ASTM B861 Gr2 Tubos de liga de titânio comprimento 500-12000mm Tubos redondos de titânio para produtos químicos

O titânio grau 2 comercialmente puro ocupa uma posição única na hierarquia de seleção de materiais para processamento químico. Não é uma especialidade exótica reservada para as condições mais extremas. É, em vez disso, a solução prática, comprovada e cada vez mais econômica para um amplo espectro de aplicações de tubulação em plantas químicas, onde os materiais tradicionais – aços inoxidáveis, ligas duplex e até mesmo ligas à base de níquel – ficam aquém da economia do ciclo de vida.

A resistência à corrosão do titânio Gr2 em ambientes químicos está enraizada no mesmo filme de óxido passivo que protege todos os tipos de titânio. Este filme, composto principalmente de dióxido de titânio, forma-se espontaneamente quando exposto ao ar ou à água e reforma-se instantaneamente se for danificado mecanicamente. Em ambientes oxidantes – a condição química mais comumente encontrada em fluxos de processos industriais – esse filme é estável, aderente e efetivamente impermeável. O resultado é um material que lida com os ambientes que destroem os aços inoxidáveis: cloretos quentes, ácidos oxidantes, incluindo ácido nítrico em concentrações de até 65% e temperaturas de ebulição, cloro gasoso e dióxido de cloro no branqueamento de celulose e papel, e os ambientes mistos de ácido-cloreto encontrados em operações de acabamento e decapagem de metal.

Onde os aços inoxidáveis ​​dependem de uma camada passiva de óxido de cromo que os cloretos penetram e desestabilizam, a película passiva do titânio permanece intacta. A consequência prática para o operador da planta química é a eliminação da corrosão por pites, da corrosão em frestas e da corrosão sob tensão por cloretos dos modos de falha que devem ser gerenciados. Um tubo de titânio Gr2 em uma corrente de processo contendo cloreto não requer monitoramento de concentração de cloreto, limitações de temperatura ou intervalos de substituição programados que um tubo de aço inoxidável exige. Ele simplesmente funciona.

As propriedades mecânicas do Gr2 sustentam sua resistência à corrosão com resistência adequada e excelente ductilidade. O limite de escoamento mínimo de 275 MPa fornece capacidade de contenção de pressão suficiente para a maioria das pressões de processos químicos quando combinado com a espessura de parede apropriada. O alongamento mínimo de 20% garante que o material possa ser formado, dobrado e fabricado sem rachar. E, diferentemente das ligas de titânio de maior resistência, o Gr2 é totalmente soldável sem a necessidade de tratamento térmico pós-soldagem para manter a resistência à corrosão ou a ductilidade na zona de solda. A resistência à corrosão das soldas Gr2 devidamente blindadas é equivalente à do material original não soldado – uma vantagem prática crítica em tubulações de fábricas de produtos químicos, onde dezenas ou centenas de soldas de campo são executadas durante a construção.

ASTM B861 é a especificação reguladora escrita especificamente para tubos de titânio destinados a serviços de processos industriais e químicos. É diferente da ASTM B338, que abrange tubos de titânio para trocadores de calor e condensadores e que apresenta tolerâncias dimensionais mais rígidas e requisitos de testes não destrutivos mais extensos, apropriados para tubos de transferência de calor de parede fina. O B861 aborda os tamanhos de tubos, espessuras de parede e requisitos de inspeção que se alinham com as práticas gerais de tubulação de plantas químicas.

A especificação exige análise química de cada calor do titânio, verificando se a composição está dentro dos limites definidos para o Grau 2. Os elementos intersticiais – oxigênio, nitrogênio, hidrogênio e ferro – são especificamente controlados porque influenciam diretamente nas propriedades mecânicas. O conteúdo de oxigênio no Gr2 é limitado a 0,25% no máximo; maior oxigênio aumentaria a resistência, mas reduziria a ductilidade. O nitrogênio é limitado a 0,03% no máximo. O hidrogênio é controlado a um máximo de 0,015% para evitar a fragilização do hidreto. Estes limites, verificados a cada corrida, garantem que o material entregue possua a combinação de resistência e ductilidade que define Gr2.

