پایه های مرده لوله فولادی ضد زنگ: خطرات موادی که انتخاب درجه به تنهایی نمی تواند حل کند

فولاد ضد زنگشهرت خود را در خدمات روان، تمیز و به خوبی تخلیه می کند. یک پای مرده برعکس است: یک شاخه کوتاه، یک دریچه بسته، یک قطعه خرد شده یا یک خط فراموش شده که در آن مایع ثابت می‌نشیند. درجه روی نقاشی ممکن است کاملاً برای خط اصلی مناسب باشد، با این حال پای مرده می‌تواند ابتدا خورده، گودال یا نشتی داشته باشد. این راهنما توضیح می دهد که چرا، مقایسه می کند که چه کاری می تواند انجام دهد و چه کاری را نمی تواند انجام دهد، آنچه استانداردها می گویند را خلاصه می کند، و اقدامات طراحی، عملیاتی و بازرسی را نشان می دهد که در واقع خطر مرگ در لوله های فولادی ضد زنگ و آلیاژ نیکل را کاهش می دهد.

یک پای مرده محیط اطراف فلز را تغییر می دهد، نه فقط فلز را. مایع راکد اجازه می دهد تا کلریدها متمرکز شوند، رسوبات و شکاف ایجاد شوند، اکسیژن و بازدارنده ها تمام شود، میکروب ها رشد کنند، و دما با خط اصلی متفاوت است. درجه آلیاژ بالاتر (316L، دوبلکس، 6% مولیبدن، آلیاژهای نیکل) آستانه حمله حفره ای و شکافی را افزایش می دهد، اما این شرایط را برطرف نمی کند، و شواهد آزمایشگاهی و میدانی نشان می دهد که حتی گریدهای دوبلکس نیز در برابر خوردگی تحت تأثیر میکروبیولوژیکی مصون نیستند.

موثرترین اقدامات عبارتند از: از بین بردن یا کوتاه کردن پاهای مرده، جهت دهی و تخلیه صحیح آنها، حفظ حرکت یا شستشوی دوره ای مایع، تخلیه و خشک کردن پس از آزمایش هیدرولیک، حذف رنگ حرارتی جوش، و بازرسی انتهای راکد و اتصال با پوشش کافی برای حمله موضعی.

پای مرده در لوله های فولادی ضد زنگ چیست؟

یک پایه مرده بخشی از لوله است که معمولاً جریان کمی دارد یا در حالی که به فرآیند متصل است، جریان ندارد. API 570 تعریف گسترده ای را ارائه می دهد که شامل شاخه های خالی، دریچه های بسته، دریچه ها، تخلیه، نقاط نمونه و اتصالات ابزار می شود. ASME BPE آن را از نظر بهداشتی به عنوان ناحیه ای از به دام افتادن تعریف می کند که می تواند منجر به آلودگی محصول شود.

API 570، کد بازرسی لوله‌کشی، پایه‌های مرده را به عنوان اجزای یک سیستم لوله‌کشی تعریف می‌کند که معمولاً دارای جریان کم یا بدون جریان قابل توجهی هستند، و نمونه‌هایی از قبیل انشعاب‌های خالی (کور)، خطوط با دریچه‌های بلوک معمولاً بسته، خطوط با یک انتهای خالی، راکد دریچه کنترل، لوله‌های بای پس دریچه‌های کنترل راکد، لوله‌های بای پس هد کنترل مجدد، لوله‌های بای‌پس فشار مجدد و لوله‌های بازدارنده فشار را فهرست می‌کند. دریچه های با نقطه بالا، نقاط نمونه، درین ها، خونریزی دهنده ها و اتصالات ابزار.

همچنین شامل لوله‌هایی می‌شود که دیگر مورد استفاده قرار نمی‌گیرند اما همچنان به فرآیند متصل هستند. ASME BPE، استاندارد تجهیزات پردازش زیستی، پای مرده را به عنوان ناحیه‌ای از گیر افتادن در یک ظرف یا لوله‌کشی تعریف می‌کند که می‌تواند منجر به آلودگی محصول شود.

جدول 1. انواع متداول پاهای مرده و علت پرخطر بودن آنها.

