ASTM B861 Gr2 チタン合金の管の長さ 500-12000mm の化学薬品のためのチタンの円形の管

商業的に純粋なグレード 2 チタンは、化学処理の材料選択階層において独自の位置を占めています。これは、最も極端な条件に使用される特殊な特殊素材ではありません。むしろ、これは、従来の材料 (ステンレス鋼、二相合金、さらにはニッケル基合金) ではライフサイクルの経済性が不十分な化学プラントの配管用途の幅広い分野において、実用的で実証済みの、ますますコスト効率の高いソリューションです。

化学環境における Gr2 チタンの耐食性は、すべてのチタン グレードを保護するのと同じ不動態酸化膜に根ざしています。このフィルムは主に二酸化チタンで構成されており、空気または水にさらされると自然に形成され、機械的に損傷を受けると即座に再形成されます。酸化環境（工業プロセスの流れで最も一般的に遭遇する化学条件）において、このフィルムは安定しており、付着性があり、事実上不浸透性です。その結果、ステンレス鋼を破壊する環境、つまり、高温の塩化物、最高 65% の濃度で沸騰するまでの温度の硝酸を含む酸化性の酸、パルプや紙の漂白における塩素ガスと二酸化塩素、金属の仕上げや酸洗作業で遭遇する混合酸と塩化物の環境に対処できる材料が誕生しました。

ステンレス鋼は、塩化物が浸透して不安定化させる酸化クロムの不動態層に依存していますが、チタンの不動態皮膜はそのまま残ります。化学プラントのオペレータにとっての実際的な結果は、管理する必要がある故障モードから孔食、隙間腐食、および塩化物応力腐食割れを排除することです。塩化物を含むプロセスストリーム内の Gr2 チタンパイプには、ステンレス鋼パイプに必要な塩化物濃度の監視、温度制限、または定期的な交換間隔が必要ありません。それは単に実行するだけです。

Gr2 の機械的特性は、適切な強度と優れた延性によって耐食性をサポートします。 275 MPa の最小降伏強度は、適切な壁厚と組み合わせた場合、大部分の化学プロセス圧力に対して十分な圧力保持能力を提供します。 20% の最小伸びにより、亀裂を発生させることなく材料を成形、曲げ、加工できることが保証されます。また、高強度チタン合金とは異なり、Gr2 は溶接部の耐食性や延性を維持するための溶接後の熱処理を必要とせずに完全に溶接可能です。適切にシールドされた Gr2 溶接部の溶接後の耐食性は、溶接されていない母材と同等です。これは、建設中に数十、数百の現場溶接が行われる化学プラントの配管において、実用上重要な利点です。

ASTM B861 は、工業および化学プロセス サービスを目的としたチタン パイプに特化して書かれた管理仕様です。これは、熱交換器および凝縮器用のチタンチューブを対象とし、より厳しい寸法公差と、薄肉伝熱チューブに適したより広範な非破壊検査要件を規定する ASTM B338 とは異なります。 B861 は、一般的な化学プラントの配管慣行に合わせたパイプのサイズ、肉厚、および検査要件に対応します。

この仕様では、チタンの各熱を化学分析し、その組成がグレード 2 の定義された制限内にあることを確認する必要があります。酸素、窒素、水素、鉄などの格子間元素は、機械的特性に直接影響を与えるため、特に制御されています。 Gr2 の酸素含有量は最大 0.25% に制限されています。酸素が多いと強度は向上しますが、延性は低下します。窒素は最大 0.03% に制限されています。水素化物脆化を防ぐため、水素は最大0.015%に制御されています。これらの制限はすべての加熱で検証され、提供される材料が Gr2 を定義する強度と延性の組み合わせを確実に備えていることを保証します。

B861 に基づく機械試験には、各ロットの代表的な試験片の引張試験が含まれ、Gr2 仕様範囲内の降伏強さ、引張強さ、伸びを検証します。圧力境界の完全性を検証するために、すべてのチューブに対して静水圧試験または非破壊電気試験 (渦電流または超音波) が実行されます。この 100% テスト要件は、出荷されるチューブのすべてのメートルが壁貫通欠陥について個別に検査されることを意味します。

B861 の寸法公差は、外径、肉厚、長さ、真直度に対応します。 OD 公差は通常、公称直径のパーセンテージとして指定され、フィッティング感度が高くなる小さな直径ではより厳密に制御されます。壁厚の公差は公称壁のパーセンテージとして指定され、公差を考慮した後の最小壁厚でも必要な圧力定格が得られることが保証されます。長さの公差は、直線の長さに関する標準的なフライス加工の慣行に対応し、指定された場合に長さの精度でカットできるようにします。

この製品がカバーする外径 3mm ～ 200mm の範囲は、化学プラントのさまざまなパイプ サイズ要件を反映して、意図的に包括的に設計されています。単一の処理施設には、直径が 4 桁にも及ぶ配管システムが含まれており、それらすべてを単一のサプライヤーから単一の仕様に合わせて調達できるため、調達が合理化され、一貫した品質が確保され、材料認証管理が簡素化されます。

この範囲の下限では、外径 3 mm ～ 12 mm のチューブが、圧力計装用のインパルス ライン、分析装置にプロセス流体を供給するサンプル輸送ライン、化学薬品注入クイル、パイロット プラントおよび実験室規模のプロセス配管として機能します。これらの小口径チューブは通常シームレスで、コイルまたはストレート長で供給され、圧縮フィッティングまたはオービタル溶接を使用して接合されます。チタン構造により、分析装置に到達するサンプルやトランスミッターに到達する圧力がチューブ壁からの腐食生成物によって汚染されないことが保証されます。

