ASTM B861 Gr2 Titanlegierungsrohr, Länge 500–12000 mm, rundes Titanrohr für Chemikalien

Kommerziell reines Titan der Güteklasse 2 nimmt in der Materialauswahlhierarchie für die chemische Verarbeitung eine einzigartige Position ein. Es handelt sich nicht um ein exotisches Spezialmaterial, das den extremsten Bedingungen vorbehalten ist. Es handelt sich vielmehr um die praktische, bewährte und zunehmend kostengünstige Lösung für ein breites Spektrum von Rohrleitungsanwendungen in Chemieanlagen, bei denen herkömmliche Materialien – rostfreie Stähle, Duplexlegierungen und sogar Legierungen auf Nickelbasis – hinsichtlich der Lebenszyklusökonomie nicht ausreichen.

Die Korrosionsbeständigkeit von Gr2-Titan in chemischen Umgebungen beruht auf demselben passiven Oxidfilm, der alle Titanqualitäten schützt. Dieser Film, der hauptsächlich aus Titandioxid besteht, bildet sich spontan, wenn er Luft oder Wasser ausgesetzt wird, und bildet sich bei mechanischer Beschädigung sofort wieder neu. In oxidierenden Umgebungen – den chemischen Bedingungen, die in industriellen Prozessabläufen am häufigsten vorkommen – ist dieser Film stabil, haftend und effektiv undurchlässig. Das Ergebnis ist ein Material, das den Umgebungen standhält, die rostfreie Stähle zerstören: heiße Chloride, oxidierende Säuren, einschließlich Salpetersäure in Konzentrationen von bis zu 65 % und Temperaturen bis zum Siedepunkt, Chlorgas und Chlordioxid beim Bleichen von Zellstoff und Papier sowie die gemischten Säure-Chlorid-Umgebungen, die bei der Metallveredelung und dem Beizen auftreten.

Während rostfreie Stähle auf einer Passivschicht aus Chromoxid basieren, in die Chloride eindringen und diese destabilisieren, bleibt der Passivfilm von Titan intakt. Die praktische Konsequenz für den Chemieanlagenbetreiber ist die Eliminierung von Lochfraßkorrosion, Spaltkorrosion und Chloridspannungsrisskorrosion als Fehlerarten, die bewältigt werden müssen. Ein Gr2-Titanrohr in einem chloridhaltigen Prozessstrom erfordert keine Überwachung der Chloridkonzentration, keine Temperaturbeschränkungen oder keine geplanten Austauschintervalle, die für ein Edelstahlrohr erforderlich sind. Es funktioniert einfach.

Die mechanischen Eigenschaften von Gr2 unterstützen seine Korrosionsbeständigkeit bei ausreichender Festigkeit und ausgezeichneter Duktilität. Die Mindeststreckgrenze von 275 MPa bietet in Kombination mit der entsprechenden Wandstärke eine ausreichende Druckfestigkeit für die meisten chemischen Prozessdrücke. Die Mindestdehnung von 20 % stellt sicher, dass das Material ohne Risse geformt, gebogen und verarbeitet werden kann. Und im Gegensatz zu höherfesten Titanlegierungen ist Gr2 vollständig schweißbar, ohne dass eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen erforderlich ist, um die Korrosionsbeständigkeit oder Duktilität in der Schweißzone aufrechtzuerhalten. Die Korrosionsbeständigkeit ordnungsgemäß abgeschirmter Gr2-Schweißnähte im Schweißzustand entspricht der des ungeschweißten Grundmaterials – ein entscheidender praktischer Vorteil bei Rohrleitungen in Chemieanlagen, wo während des Baus Dutzende oder Hunderte von Feldschweißungen ausgeführt werden.

ASTM B861 ist die maßgebliche Spezifikation, die speziell für Titanrohre geschrieben wurde, die für den Einsatz in industriellen und chemischen Prozessen bestimmt sind. Es unterscheidet sich von ASTM B338, das Titanrohre für Wärmetauscher und Kondensatoren abdeckt und engere Maßtoleranzen und umfangreichere zerstörungsfreie Prüfanforderungen für dünnwandige Wärmeübertragungsrohre vorsieht. B861 befasst sich mit den Rohrgrößen, Wandstärken und Inspektionsanforderungen, die mit der allgemeinen Rohrleitungspraxis in Chemieanlagen übereinstimmen.

