淡水化海水配管用の 2507 と 904L: どちらの合金が勝つでしょうか?

最も過酷なサービスの 1 つに 2 つの合金ファミリーを採用

海水淡水化プラントの海水配管では、塩化物の孔食と隙間腐食、高流量による浸食腐食、停止中に高温の塩水が滞留する塩化物応力腐食割れという 3 つの損傷メカニズムが 1 つのラインに集中しています。スーパー二相ステンレス鋼 2507 (UNS S32750、EN 1.4410) と高ニッケル オーステナイト グレード 904L (UNS N08904、EN 1.4539) は、逆浸透 (RO) フィード ヘッダー、ブライン リジェクト ライン、段間配管に最もよく指定される 2 つのグレードですが、これらは反対方向から同じ腐食目標に到達します。. 2507フェライト - オーステナイトの微細構造と窒素合金化により、非常に高い強度と 42. 904 を超える耐孔食当量数 (PREN) が組み合わされています。L は、23 ～ 28% のニッケルと銅の添加によって完全なオーステナイトを維持し、延性と膜やブライン ヒーターからスケールを除去するために使用される硫酸洗浄液などの還元酸に対する耐性を維持します。したがって、選択の問題は、どの故障モードが特定のパイプ配管を支配するかということであり、どのグレードが普遍的に優れているかということではありません。

構成とPRENの比較

PREN は Cr + 3.3 Mo + 16 N として計算されるため、二相グレードのクロムとモリブデン、および窒素の両方が抵抗ランキングを左右します。 2 つの合金の一般的な指定範囲を以下に示します。

パラメータ	2507 (S32750 / 1.4410)	904L (N08904 / 1.4539)
クロム (%)	24.0-26.0	19.0-23.0
ニッケル(%)	6.0-8.0	23.0-28.0
モリブデン (%)	3.0-5.0	4.0-5.0
窒素(%)	0.24-0.32	意図的に添加したものではない
銅 (%)	指定されていない	1.0-2.0
炭素 (%)	0.030以下	0.020以下
PREN (標準)	42 以上	34-35
微細構造	フェライト/オーステナイト、およそ 50/50	完全オーステナイト系

904L には 4 ～ 5% のモリブデンが含まれており、古いカタログ データで引用されることがある高い数値ではないことに注意してください。 4 ～ 5% の Mo、1 ～ 2% の Cu、および約 25% の Ni の組み合わせにより、硫酸およびリン酸での使用に適しています。 2507 年の窒素添加により、モリブデン濃度が一般に考えられているよりも低いにもかかわらず、PREN が 42 を超えました。

機械的特性と圧力設計

強度は 2 つのグレードが最も異なる部分であり、壁の厚さ、サポートの間隔、設置総重量が変わります。

財産	2507	904L
0.2%耐力 Rp0.2	550MPa以上	220MPa以上
引張強さ、Rm	795MPa以上	490MPa以上
伸び、A	15%以上	35%以上
一般的な硬さ	32HRCまで	90HRBまで
設計コードベース	ASME B31.3、EN 13480、ASME BPVC VIII ディビジョン. 1	ASME B31.3、EN 13480

2507 は溶体化処理条件で 550 MPa の耐力に達するため、高圧 RO フィード ヘッダーは多くの場合、最新の海水 RO トレインに典型的な 80 bar の設計圧力に対して十分なマージンを持って 6 インチのスケジュール 10S 壁に組み込むことができます。また、ASME B31.3 のより高い許容応力により、パイプの重量と現場溶接の数の両方が削減されます。. 904耐力が約 220 MPa の L には、より厚い壁とより緊密なサポートが必要ですこれにより、酸を還元する際の腐食の利点が部分的に相殺されます。ラインが高圧と高温の空気を含んだ高塩化物水とを組み合わせる場合、通常は 2507 がデフォルトです。ラインが硫酸洗浄溶液または還元酸の流れを低流量で運ぶ場合、通常は 904L がデフォルトです。

塩化物耐孔食性と実用速度限界

孔食リスクは塩化物レベルと温度が支配的です. 2507。PREN 42 以上が提供する安全マージンにより、曝気海水サービスでは塩化物濃度が 40 度で約 45,000 ppm に対応し、標準塩化第二鉄試験での臨界孔食温度は 904L をはるかに上回っています. 904L は依然として優れた性能を維持していますが、PREN が低いということは、PREN がプラントの低温セクションまたは化学洗浄回路用に確保されるべきであることを意味します。最も熱く、最も通気性の高い支線。