چرا انتخاب درجه به تنهایی نمی تواند خوردگی پاهای مرده را حل کند؟

زیرا انتخاب درجه به مقاومت فلز می پردازد، در حالی که یک پای مرده محیط محلی را به چیزی خشن تر از فرآیند انبوه تغییر می دهد. رکود مواد خورنده را متمرکز می کند، رسوبات و شکاف ایجاد می کند و از رشد میکروبی حمایت می کند. درجه بهتر حمله را به تاخیر می اندازد اما علت را از بین نمی برد.

فولاد ضد زنگ از طریق یک لایه نازک غیرفعال در برابر خوردگی مقاومت می کند و این فیلم توسط یون های هالید مانند کلرید تجزیه می شود. یک مطالعه غوطه وری بررسی شده اشاره می کند که خوردگی فولادهای زنگ نزن گاهی اوقات در شرایط متوسط ​​با وجود درجه مناسب و استفاده مناسب مشاهده شده است و آن را به خوردگی تحت تأثیر میکروبیولوژیکی (MIC) نسبت می دهد. راهنمایی موسسه نیکل در مورد فولاد ضد زنگ در سیستم‌های آب نیز همین نکته را از طرف طراحی بیان می‌کند: شرایط راکد و رسوبات به نفع حمله شکاف و MIC است و طراح باید از شرایط راکد و پاهای مرده اجتناب کند.

جدول 2. چه کاری که یک درجه آلیاژ بالاتر می تواند و نمی تواند در یک پای مرده انجام دهد. منابع: دستورالعمل‌های آب موسسه نیکل، راهنمای آزمایش هیدروتست فلزات استرالیا، و مطالعات MIC مورد بررسی.

کدام خطرات مادی مخصوص پاهای مرده است؟

خطرات اصلی عبارتند از خوردگی زیر رسوبی و شکافی، خوردگی تحت تأثیر میکروبیولوژیک، غلظت کلرید و ترک خوردگی، گرادیان حرارتی و جابجایی، پایه های تا حدی پر شده با رابط مایع، آب هیدروتست باقیمانده و رنگ حرارتی جوش. هر یک از آنها توسط رکود هدایت می شود، نه آلیاژ.

جدول 3. خطرات مادی ایجاد شده توسط رکود مرده.

چگونه خوردگی تحت تأثیر میکروبیولوژی به فولاد ضد زنگ در پاهای راکد حمله می کند؟

در آب راکد یا کم جریان، باکتری‌ها به سطح می‌چسبند، یک بیوفیلم و رسوبات تشکیل می‌دهند و شیمی موضعی خورنده‌تر از مایع توده ایجاد می‌کنند. نتیجه معمولاً ایجاد حفره در یا نزدیک جوش است. تخلیه و خشک کردن تجهیزات پس از هیدروتست، کنترل کیفیت آب و جلوگیری از رکود مهمترین اقدامات پیشگیرانه است.

راهنمای Austral Wright Metals این توالی را توضیح می‌دهد: شرایط راکد و کم جریان، چسبندگی باکتری‌ها را افزایش می‌دهد، به دنبال آن کلونیزه شدن و تشکیل رسوبات مجزا که به‌عنوان بیوفیلم شروع می‌شوند و اغلب به رسوبات حجیم تبدیل می‌شوند که ترکیب آنها با آب فله متفاوت است و خورنده‌تر است. حمله اغلب به صورت حفره هایی در یا در کنار جوش ها یا به صورت حفره های عریض در شکاف هایی مانند اتصالات فلنج دار واشر دیده می شود.

مؤسسه نیکل تاریخچه موردی از لوله‌ها و مخازن 316L و 304 را شرح می‌دهد که پس از پر شدن از هیدروتست یا آب سرویس، حفره‌هایی را در جوش‌های محیطی ایجاد کردند، و خاطرنشان می‌کند که جوش‌های درز طولی که ترشی شده بودند در برابر حمله مقاومت می‌کنند، که به اکسید رنگ حرارتی به عنوان یک عامل کمک کننده اشاره می‌کند.

جدول 4. شرایطی که به نفع MIC در لوله کشی فولاد ضد زنگ و کنترل های توصیه شده است. منابع: موسسه نیکل و راهنمای فلزات رایت استرالیا.