Die Spezifikation erfordert eine chemische Analyse jeder Titanschmelze, um sicherzustellen, dass die Zusammensetzung innerhalb der definierten Grenzen für Grad 2 liegt. Die interstitiellen Elemente – Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff und Eisen – werden speziell kontrolliert, da sie die mechanischen Eigenschaften direkt beeinflussen. Der Sauerstoffgehalt in Gr2 ist auf maximal 0,25 % begrenzt; Ein höherer Sauerstoffgehalt würde die Festigkeit erhöhen, aber die Duktilität verringern. Der Stickstoffgehalt ist auf maximal 0,03 % begrenzt. Der Wasserstoffgehalt wird auf maximal 0,015 % geregelt, um eine Hydridversprödung zu verhindern. Diese bei jeder Hitze überprüften Grenzwerte stellen sicher, dass das gelieferte Material die Kombination aus Festigkeit und Duktilität aufweist, die Gr2 definiert.

Zu den mechanischen Tests gemäß B861 gehören Zugtests an einer repräsentativen Probe aus jeder Charge zur Überprüfung der Streckgrenze, Zugfestigkeit und Dehnung innerhalb des Gr2-Spezifikationsbereichs. Der hydrostatische Drucktest oder der zerstörungsfreie elektrische Test – Wirbelstrom oder Ultraschall – wird an jedem Rohr durchgeführt, um die Integrität der Druckgrenzen zu überprüfen. Diese 100-prozentige Prüfanforderung bedeutet, dass jeder versendete Meter Rohr einzeln auf Wanddurchgangsfehler untersucht wurde.

Maßtoleranzen in B861 beziehen sich auf Außendurchmesser, Wandstärke, Länge und Geradheit. Die Außendurchmessertoleranz wird typischerweise als Prozentsatz des Nenndurchmessers angegeben, wobei bei kleineren Durchmessern, bei denen die Anpassungsempfindlichkeit größer ist, eine strengere Kontrolle erfolgt. Die Wandstärkentoleranz wird als Prozentsatz der Nennwandstärke angegeben, um sicherzustellen, dass die minimale Wandstärke nach Berücksichtigung der Toleranz immer noch die erforderliche Druckstufe bietet. Die Längentoleranz entspricht der üblichen Mühlenpraxis für gerade Längen und ermöglicht bei Bedarf eine präzise Zuschnittgenauigkeit.

Der von diesem Produkt abgedeckte Außendurchmesserbereich von 3 mm bis 200 mm ist bewusst umfassend und spiegelt die unterschiedlichen Rohrgrößenanforderungen einer Chemieanlage wider. Eine einzige Verarbeitungsanlage umfasst Rohrleitungssysteme mit einem Durchmesser von vier Größenordnungen. Die Möglichkeit, sie alle gemäß einer einzigen Spezifikation von einem einzigen Lieferanten zu beziehen, rationalisiert die Beschaffung, gewährleistet eine gleichbleibende Qualität und vereinfacht das Materialzertifizierungsmanagement.

Am unteren Ende des Sortiments dienen Rohre mit einem Außendurchmesser von 3 mm bis 12 mm als Impulsleitungen für Druckinstrumente, Probentransportleitungen zur Lieferung von Prozessflüssigkeit an Analysegeräte, chemische Injektionsnadeln sowie Prozessleitungen im Pilotanlagen- und Labormaßstab. Diese Rohre mit kleinem Durchmesser sind in der Regel nahtlos, werden in Rollen oder geraden Längen geliefert und mithilfe von Klemmverschraubungen oder Orbitalschweißen verbunden. Die Titankonstruktion stellt sicher, dass die Probe, die den Analysator erreicht, oder der Druck, der den Sender erreicht, nicht durch Korrosionsprodukte aus der Rohrwand verunreinigt wird.

