтехимии наметилась тенденция отказа от «нержавейки» в пользу биметаллов. Насколько это оправданно с точки зрения безопасности? Ответ на это вопрос мы и попытаемся найти в нижеприведенной статье.

Производители нефтехимического оборудования все чаще экономят на нержавеющей стали, прибегая к использованию низколегированной углеродистой стали, из которой изготавливают наружную часть стенок аппарата. Внутренний слой по-прежнему делают из «нержавейки», ибо только она может эффективно препятствовать коррозии и эрозии от соприкосновения с нефтехимией, но при этом слой нержавеющей стали имеет небольшую толщину – от 0,7 до 6,0 мм.

Вместе с тем, в нефтеперерабатывающей отрасли все более остро встает вопрос о том, как можно организовать более глубокую переработку нефти в связи с постоянным сокращением ее запасов в изведанных месторождениях. Для данного процесса необходимо повышение давления и температуры, что актуализирует способность оборудования выдерживать коррозию. Помимо этого, чаще приходится перерабатывать сырье с высоким содержанием сероводорода и минеральных солей, а также имеющее в своей структуре богатый на коррозионно-активные компоненты газоконденсат. Такие неблагоприятные условия ведут к более быстрому износу нефтехимического оборудования, и существенно влияют на снижение уровня его безопасности при эксплуатации. Соответственно, возрастает вероятность аварийных ситуаций.

Один из самых опасных видов коррозии – наводороживание, сопровождающееся растрескиванием металла. Опасность заключается в том, что время и место разрушение материала при данном виде коррозии предсказать практически невозможно, из-за чего не представляется возможным заблаговременно произвести какие-либо профилактические мероприятия.

Трескается металл в том случае, если в его структуре есть твердые включения, зоны сверхпрочности и повышенной твердости и напряженности. Именно поэтому металлурги стремятся избегать создания подобных зон, в которых образовывается мартенсит. Наиболее распространенные причины появления последнего – нарушение режима термообработки в сварных соединениях.

Очень часто мартенсит появляется в переходном слое сварного шва, созданного автоматической сваркой, так как в нем большой процент низколегированной стали. В итоге даже при весьма небольшой нагрузке высока вероятность растекания.

Безошибочно выявить мартенсит в сварном шве возможно лишь при проведении профессионального металлографического контроля образцов-свидетелей каждого соединения, выполненного автоматической сваркой. Но идентичность подобных образцов гарантированно лишь в случае продольных сварных соединений, ибо в таком случае они являются продолжением шва свариваемого изделия. А вот кольцевое соединение не может быть сварено со швом, а посему может быть не идентичен. Не информативен и контроль по твердости, ибо шов принято прятать под облицовочный валик, что придает товарный вид изделию.

Контроль по твердости одного лишь переходного слоя также маловероятен – для него необходима температура в диапазоне от 5 до 50 градусов, то есть относительно невысокая, чего можно добиться лишь при больших паузах в процессе сварки. Так что избежать всех этих контролей можно лишь одним проверенным способом – использованием нержавеющей стали. Еще один, менее эффективный, но тоже проверенный практикой вариант – термообработка сварных соединений биметаллов, что было обязательным правилом до 2007 года, пока их не отменил ГОСТ Р 52630-2006.

Еще одна причина возникновения мартенсита – разнообразные проблемы, возникаемые при стыковке свариваемых частей (различие в толщине между разными металлами, диаметре соединяемых обечаек и днищ, из-за чего в итоге черный металл соединяется с плакирующим слоем, что является грубейшим нарушением «Правил проектирования, изготовления и приемки сосудов и аппаратов стальных сварных» и т.д.).

Подытоживая все вышеизложенное, приходим к выводу, что изготовление нефтехимического оборудование из биметаллов для работы в сероводородосодержащих средах допускается при соблюдении условий, целью которых является предотвращение мартенсита в сварочном шве, а именно:

• исключение высокого тепловложения в сварочную ванну;
• проведение в достаточных объемах контрольных мероприятий;
• эксплуатация оборудования, изготовленного из биметаллов, с соблюдением всех технологических требований;
• снижение концентрации сероводорода и влаги в рабочей среде;
• постоянный тщательный контроль за состоянием основного металла и швов при использовании аппаратов, в которых использована низколегированная углеродистая сталь.

При соблюдении всех вышеперечисленных условий использование биметаллов в нефтехимическом оборудовании вполне допустимо с технологической точки зрения. Но насколько это оправданно экономически? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо подсчитать расходы на все вышеописанные способы контроля и анализа при изготовлении и эксплуатации такого оборудования, а также учесть уровень гарантии безопасности при эксплуатации изделий из биметалла и сравнить с тем, какая сумма экономится на отказе использовать нержавеющую сталь.

Впрочем, экономисты уже подсчитали, и пришли к однозначному выводу: экономический выигрыш отнюдь не в пользу биметалла. То же самое можно утверждать и об уровне безопасности при эксплуатации и долговечности оборудования – они однозначно в пользу «нержавейки».