جریان یک عامل محافظ است. راهنمای آب آشامیدنی موسسه نیکل حداقل سرعت طراحی را در حدود 1 متر بر ثانیه (3 فوت بر ثانیه) پیشنهاد می‌کند، و راهنمای صنعت آب انگلستان گزارش می‌دهد که عملکرد بهینه ضد زنگ زمانی حاصل می‌شود که حدود 0.5 متر بر ثانیه در آب تمیز و 1 متر بر ثانیه در آب خام حفظ شود. این سرعت ها نمی توانند در پای مرده وجود داشته باشند، دقیقاً به همین دلیل است که پاهای مرده نقاط ضعف هستند.

آیا کلریدها و دما پاهای مرده را بدتر می کنند؟

بله. در یک پای مرده، کلریدها می توانند در زیر رسوبات، در شکاف ها، و جاهایی که رطوبت تبخیر یا متراکم می شود، متمرکز شوند و پایه می تواند در دمایی متفاوت از خط اصلی حرکت کند. این ترکیب می‌تواند شرایط محلی را فراتر از آنچه در انتخاب درجه فرآیند انبوه در نظر گرفته شده است، سوق دهد.

API 570 دو موقعیت مرتبط را علامت گذاری می کند. اول، پاهای مرده و ضمیمه هایی که از لوله های عایق بیرون زده و در دمایی متفاوت از خط فعال کار می کنند، از جمله مکان هایی هستند که تحت عایق در معرض خوردگی هستند. دوم، سیستم های فولاد زنگ نزن آستنیتی که بین 150 تا 400 درجه فارنهایت (65 تا 204 درجه) کار می کنند، مستعد ترک خوردگی تنش کلریدی هستند که از رطوبت و کلریدهای زیر عایق یا رسوبات ناشی می شود. یک پای مرده که در آن باند دما، مرطوب، با رسوبات حاوی کلرید قرار می گیرد، می تواند در رژیم ترک خوردگی باشد، حتی زمانی که خط اصلی نیست.

اعداد معادل مقاومت حفره‌ای (PREN) مقاومت در برابر حفره‌های کلریدی را در شرایط باز و جریان رتبه‌بندی می‌کنند، اما رکود، شیمی رسوب یا بیوفیلم‌ها را مدل نمی‌کنند. آنها نقطه شروع مفید و تضمین ضعیفی در یک پای مرده هستند. راهنمای ما در مورد انتخاب فولاد ضد زنگ برای خدمات اسیدی، قلیایی و حلال را برای نحوه محاسبه PREN و محل کاربرد آن ببینید.

استانداردها و راهنمایی ها در مورد پاهای مرده چه می گویند؟

دستورالعمل لوله‌کشی فرآیند (API 570 و HSE انگلستان) می‌گوید که پاهای مرده را در صورت امکان از بین ببرید و بقیه را با پوشش کافی بازرسی کنید. راهنمای بهداشتی (ASME BPE) نسبت طول شاخه به قطر 2 یا کمتر و جهت گیری صحیح را هدف قرار می دهد. و راهنمایی صنعت آب می گوید از پاهای مرده و شرایط راکد جلوگیری کنید.

جدول 5. نحوه برخورد اسناد راهنمایی مختلف با پاهای مرده.

هشدار HSE انگلستان یادآوری مفیدی است از اتفاقاتی که در صورت عدم بازرسی پاهای مرده رخ می دهد. در یک حادثه پالایشگاه، یک خط امداد عمودی 8 اینچی در یک پارگی کامل شکست خورد و تقریباً 75 تن هیدروکربن در حال جوش آزاد شد. بررسی نشان داد که ضایعات دیواره بسیار موضعی از دست رفته بود زیرا بررسی‌های معمول ضخامت در نقاط دو طرف ناحیه خورده‌شده انجام می‌شد. هشدار مواد لوله را بیان نمی کند، و سیال و متالورژی با سیستم های آب فولادی ضد زنگ متفاوت است، اما درس مربوط به حمله موضعی و بررسی نقاط پراکنده برای هر پای مرده اعمال می شود.