約 15mm ～ 50mm の中間範囲は、長さで化学プラントのパイプ在庫の大部分を形成するプロセス接続、ユーティリティ配管、熱交換器チューブをカバーします。これらの直径は、プロセスユニット内の個々の機器の接続、ポンプの吸入および吐出ライン、および容器、熱交換器、カラム間の相互接続配管の流量を処理します。このサイズ範囲の壁の厚さは通常、標準配管スケジュール (スケジュール 10、スケジュール 40、またはスケジュール 80) に適合するように選択され、配管クラス仕様と一致する圧力定格を提供します。

80mm から 200mm までの上限範囲は、メインプロセスヘッダー、蒸留塔オーバーヘッドラインとボトムライン、反応器移送ライン、冷却水本管、およびプロセスユニットをプラント全体のユーティリティシステムに接続するより大きなユーティリティ配管に対応します。これらの直径では、スチールに比べてチタンの重量上の利点が、設置および構造サポートの重要な考慮事項になります。 200 mm チタン パイプの重量は、同等の圧力定格の同じ直径の鋼パイプよりも約 45% 軽く、パイプ ラックや支持構造にかかる死荷重が軽減されます。

壁厚範囲は 0.5mm ～ 10mm なので、外径範囲内のすべての直径に圧力と機械的要件に適した壁厚を提供できます。薄肉の端部は、圧力封じ込めではなく圧力降下が直径の選択を決定する低圧、高流量アプリケーションをサポートします。厚肉の端部は、高圧プロセス配管、高圧で動作する反応器供給ライン、および配管システム全体の機械的強度に配管壁が寄与する用途をサポートします。

500mm ～ 12000mm の長さの範囲は、化学プラントの配管建設要件の全範囲をサポートします。 500mm からの短い長さは、スプールピース、加工された曲げ、密集した機器間の短い接続、および製造工場でパイプアセンブリを構築するために必要な切断長さに役立ちます。長さが長くなると、直線パイプの現場溶接継手の数が減り、建設コストとスケジュールに直接影響します。

一般的な化学プラントでは、現場突合せ溶接は、溶接の準備、溶接作業、消耗品、検査、文書作成の総コストを考慮すると、最も高価なパイプ接続方法です。より長いパイプセクションを使用することで現場溶接をすべて排除できるため、コストが節約され、建設スケジュールが短縮されます。利用可能な標準ミル長さの中で最長 12 メートルまでの Gr2 チタン パイプが利用できるため、配管設計者は継手間の連続配管を指定して現場継手の数を最小限に抑えることができます。

工場で製造されるスプールピースの場合、3000mm ～ 6000mm の範囲のパイプは、複数の曲げ、分岐接続、およびフランジ付き端部を備えた複雑なアセンブリを製造するのに必要な長さを提供し、同時に取り扱い、溶接ポジショナーの操作、および現場への輸送に扱いやすい長さを維持します。工場に適切な長さのカット品を注文できるため、製造工場で長いストック長さをカットする無駄と労力が不要になります。

グレード 2 チタンは、すべてのチタン グレードの中で製造と溶接が最も容易であり、これが化学プラントの配管に広く採用されている主な理由の 1 つです。この材料は、チタンの特定の特性に合わせた工具や手法を使用して、比較的狭い半径に冷間曲げ、せん断、打ち抜き、機械加工することができます。

Gr2 パイプの溶接は、すべてのチタン溶接を支配するのと同じ原則、つまり絶対的な清浄度と包括的な不活性ガスのシールドに従います。溶接接合部と隣接する材料は、溶接の直前に完全に脱脂し、洗浄する必要があります。アルゴンシールドは、温度が約 425°C 以下に低下するまで、溶接池、冷却溶接金属、および継手のトーチ側とルート側の両方の熱影響部を覆う必要があります。適切にシールドすると、Gr2 溶接部は明るい銀色または明るい麦わら色を示します。溶接部または熱影響部に青、灰色、または白色の酸化物がある場合は、シールドが不十分であることを示しているため、研磨して再溶接して除去する必要があります。

化学プラントの現場溶接では、Gr2 母材に適合する ERTi-2 溶加材を使用した GTAW (TIG) が標準プロセスです。ルートパスは、ルートの酸化を防ぐために内部アルゴンパージを使用して堆積されます。フィルパスとキャップパスは、トーチ側のトレーリングシールド保護とともに蒸着されます。 Gr2 では溶接後の熱処理は必要ありません。溶接熱サイクル全体にわたってシールドが維持された場合、溶接されたままの接合部は、溶接されていない母材と同等の耐食性を備えています。

ASTM B861 Gr2 チタン パイプのすべての出荷には、EN 10204 3.1 の材料認証が付属しています。証明書には、熱価、侵入元素含有量を含む完全な化学分析、引張試験結果、および各チューブに対して実行された静水圧または非破壊電気試験の結果が文書化されています。この文書は、化学プラントの品質保証システムとプロセス安全管理規制の遵守に必要なトレーサビリティと検証を提供します。

チューブには、ASTM B861 要件に従って、材料グレード、仕様、熱価、および寸法識別がマークされています。輸送中のチューブの表面を損傷や汚染から保護する梱包、金属同士の接触を防ぐためにチューブが分離され、溶接準備のベベルを保護するためにエンドキャップが取り付けられ、建設現場での屋外保管用の耐候性包装が施されています。

特定の化学プロセス環境、設計圧力と温度、またはプロジェクトの部品表について話し合う必要がある場合は、ASTM B861 Gr2 チタン パイプがお客様の使用条件に適した材料であることを確認し、必要なサイズの寸法を提供し、設計圧力に応じた肉厚の選択についてアドバイスし、必要な数量、直径、長さの見積もりを作成します。