Экспертное сообщество

В прошлой статье мы рассмотрели основные и наиболее распространённые категории коррозионностойкой трубопроводной арматуры и подошли к самому дорогому классу – арматуре изготовленной целиком из специальных металлов и сплавов.

Данное исполнение арматуры сочетает в себе как высокую химическую стойкость так и устойчивость к резким температурным перепадам. Термический шок способен повредить любое защитное покрытие кроме гуммирования так как коэффициент линейного расширения металла и защитного слоя (той же стеклоэмали) всегда будет отличаться. Одним из главных недостатков цельнометаллической коррозионностойкой арматуры (помимо её стоимости) является чувствительность к механической эррозии. Тут она уступает керамической арматуре и даже гуммированной (или шланговой) в зависимости от условий применения.
Цельнометаллическую арматуру из коррозионностойких материалов можно разделить на несколько групп по распространённости и материальному исполнению.
Самой большой группой является арматура из титана и титановых сплавов. Титан является одним из самых доступных металлов из применяющихся в химической промышленности. Он обладает высокой стойкости к кислотам, в особенности к соляной кислоте. Также он широко применяется на средах содержащих высокие концентрации хлоридов – рассолах, пластовой воде, морской воде. Изза хорошей стойкости к морской воде титан нашёл применение и в судовой трубопроводной арматуре. Хотя там также применяются медные и медноникелевые сплавы, такие как бронза и мельхиор. Из титана освоены практически все виды выпускаемой арматуры: задвижки, запорные и обратные клапаны, шаровые краны, дисковые поворотные затворы. Данная продукция выпускается широко как в РФ и на территории бывшего СССР, так и в Европе и Азии. Несмотря на гораздо более высокую стоимость чем у арматуры из нержавеющей стали, благодаря высокой конкуренции и насыщенности рынка титановую арматуру можно считать доступной. Об этом говорит также наличии вторичного рынка такой арматуры и огромное предложение на неликвиды выскакивающее по запросу в интернете.
Следующей группой трубопроводной арматуры можно назвать арматуру из никеля и никелевых сплавов. По другому их называют хастеллоями. Особенность данных сплавов в отличии от нержавеющих сталей является другой состав основы. Основой любой хромоникелевой или хромоникельмолибденовая стали является железо. В данном случае основой этих сплавов является никель, а остальные компоненты присадками. Таким образом содержание никеля в хастеллоях может достигать 50% и более. Есть много видов хастеллоев, но в Европе и США (да и в Азии тоже) наибольшую распространённость получили всего несколько марок. Это в частности Hastelloy C276 (наш аналог ХН65МВУ) и Hastelloy C22 (прямого аналога нет). Из этих материалов проще всего заказать арматуру и оборудования и он чаще всего поддерживается на складах. Hastelloy С276 является самым распространённым в мире никелевым сплавом из которого изготавливается химическое оборудование, трубы, детали трубопроводов и т.д. Учитывая высокую стоимость никеля и сложность механической обработки его сплавов арматура из них значительно превосходит по стоимости титановую, но это оправдывается свойствами хастеллоев. Во первых данные сплавы жаропрочны. Сплавы с высоким содержанием никеля гораздо более стойки к высоким температурам и к агрессивным воздействиям при высоких температурах чем титан и нержавеющие стали. Во вторых по стойкости к агрессивным средам (в частности к серной кислоте) хастеллои также превосходят титан. Тем самом обуславливается применение таких сплавов. Они незаменимы в таких средах как серная кислота и олеум при температурах до +100 ͦ С. О том, что стоит в этих средах на более высоких температурах мы поговорим ниже. В связи с высокой стоимостью трубопроводная арматура из хастеллоев получила (по крайней мере в РФ) очень широкое распространение в первую очередь на опытных и опытно-промышленных установках , связанных с обращением вышеупомянутых сред. Это в частности автоклавы по кислотному или щелочному вскрытию различных минералов. Сочетание высокой температуры и агрессивной среды не оставляет выбора для материального исполнения. Трубопроводную арматуры для подобных установок изготавливают ряд компаний, специализирующихся также на фитингах с врезными кольцами о которых я писал в ТПА №5 (56) 2011. Это компании Hoke и Swagelok (США), BMT (Южная Корея) и др. Именно на таких фитингах и монтируется данная арматура. По условному диаметру данная арматура ограничена размерами от 6 до 25..32 мм. В случае необходимости работы с высококонцентрированной и горячей щёлочью арматура изготавливается из чистого никеля. Это решение ещё более дорогое чем их хастеллоя, но некоторых случаях оно оправдано.
Промышленная трубопроводная арматура из никелевых сплавов в РФ практически не выпускается. Единственным предприятием, которое заявляет, что оно это может является РУСТ-95. Из зарубежных производителей позволить себе возможность работать с такими материалами могут только крупные компании имеющие большой опыт в химическом и нефтехимическом машиностроении. Например SAMSON. Есть также ряд производителей в Азии.
Тут мы подходим к третьей и самой дорогой группе арматуры. Это арматура из редких металлов, превосходящих по химической стойкости титан и никелевые сплавы. Прежде всего имеется ввиду цирконий, ниобий и тантал. Возможно бывают очень специфические задачи, требующие применения более дорогих материалов (в частности НПК «Суперметалл» изготавливает оборудование для стекольной промышленности из пластины и платиновых сплавов) , но они находятся за рамками данной статьи.
Химическое оборудование и сопутствующая ей трубопроводная арматура из циркония и циркониевых сплавов находит применение в первую очередь в производстве соляной и азотной кислот. Цирконий и ниобий обладают исключительной коррозионной стойкостью к этим средам. В РФ арматура из данных материалов серийно не выпускается. Был опыт производства шаровых кранов из циркония на Чепецком механическом заводе (г. Глазов). Будучи сам производителем циркония завод выпустил эту арматуру ограниченной партией и для собственных нужд. В Европе серийного производства такой арматуры тоже нет. Он налажен в США и Азии. В частности в Китае. На фотографиях ниже представлена арматура изготовленная из циркония, производства китайского концерна WSV. Также там серийно производятся фланцы, детали трубопроводов и арматура из хастеллоев , титана и других коррозионностойких сплавов.