Os testes mecânicos de acordo com B861 incluem testes de tração de uma amostra representativa de cada lote, verificando a resistência ao escoamento, a resistência à tração e o alongamento dentro da faixa de especificação Gr2. O teste de pressão hidrostática ou teste elétrico não destrutivo - corrente parasita ou ultrassônico - é realizado em cada tubo para verificar a integridade do limite de pressão. Este requisito de teste de 100% significa que cada metro de tubo enviado foi examinado individualmente quanto a defeitos na parede.

As tolerâncias dimensionais no B861 tratam do diâmetro externo, espessura da parede, comprimento e retilineidade. A tolerância DE é normalmente especificada como uma porcentagem do diâmetro nominal, com controle mais rígido para diâmetros menores onde a sensibilidade de ajuste é maior. A tolerância da espessura da parede é especificada como uma porcentagem da parede nominal, garantindo que a espessura mínima da parede após a tolerância ser considerada ainda fornece a classificação de pressão necessária. A tolerância de comprimento acomoda a prática padrão de fresagem para comprimentos retos, ao mesmo tempo que permite a precisão do corte no comprimento quando especificado.

A faixa de diâmetro externo de 3 mm a 200 mm coberta por este produto é deliberadamente abrangente, refletindo os diversos requisitos de tamanho de tubo de uma planta química. Uma única instalação de processamento contém sistemas de tubulação que abrangem quatro ordens de grandeza de diâmetro e a capacidade de fornecer todos eles de acordo com uma única especificação, de um único fornecedor, agiliza a aquisição, garante qualidade consistente e simplifica o gerenciamento de certificação de materiais.

Na extremidade inferior da faixa, tubos com diâmetro externo de 3 mm a 12 mm servem como linhas de impulso para instrumentação de pressão, linhas de transporte de amostras que fornecem fluido de processo para analisadores, pontas de injeção de produtos químicos e planta piloto e tubulação de processo em escala de laboratório. Esses tubos de pequeno diâmetro são normalmente sem costura, fornecidos em bobinas ou em comprimentos retos e unidos por meio de acessórios de compressão ou soldagem orbital. A construção em titânio garante que a amostra que chega ao analisador ou a pressão que chega ao transmissor não seja contaminada por produtos de corrosão da parede da tubulação.

A faixa intermediária de aproximadamente 15 mm a 50 mm cobre as conexões de processo, tubulação de serviços públicos e tubulação do trocador de calor que formam a maior parte do estoque de tubos de uma fábrica de produtos químicos por comprimento. Esses diâmetros lidam com as taxas de fluxo de conexões de equipamentos individuais, linhas de sucção e descarga de bombas e tubulações de interconexão entre vasos, trocadores de calor e colunas dentro de uma unidade de processo. Espessuras de parede nesta faixa de tamanho são normalmente selecionadas para corresponder aos cronogramas de tubulação padrão – Cronograma 10, Cronograma 40 ou Cronograma 80 – fornecendo classificações de pressão consistentes com a especificação da classe de tubulação.

A faixa superior de 80 mm a 200 mm aborda os principais coletores de processo, linhas superiores e inferiores da coluna de destilação, linhas de transferência de reatores, redes de água de resfriamento e a tubulação de utilidade maior que conecta unidades de processo a sistemas de utilidade em toda a planta. Nestes diâmetros, a vantagem de peso do titânio sobre o aço torna-se uma consideração significativa de instalação e suporte estrutural. Um tubo de titânio de 200 mm pesa aproximadamente 45% menos que o tubo de aço do mesmo diâmetro e com classificação de pressão equivalente, reduzindo a carga morta em racks de tubos e estruturas de suporte.

A faixa de espessura de parede de 0,5 mm a 10 mm garante que cada diâmetro dentro da faixa de diâmetro externo possa ser fornecido com uma espessura de parede apropriada à pressão e aos requisitos mecânicos. A extremidade de parede fina suporta aplicações de baixa pressão e alto fluxo, onde a queda de pressão, em vez da contenção da pressão, governa a seleção do diâmetro. A extremidade de parede pesada suporta tubulações de processo de alta pressão, linhas de alimentação de reatores operando em pressões elevadas e aplicações onde a parede do tubo contribui para a resistência mecânica de todo o sistema de tubulação.

A faixa de comprimento de 500 mm a 12.000 mm suporta todo o espectro de requisitos de construção de tubulações de plantas químicas. Comprimentos curtos a partir de 500 mm servem para peças de carretel, curvas fabricadas, conexões curtas entre equipamentos pouco espaçados e comprimentos de corte necessários para a construção de conjuntos de tubos na oficina de fabricação. Comprimentos maiores reduzem o número de juntas soldadas em campo em trechos de tubos retos, impactando diretamente o custo e o cronograma de construção.