Der mittlere Bereich von ca. 15 mm bis 50 mm deckt die Prozessanschlüsse, Versorgungsrohre und Wärmetauscherrohre ab, die nach Länge den größten Teil des Rohrbestands einer Chemieanlage ausmachen. Diese Durchmesser regeln die Durchflussraten einzelner Geräteanschlüsse, Pumpensaug- und -auslassleitungen sowie Verbindungsleitungen zwischen Behältern, Wärmetauschern und Kolonnen innerhalb einer Prozesseinheit. Wandstärken in diesem Größenbereich werden in der Regel so ausgewählt, dass sie den Standardrohrplänen (Schedule 10, Schedule 40 oder Schedule 80) entsprechen und Druckwerte liefern, die mit der Spezifikation der Rohrleitungsklasse übereinstimmen.

Der obere Bereich von 80 mm bis 200 mm ist für Hauptprozessverteiler, Kopf- und Sumpfleitungen der Destillationskolonne, Reaktorübertragungsleitungen, Kühlwasserleitungen und die größeren Versorgungsleitungen gedacht, die Prozesseinheiten mit anlagenweiten Versorgungssystemen verbinden. Bei diesen Durchmessern wird der Gewichtsvorteil von Titan gegenüber Stahl zu einem wichtigen Aspekt bei Installation und struktureller Unterstützung. Ein 200-mm-Titanrohr wiegt etwa 45 % weniger als ein Stahlrohr mit gleichem Durchmesser und gleicher Druckstufe, wodurch die Eigenlast auf Rohrgestelle und Stützstrukturen reduziert wird.

Der Wandstärkenbereich von 0,5 mm bis 10 mm stellt sicher, dass jeder Durchmesser innerhalb des Außendurchmesserbereichs mit einer Wandstärke geliefert werden kann, die dem Druck und den mechanischen Anforderungen entspricht. Das dünnwandige Ende unterstützt Anwendungen mit niedrigem Druck und hohem Durchfluss, bei denen der Druckabfall und nicht die Druckbegrenzung die Durchmesserauswahl bestimmt. Das dickwandige Ende unterstützt Hochdruck-Prozessrohrleitungen, Reaktorzuleitungen, die bei erhöhten Drücken betrieben werden, und Anwendungen, bei denen die Rohrwand zur mechanischen Festigkeit des gesamten Rohrleitungssystems beiträgt.

Der Längenbereich von 500 mm bis 12.000 mm unterstützt das gesamte Spektrum der Anforderungen an den Rohrleitungsbau in Chemieanlagen. Kurze Längen ab 500 mm dienen für Spulenstücke, vorgefertigte Bögen, kurze Verbindungen zwischen eng beieinander liegenden Geräten und die Zuschnitte, die für die Konstruktion von Rohrbaugruppen in der Fertigungswerkstatt erforderlich sind. Größere Längen verringern die Anzahl der vor Ort geschweißten Verbindungen in geraden Rohrstrecken, was sich direkt auf die Baukosten und den Zeitplan auswirkt.

In einer typischen Chemieanlage ist die Feldstumpfschweißung die teuerste Rohrverbindungsmethode, wenn man die Gesamtkosten für Schweißvorbereitung, Schweißarbeit, Verbrauchsmaterialien, Inspektion und Dokumentation berücksichtigt. Jede Schweißnaht vor Ort, die durch die Verwendung eines längeren Rohrabschnitts eingespart werden kann, spart Geld und verkürzt den Bauzeitplan. Die Verfügbarkeit von Gr2-Titanrohren in Längen von bis zu 12 Metern – eine der längsten Standardlängen auf dem Markt – ermöglicht es dem Rohrleitungskonstrukteur, kontinuierliche Verläufe zwischen den Fittings zu spezifizieren, um die Anzahl der Feldverbindungen zu minimieren.

Für werkstattgefertigte Spulenteile bieten Rohre im Bereich von 3000 mm bis 6000 mm die erforderliche Länge zur Herstellung komplexer Baugruppen mit mehreren Biegungen, Abzweigverbindungen und Flanschenden und bleiben gleichzeitig für die Handhabung, die Handhabung des Schweißpositionierers und den Transport zur Baustelle handhabbar. Durch die Möglichkeit, abgelängte Stücke beim Werk zu bestellen, entfällt der Verschwendungs- und Arbeitsaufwand beim Zuschneiden längerer Lagerlängen in der Fertigungswerkstatt.