قانون L/D چگونه کار می کند و آیا کافی است؟

ASME BPE پاهای مرده را با L/D اندازه گیری می کند، جایی که L امتداد ساق از دیواره داخلی لوله اصلی و D قطر داخلی شاخه است. هدف 2 یا کمتر به طور گسترده استفاده می شود، اما به خودی خود کافی نیست: جهت گیری، جریان، و قابلیت تخلیه نیز تعیین می کند که آیا شاخه قابل تمیز است یا خیر.

برای شاخه‌ای با قطر داخلی 50 میلی‌متر، L/D 2 به معنای پایه‌ای است که بیش از 100 میلی‌متر نباشد. برای یک شاخه 25 میلی متری، حدود 50 میلی متر. ASME BPE اشاره می کند که شواهدی وجود دارد که نشان می دهد L/D 2 یا کمتر ممکن است از مرده بودن یک شاخه جلوگیری کند، اما این اندازه و شکل نیز مهم است و جهت گیری بسیار مهم است. یک مطالعه پایه شاخه ای ASME BPE (STP/PT-065) نشان داد که برای سه راهی های رو به بالا، هوای محبوس شده نمی تواند به طور کامل بدون توجه به جریان خارج شود و شاخه های رو به پایین به بیش از تلاطم جریان مماسی برای مایع شفاف نیاز دارند.

توصیه های این مطالعه شامل نصب سه راهی در لوله های عمودی به جای لوله های افقی در صورت امکان و کوتاه نگه داشتن سه راهی ها تا حد امکان است، با سه راهی های خروجی کوتاه بهتر از سه راهی های استاندارد. یکی از بررسی‌کنندگان این مطالعه خاطرنشان می‌کند که پاک کردن هوا از یک پای مرده 1½ اینچی عمودی با L/D 0.53 حدود 5 دقیقه با سرعت 8 فوت بر ثانیه (2.4 متر بر ثانیه) طول کشید، نه 5 فوت در ثانیه (1.5 متر بر ثانیه) که معمولاً فرض می‌شود.

کمک هزینه قبلی 6:1 در برخی استانداردهای بهداشتی متفاوت اندازه گیری شد و منعکس کننده فناوری ساخت قدیمی تر بود. هدف 2:1 منعکس کننده آنچه اتصالات مدرن می توانند به دست آورند. برای لوله‌کشی فرآیند غیربهداشتی، L/D یک محدودیت رسمی نیست، اما همین اصل صادق است: هرچه ساق کوتاه‌تر باشد، حجم راکد کمتر و شستشو و بازرسی آسان‌تر است.

کدام راه حل های طراحی و عملیاتی زمانی که مواد به تنهایی نمی توانند کار کنند؟

بهترین راه حل، از بین بردن پای مرده است. در مواردی که امکان پذیر نیست، آن را کوتاه کنید، جهت دهید تا تخلیه و منفذ شود، آن را در جریان قرار دهید، آن را شستشو دهید یا طبق برنامه به گردش در آورید، پس از آزمایش تخلیه و خشک کنید، رنگ حرارتی جوش را بردارید، و عایق یا ردیابی حرارتی کنید تا در صورت لزوم از نقاط سرد و مرطوب جلوگیری شود.

جدول 6. طراحی و اقدامات عملیاتی برای پایه های مرده در لوله های فولادی ضد زنگ و آلیاژ نیکل.

پاهای مرده فولاد ضد زنگ چگونه باید بازرسی شوند؟

هم انتهای راکد و هم اتصال به خط فعال را بررسی کنید، نقاط میانی را اضافه کنید، و برای پایه های پرخطر به چند عدد ضخامت نقطه تکیه نکنید. بخش قابل توجهی از ساق پا را بپوشانید تا حفره یا نازک شدن موضعی پیدا شود.

API 570 به بازرسان هدایت می‌کند تا ضخامت دیوار را روی پایه‌های مرده انتخاب‌شده در انتهای راکد و اتصال، نظارت کنند و مناطقی را که جریان ندارند به‌عنوان مکان‌هایی که ممکن است به مکان‌های اندازه‌گیری ضخامت اضافی نیاز داشته باشند، در نظر بگیرند. هشدار HSE بریتانیا اضافه می کند که برای پاهای مرده پرخطر، اتکا به آزمایش اولتراسونیک نقطه ای کافی در نظر گرفته نمی شود و بخش قابل توجهی از کل پای مرده باید آزمایش شود. تمرین‌کنندگان اضافه می‌کنند که برای پاهای مرده افقی که ممکن است پر از مایع نباشند، همه ربع‌ها باید در نظر گرفته شوند. حمله موضعی، مانند سوراخ شدن زیر رسوبات، می تواند بین نقاط ضخامت قرار گیرد، به همین دلیل است که پوشش بیش از تعداد قرائت ها اهمیت دارد.