Em uma planta química típica, a solda de topo em campo é o método de conexão de tubo mais caro quando o custo total de preparação da solda, mão de obra de soldagem, consumíveis, inspeção e documentação é contabilizado. Cada solda em campo que pode ser eliminada usando uma seção de tubo mais longa economiza dinheiro e comprime o cronograma de construção. A disponibilidade de tubos de titânio Gr2 em comprimentos de até 12 metros - entre os maiores comprimentos padrão disponíveis - permite que o projetista da tubulação especifique trechos contínuos entre conexões que minimizam a contagem de juntas em campo.

Para peças de carretel fabricadas em fábrica, o tubo na faixa de 3.000 mm a 6.000 mm fornece o comprimento necessário para fabricar montagens complexas com múltiplas curvas, conexões de ramificação e extremidades flangeadas, enquanto permanece gerenciável para manuseio, manipulação do posicionador de soldagem e transporte para o local. A capacidade de solicitar peças cortadas no comprimento da fábrica elimina o desperdício e o trabalho de cortar comprimentos maiores na oficina de fabricação.

O titânio grau 2 é o mais tolerante de todos os tipos de titânio para fabricação e soldagem, o que é uma das principais razões para sua ampla adoção em tubulações de plantas químicas. O material pode ser dobrado a frio em raios relativamente estreitos, cisalhado, puncionado e usinado usando ferramentas e práticas adaptadas às propriedades específicas do titânio.

A soldagem do tubo Gr2 segue os mesmos princípios que regem toda soldagem de titânio: limpeza absoluta e proteção abrangente contra gás inerte. A junta soldada e o material adjacente devem ser completamente desengraxados e limpos imediatamente antes da soldagem. A blindagem de argônio deve cobrir a poça de fusão, o metal de solda em resfriamento e a zona afetada pelo calor tanto no lado da tocha quanto no lado da raiz da junta até que a temperatura caia abaixo de aproximadamente 425°C. Com a blindagem adequada, uma solda Gr2 exibe uma cor prateada brilhante ou palha clara. Qualquer óxido azul, cinza ou branco na solda ou na zona afetada pelo calor indica proteção inadequada e deve ser removido por esmerilhamento e soldagem novamente.

Para soldagem em campo de plantas químicas, GTAW (TIG) com metal de adição ERTi-2 correspondente ao material base Gr2 é o processo padrão. O passe de raiz é depositado com purga interna de argônio para evitar a oxidação da raiz. As passagens de enchimento e tampa são depositadas com proteção de arrasto no lado da tocha. O tratamento térmico pós-soldagem não é necessário para Gr2; a junta soldada possui resistência à corrosão equivalente ao metal original não soldado, desde que a blindagem tenha sido mantida durante todo o ciclo térmico de soldagem.

Cada remessa de tubo de titânio ASTM B861 Gr2 é acompanhada pela certificação do material conforme EN 10204 3.1. O certificado documenta o número do calor, a análise química completa, incluindo o conteúdo do elemento intersticial, os resultados do teste de tração e os resultados do teste elétrico hidrostático ou não destrutivo realizado em cada tubo. Esta documentação fornece a rastreabilidade e verificação necessárias para sistemas de garantia de qualidade de fábricas de produtos químicos e para conformidade com regulamentos de gestão de segurança de processos.

Os tubos são marcados com a classe do material, especificação, número de calor e identificação dimensional de acordo com os requisitos da ASTM B861. A embalagem protege as superfícies dos tubos contra danos e contaminação durante o transporte, com tubos separados para evitar o contato metal com metal, tampas instaladas para proteger os chanfros de preparação da solda e embalagem à prova de intempéries para armazenamento externo no canteiro de obras.

Se você tiver um ambiente de processo químico específico, pressão e temperatura de projeto ou lista de materiais de projeto para discutir, posso confirmar que o tubo de titânio ASTM B861 Gr2 é o material correto para suas condições de serviço, fornecer disponibilidade dimensional para os tamanhos necessários, aconselhar sobre a seleção da espessura da parede para sua pressão de projeto e preparar um orçamento para as quantidades, diâmetros e comprimentos necessários.