Самым редким подклассом можно назвать химическое оборудование и арматуру из тантала. Будучи самым дорогим из применяемых в аппаратуростроении (более 1000 долларов за кг) металлом тантал применяется только там, где ему нет никаких разумных альтернатив. В частности тантал обладает исключительной стойкостью к серной кислоте во всех диапазонах её концентраций при рабочих температурах вплоть до её кипения (а это почти 300 ͦ С). Именно поэтому например в установках по регенерации серной кислоты кипятильник колонны изготовлен с трубками из тантала как и отсечная арматура. Использование такого материала позволяет обеспечить продолжительный срок службы оборудование и трубопроводной обвязки, что экономически оправданнее, чем ежегодная его замена.

Стоит отметить два вектора возможного развития материального исполнения оборудования для высокоагрессивных сред.

1. Как это не странно вообще отход от использования высоколегированных сталей и дорогих специальных сплавов за счёт разнообразных легирующих добавок.
В частности компания Sandvik представила нержавеющую сталь с высоким содержанием кремния марки Sandvik SX вот с таки составом:

Химический состав
       C        Si       Mn           P            S          Cr          Ni        Cu
≤ 0,018     5.0      1.7     ≤0.015     ≤0.005    18.5       13.5      2.0

Как видно из таблицы это обычная нержавеющая сталь, но с содержанием кремния 5%. Она позиционируется как материал , стойкий к концентрированной серной кислоте. Данная сталь рассматривается как замена хастеллоя. При попытке запросить стоимость трубы диаметром 25х2 мм (при партии около 5000 м) нам была озвучена цена порядка 160 евро за кг, которая с моей точки зрения не является адекватной и определена вероятно монопольным положением компании Sandvik. Но тем не менее тенденция такая есть и я думаю она будет развиваться. Если подключатся другие разработчики и металлургические компании цены на такие стали должны в перспективе упасть.

2. Есть потенциальная возможность применения в коррозионностойкой арматуре и химическом оборудовании так называемых многослойных материалов. Слоёв может быть 2, 3 и более. В основе лежит толстый (от 10 мм и более) слой недорого материала (улеродистой или нержавеющей стали), который обеспечивает механическую прочность изделия. С одной или с обеих сторон располагается плакирующий слой из коррозионностойкого материала. Толщина плакирующего слоя может начинаться от 1 мм. Далее путём сварки взрывом производится соединение материалов на молекулярном уровне по всей поверхности.

В результате образуется гомогенная структура материала, которая позволяет производить гибку, штаповку и любую другую механическую обработку без расслоения. Для проверки качества проводится ультразвуковое исследование каждого листа на сплошность соединения.
Существует огромное разнообразие таких многослойных материалов. Плакирующим слоем может быть как нержавеющая сталь (при основе – углеродистой стали) , так и никелевые сплавы, титан, цирконий, ниобий , тантал и т.д. Данное направление широко развито в РФ. Есть множество организаций и школ. Накоплен большой опыт производства и применения таких материалов. Лидерами отрасли являются ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей», НПО ВТМ, Битруб Интернешнл, Пензенский государственный университет. Уже применяются многослойные материалы для изготовления труб для нефтепроводов с внутренней плакированной поверхностью. Это позволяет намного увеличить срок службы таких нефтепроводов. Таким образом ничего не мешает также применять их для изготовления штапосварных деталей трубопроводов больших диаметров и корпусов штамопсварной арматуры. Экономический эффект будет тем больше, чем дороже плакирующий материал. Например, для титана (и более дорогих материалов) выгода должна быть прямая. Для нержавеющих сталей она неочевидна и должна быть просчитана.
В завершении хотелось бы сказать, что вся вышеописанная как в первой , так и во второй части этой статьи коррозионностойкая арматура, как и сопутствующее ей химическое оборудование находит непосредственное применение в производстве редкоземельных элементов (РЗМ). Там, как ни в какой другой отрасли широко применяются высокоагрессивные реагенты, кислоты, в сочетании с высокими температурами. Так как уже сейчас планируется реализация федеральной программы по восстановлению в РФ полного цикла производства РЗМ (которое было утрачено с распадом СССР) такого оборудования и арматуры может понадобиться много. И в связи с политической ситуацией было бы разумно максимально освоить его изготовления в РФ, чтобы не зависеть от импорта.

Обзор специальной коррозионностойкой арматуры. Часть 1