Chuyển khí chua: Cân nhắc xung quanh việc lựa chọn hợp kim ống kim loại

Lưu ý: Để in bản tin chuyển khí chua này, vui lòng bấm vào đây.

Thị trường khí đốt tự nhiên

Khi nhu cầu về khí đốt tự nhiên tăng lên, việc khai thác hiệu quả và xử lý khí chua hiệu quả là điều quan tâm hàng đầu của nhiều người trong ngành. Các khí axit chứa bên trong rất độc, dễ cháy và có tính ăn mòn cao.

Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế, động lực chính làm tăng nhu cầu, tăng 4,6% vào năm 2018, là việc chuyển từ than sang khí đốt. Khi các quốc gia như Hoa Kỳ và Trung Quốc tìm cách giảm ô nhiễm không khí từ than đá sang khí đốt, các khu vực khác như Trung Đông kỳ vọng sản xuất điện sẽ là động lực chính thúc đẩy tăng trưởng ngành trong những năm tới.

Lĩnh vực công nghiệp cũng thể hiện một thị trường sẵn sàng cho khí tự nhiên, nơi nó được sử dụng làm năng lượng cho các quá trình và nguyên liệu cho hóa chất. Nhu cầu toàn cầu sẽ tiếp tục tăng trưởng.

Khí tự nhiên ngọt và chua

Giống như thô, có các loại khí tự nhiên, cụ thể là ngọt và chua. Khí chua là khí tự nhiên có chứa một lượng đáng kể khí axit, cụ thể là hydro sunfua (H₂NS). Nó cũng có thể chứa các khí có tính axit khác như carbon dioxide (CO₂) - và do đó có thể được gọi là 'khí axit' - nhưng điều quan trọng là phải nhận ra rằng khí axit không phải lúc nào cũng là khí chua. Nếu không có sự hiện diện của H₂S, khí axit về mặt kỹ thuật không phải là khí chua. Tốt hơn là khí ngọt, không chứa nồng độ khí axit.

Trong khi các định nghĩa bị trì hoãn giữa các tiểu bang và quốc gia, khí thiên nhiên thường được coi là chua nếu hàm lượng hydro sunfua vượt quá 5,7 miligam H₂S trên mét khối khí tự nhiên, hoặc khoảng 4ppm.

NS₂S cực kỳ ăn mòn và có thể gây chết người khi hít thở. Thường kết hợp với nước, dẫn đến sunfua thật sự căng thẳng, hydrogen sulfide làm hỏng thiết bị khoan và ăn mòn đường ống trong quá trình khai thác, vận chuyển và xử lý khí tự nhiên.

Rất độc, độc tính của H₂S có thể so sánh với carbon monoxide và một số trường hợp tử vong đã được báo cáo do phơi nhiễm ở mức độ cao, ngắn hạn.

Nồng độ CO cao₂ giảm lượng năng lượng sinh ra khi đốt khí tự nhiên và cũng có những thách thức khi hóa lỏng khí tự nhiên. CO₂ sẽ đóng băng trước khi khí được hóa lỏng gây tắc nghẽn đường dòng và các sự cố vận hành khác.

Vì vậy, trước khi khí thiên nhiên chua có thể được tiêu thụ, nó phải được “làm ngọt” để loại bỏ H₂S và CO₂. Việc loại bỏ hydrogen sulfide thường được thực hiện thông qua quá trình xử lý khí amin trong khi loại bỏ carbon dioxide có thể được thực hiện bằng cách sử dụng hệ thống dung môi, tháp hấp thụ, thiết bị tách màng hoặc các quy trình đông lạnh khác nhau.

Lựa chọn hợp kim trong các ứng dụng khí chua

Với tính chất ăn mòn cao của H₂S, cần xem xét cẩn thận khi thiết kế các cụm ống kim loại cho khí chua. Ở nồng độ lên đến khoảng 25 phần trăm, H₂S là chất khử trong khi ở nồng độ cao hơn nó trở thành chất oxi hóa. NS₂Nồng độ S trong khí tự nhiên khác nhau nhưng có thể cao tới 90 phần trăm.

316 SS có khả năng chống lại cả axit khử và axit oxy hóa do hàm lượng molypden (Mo) của nó và có thể được sử dụng trong các ứng dụng khí chua. Nó thậm chí còn "tốt hơn" so với một số hợp kim kỳ lạ như Monel 400 (NiCu 400).

Tuy nhiên, nếu giá cả là mối quan tâm thứ yếu, thì hãy sử dụng AL-6XN có Mo gấp đôi so với 316 SS hoặc một trong những hợp kim kỳ lạ như Inconel 625 hoặc Hastelloy C-276 — với lượng Mo lớn hơn đáng kể (nhiều nhất là bốn gấp tám lần số lượng so với 316 SS) —là tốt hơn. Các cụm ống được làm từ các hợp kim này sẽ chứng tỏ khả năng chống ăn mòn cao hơn trong các ứng dụng khí chua.

Tóm lại, các hợp kim nêu trên được liệt kê dưới đây theo thứ tự giảm dần dựa trên hàm lượng molypden, một trong những chỉ số về khả năng chống ăn mòn do H.₂NS.

• Hastelloy C-276
• Inconel 625
• AL-6XN
• Thép không gỉ 316
• Monel 400

Ngoài Mo, hàm lượng niken (Ni) và crom (Cr) của hợp kim càng lớn, thì một ống mềm sẽ phù hợp hơn cho những môi trường như vậy. Trong số các hợp kim được liệt kê ở trên, Hastelloy C-276 và Inconel 625 là hợp kim niken cao duy nhất có thành phần Ni gần 60%.

Do thành phần nguyên tố của môi trường sau khi đi qua hệ thống đường ống khác nhau và có những yếu tố khác cần xem xét — chẳng hạn như độ dày của tường, chuyển động, nhiệt độ và áp suất — điều quan trọng cần lưu ý là thông tin được chia sẻ ở đây là thông tin chung. Cuối cùng, các nhà thiết kế hệ thống đường ống nên quyết định hợp kim nào tốt nhất cho một ứng dụng cụ thể do họ đã quen thuộc với các đầu vào khác nhau này.

Bất kỳ câu hỏi, xin vui lòng liên hệ chúng tôi.

Nguồn: “Khí 2019: Phân tích và dự báo đến năm 2024,” Cơ quan Năng lượng Quốc tế, https://www.iea.org/gas2019/.

Để in, vui lòng bấm vào đây.