流速は 2 番目の変数です。 6 インチのスケジュール 10S 配管では、プロジェクトの仕様では通常、連続海水速度が 2507 の場合は約 2.8 m/s、904L の場合は 3.1 m/s に制限されています。これらの値を超えると、屈曲部、制御バルブの下流、および乱流発生装置で壁の損失が加速し、損傷は馬蹄形のエロージョン・コロージョン・ピットとして現れ、検査間隔の間に見落とされやすくなります。さらに 2 つの対策を配管仕様に書き込む価値があります。

タンクや容器にはボルテックスブレーカーを設置し、出口のキャビテーションを抑制してください。

急激なレデューサーを避け、浸食許容量が制限されている場合は、留め継ぎジョイントの代わりに半径の長い曲げを使用します。

サージ状態が制限を超えないように、通常の流量ではなく、設計最大流量での設計速度を上限以下に保ちます。

溶接・検査・コストポジション

どちらのグレードも溶接可能ですが、2507 はフェライトとオーステナイトのバランスの取れた構造を維持する必要があるのに対し、904L は完全なオーステナイト状態を失わないようにする必要があるため、制御が異なります。

酸素を 50 ppm 以下に保つアルゴンですべてのルート パスをバックパージし、2507 のトレーリング シールドを使用してホット ビードを窒素の損失と酸化から保護します。

パス間温度を制御します。二重溶接を約 150 度未満に保ち、金属間の析出を制限し、予熱を避けます。

溶加材: 2507 には 2594 溶加材を使用して溶接池内のオーステナイト再形成を促進し、904L には ER385 などの適合する高ニッケル フィラーを使用します。

溶接後処理: 1040 ～ 1100 度の範囲で 2507 の溶体化焼きなましを行った後、高速水冷によって位相バランスを回復します。古い単一の数字 1100 度がウィンドウの上部にあるため、目標ではなく最大値として扱う必要があります。

ASTM E562 に準拠したフェライト測定 (目標 35 ～ 60% フェライト) と二相溶接の金属間化合物相の ASTM A923 に準拠した溶接品質を検証します。手順認定のための ASTM G48 メソッド A ピッチング テストを追加します。

微量の硫化水素が検出される可能性のあるパイプラインについては、溶接手順を公開する前に NACE MR0175 / ISO 15156 との互換性を確認してください。

断熱材の下の腐食は、高温のブラインや洗浄ラインに隠れた脅威です。パルス渦電流試験は、肉薄化が目に見えるようになるかなり前に検出し、赤外線サーモグラフィーは被覆材の裏側の湿気の侵入を特定します。また、年に一度の超音波スキャンは、支持点、溶接部、および塩化物が集まる低い点に集中する必要があります。コストに関しては、2507 は通常、ニッケルベースの腐食合金よりも約 30% 安価であり、904L には約 4 倍のニッケル含有量があるため、通常、設置メートルあたり 904L よりも低コストのオプションとなります。溶接性と強度の利点と組み合わせたこのコストギャップが、2507 が高圧 RO 配管のデフォルトの材料となっている理由であり、一方、904L は強度よりも耐還元酸性が重要なブライン ヒーターや酸洗浄回路に指定されている理由です。

FAQ: 海水サービスの 2507 および 904L

Q: 高圧RO膜供給配管に適したグレードはどれですか?
2507 が通常の選択です。 42 MPa を超える PREN および 550 MPa の耐力により、80 bar の設計圧力でスケジュール 10S の壁を薄くすることができ、曝気海水中で良好な耐孔食性を実現します。

Q: 904L がブライン ヒーターに指定されるのはいつですか?
904L は、合金が硫酸洗浄サイクルや停滞海水域に耐える必要がある場合に指定されています。ニッケル含有量が高いため、熱サイクル中の塩化物応力腐食割れを防ぎます。

Q: エロージョン・コロージョンを防ぐにはどのくらいの流速を使用する必要がありますか?
一般的な仕様の実践では、設計最大流量で測定した 6 インチのスケジュール 10S パイプでの連続速度の上限は、2507 の場合は約 2.8 m/s、904L の場合は 3.1 m/s です。

Q: これらのラインの断熱材下の腐食はどのように検出されますか?
パルス渦電流試験では肉薄化が目に見える前に発見され、赤外線サーモグラフィーでは湿気の侵入が特定され、サポートと溶接部での年に一度の超音波スキャンで損失率が追跡されます。

Q: 2507 の重要な溶接管理は何ですか?
酸素 50 ppm 未満のアルゴンでバック パージし、パス間温度を約 150 度未満に保ち、2594 フィラーを使用し、シグマ相を避けるために急速急冷しながら 1040 ～ 1100 度で溶体化アニールします。

Q: 2 つのグレードを 1 つのプラント内で混合できますか?
はい。多くの淡水化プラントでは、高圧供給ラインとブラインリジェクトラインに 2507 を、ブラインヒーターと酸洗浄回路に 904L を使用しています。異種ジョイントにはニッケルベースのフィラーと認定された手順が必要です。