جدول 7. رویکردهای بازرسی معمولی برای پاهای مرده. روش هایی را بر اساس اندازه، وظیفه و ریسک انتخاب کنید. این جدول یک خلاصه کلی است، نه یک نیاز کد.

وقتی نمی توان پاهای مرده را از بین برد، چگونه باید مواد را انتخاب کرد؟

درجه را برای بدترین وضعیت محلی معتبر در ساق پا (راکد، متمرکز، مستعد شکاف) انتخاب کنید، نه برای مایع حجیم متوسط، و آن انتخاب را با اقدامات طراحی و عملیاتی بالا ترکیب کنید. گرید آلیاژی بالاتر حاشیه خرید می کند. جایگزین جریان، زهکشی، تمیز کردن و بازرسی نمی شود.

جدول 8. خانواده های درجه و محدودیت های آنها در خدمات مرده. راهنمایی درجه جهت دار است. با داده های خوردگی یا تست کوپن برای سیال واقعی تأیید کنید.

قاعده عملی این است که پای مرده را به عنوان محیط خوردگی خود در نظر بگیرید. اگر نمی توان یک پا را جدا کرد، بپرسید مایع بعد از هفته ها بدون جریان، چه مایعی می شود، دمای فلز چقدر خواهد بود، آیا رسوبات یا میکروب ها می توانند تشکیل شوند، و چگونه پا تخلیه، شستشو و بازرسی می شود. سپس درجه، کیفیت جوش و طرح تمیز کردن را با هم انتخاب کنید.

سوالات متداول

پای مرده در لوله کشی چیست؟

بخشی از لوله‌کشی که معمولاً جریان کم یا بدون جریان دارد، اما همچنان به فرآیند متصل است، مانند یک شاخه کور، یک دریچه بسته، یک دریچه، یک تخلیه، یا یک اتصال ابزار.

چرا پاهای مرده سریعتر از خط اصلی خورده می شوند؟

مایع راکد اجازه می دهد تا مواد خورنده متمرکز شوند، رسوبات و شکاف ها ایجاد شوند و میکروب ها رشد کنند. API 570 اشاره می کند که نرخ خوردگی در پایه های مرده می تواند به طور قابل توجهی با لوله های فعال مجاور متفاوت باشد.

آیا فولاد ضد زنگ 316L یا دوبلکس از خوردگی پاهای مرده جلوگیری می کند؟

خیر. گرید آلیاژی بالاتر مقاومت را افزایش می‌دهد و آلیاژهای دوبلکس بهتر از 316 لیتر در برابر خوردگی شکاف مقاومت می‌کنند، اما در برابر خوردگی تحت تأثیر میکروبیولوژیکی مصون نیستند و رکود می‌تواند شرایط سخت‌تری نسبت به سیال توده ایجاد کند.

قانون ASME BPE L/D برای پاهای مرده چیست؟

ASME BPE پایه های مرده را با L/D اندازه گیری می کند، طول پایه از دیواره داخلی لوله اصلی تقسیم بر قطر داخلی شاخه. مقدار 2 یا کمتر ممکن است مانع از مرده بودن یک شاخه شود، اما جهت گیری و قابلیت تخلیه نیز اهمیت دارد.

چگونه از MIC در لوله های فولادی ضد زنگ جلوگیری می کنید؟

از رکود خودداری کنید، از آب تمیز استفاده کنید، پس از هیدروتست فوراً تخلیه و خشک کنید، رنگ حرارتی جوش را حذف کنید و سیال را طبق برنامه حرکت یا شستشو دهید.

آیا تست ضخامت نقطه برای پاهای مرده کافی است؟

برای پاهای مرده پرخطر، HSE انگلستان می گوید آزمایش اولتراسونیک نقطه ای کافی در نظر گرفته نمی شود. بخش قابل توجهی از پا باید برای گرفتن حمله موضعی آزمایش شود.