Titan der Güteklasse 2 lässt sich von allen Titansorten am besten verarbeiten und schweißen, was einer der Hauptgründe für seine weit verbreitete Verwendung in Rohrleitungen von Chemieanlagen ist. Das Material kann zu relativ engen Radien kalt gebogen, geschert, gestanzt und mit Werkzeugen und Verfahren bearbeitet werden, die an die spezifischen Eigenschaften von Titan angepasst sind.

Beim Schweißen von Gr2-Rohren gelten dieselben Prinzipien, die für das Schweißen von Titan gelten: absolute Sauberkeit und umfassender Schutz vor Inertgas. Die Schweißverbindung und das angrenzende Material müssen unmittelbar vor dem Schweißen gründlich entfettet und gereinigt werden. Die Argonabschirmung muss das Schweißbad, das abkühlende Schweißgut und die Wärmeeinflusszone sowohl auf der Brennerseite als auch auf der Wurzelseite der Verbindung abdecken, bis die Temperatur unter etwa 425 °C sinkt. Bei richtiger Abschirmung weist eine Gr2-Schweißnaht eine helle Silber- oder helle Strohfarbe auf. Jegliches blaue, graue oder weiße Oxid auf der Schweißnaht oder der Wärmeeinflusszone weist auf eine unzureichende Abschirmung hin und muss durch Schleifen und erneutes Schweißen entfernt werden.

Für das Feldschweißen in Chemieanlagen ist GTAW (WIG) mit ERTi-2-Zusatzwerkstoff passend zum Gr2-Grundmaterial das Standardverfahren. Die Wurzellage wird mit interner Argonspülung hinterlegt, um Wurzeloxidation zu verhindern. Füll- und Verschlussdurchgänge werden mit nachlaufendem Schutzschild auf der Brennerseite hinterlegt. Für Gr2 ist keine Wärmebehandlung nach dem Schweißen erforderlich; Die geschweißte Verbindung besitzt eine Korrosionsbeständigkeit, die der des ungeschweißten Grundmetalls entspricht, sofern die Abschirmung während des gesamten thermischen Schweißzyklus aufrechterhalten wurde.

Jeder Lieferung von ASTM B861 Gr2-Titanrohren liegt eine Materialzertifizierung gemäß EN 10204 3.1 bei. Das Zertifikat dokumentiert die Schmelzenzahl, die vollständige chemische Analyse einschließlich des Gehalts an Zwischengitterelementen, die Ergebnisse des Zugtests und die Ergebnisse des hydrostatischen oder zerstörungsfreien elektrischen Tests, der an jedem Rohr durchgeführt wurde. Diese Dokumentation bietet die Rückverfolgbarkeit und Überprüfung, die für Qualitätssicherungssysteme in Chemieanlagen und für die Einhaltung der Vorschriften zum Prozesssicherheitsmanagement erforderlich sind.

Rohre sind gemäß den Anforderungen von ASTM B861 mit der Materialqualität, der Spezifikation, der Chargennummer und der Dimensionsidentifikation gekennzeichnet. Die Verpackung schützt die Rohroberflächen vor Beschädigungen und Verunreinigungen während des Transports. Die Rohre sind getrennt, um Metall-zu-Metall-Kontakt zu verhindern, Endkappen sind angebracht, um die Schweißnahtvorbereitungsschrägen zu schützen, und eine wetterfeste Verpackung für die Lagerung im Freien auf der Baustelle.

Wenn Sie eine bestimmte chemische Prozessumgebung, einen bestimmten Auslegungsdruck und eine bestimmte Temperatur oder eine Projektstückliste besprechen möchten, kann ich bestätigen, dass das Titanrohr ASTM B861 Gr2 das richtige Material für Ihre Betriebsbedingungen ist, die Verfügbarkeit der Abmessungen für Ihre erforderlichen Größen bereitstellen, Sie bei der Auswahl der Wandstärke für Ihren Auslegungsdruck beraten und ein Angebot für die von Ihnen benötigten Mengen, Durchmesser und Längen erstellen.