JP5506255B2 - Gas processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、天然ガス、石油随伴ガス、石油精製ガス等の硫化水素が含まれているガスを処理するために湿潤硫化水素環境で使用されるガス処理装置に関する。 The present invention relates to a gas processing apparatus used in a wet hydrogen sulfide environment for processing gas containing hydrogen sulfide, such as natural gas, petroleum-associated gas, and petroleum refined gas.
硫化水素が含まれている天然ガス、石油随伴ガス、石油精製ガスの処理プロセスは数多くあり、これらの装置では、取り扱われるガスが高圧であることが多い。また、これらの装置としては、例えば、スラグキャッチャ、ガスオイルセパレータ、アミン吸収塔、再生塔など大きな重量を有する場合が多い。 There are many treatment processes for natural gas containing hydrogen sulfide, gas associated with petroleum, and refined petroleum gas. In these apparatuses, the gas to be handled is often high pressure. In many cases, these devices have a large weight such as a slag catcher, a gas oil separator, an amine absorption tower, and a regeneration tower.
上記処理プロセスとしての硫黄回収プロセス等で使われる機器の多くは腐食代を考慮した圧力容器用鋼板(炭素鋼)で製作されるのが通常である。これは鉄と硫化水素との反応でできる硫化鉄の膜が容器の流体側(容器の内側)の鉄の表面を覆い、これがある程度腐食進行を防ぐので、上述の腐食代を十分に確保すれば、炭素鋼の長期間の使用が可能となる。 Many of the equipment used in the sulfur recovery process or the like as the treatment process is usually made of a steel plate for pressure vessels (carbon steel) in consideration of the corrosion allowance. This is because the iron sulfide film formed by the reaction between iron and hydrogen sulfide covers the surface of the iron on the fluid side of the container (inside the container), which prevents the corrosion from progressing to some extent. Carbon steel can be used for a long time.
しかし、硫化鉄ができる際に生じる原子水素は極めて微小なために炭素鋼内に入り込んで、炭素鋼を透過してしまう。炭素鋼内に入り込んだ原子水素は、例えば、後述のように炭素鋼内に形成される硫化マンガンの層を透過することができず、この層の部分に溜って分子化し、水素ガスの状態となる。この炭素鋼内に溜った水素ガスにより割れが生じる。
すなわち、上述のような硫化水素が含まれるガスを処理するプロセスで用いられる圧力容器等の容器、すなわち、湿潤硫化水素環境で使用される容器に通常の(圧力)容器用鋼板(炭層鋼)を使用すると水素誘起割れを起こすことになる。すなわちHIC(Hydrogen Induced Cracking)が生じる。基本的に炭素鋼中の非金属介在物が炭素鋼内を透過する原子水素を集積させて、HICの原因となることが知られている。
However, since atomic hydrogen generated when iron sulfide is formed is extremely small, it enters the carbon steel and permeates the carbon steel. The atomic hydrogen that has entered the carbon steel cannot permeate the manganese sulfide layer formed in the carbon steel, as will be described later. Become. Cracks occur due to the hydrogen gas accumulated in the carbon steel.
That is, an ordinary steel plate for a (pressure) container (coal bed steel) is used for a container such as a pressure vessel used in a process for treating a gas containing hydrogen sulfide as described above, that is, a vessel used in a wet hydrogen sulfide environment. If used, hydrogen-induced cracking will occur. That is, HIC (Hydrogen Induced Cracking) occurs. It is known that non-metallic inclusions in carbon steel basically accumulate atomic hydrogen that permeates through the carbon steel and cause HIC.
そこで、上述の湿潤硫化水素環境では、炭素鋼として、製造時に特殊な処理をして非金属介在物の含有量を減らした耐HIC鋼を用いるのが常識となってきている(例えば、特許文献1参照)。
なお、上述の硫化マンガンの層は、炭素鋼塊を作る転炉等で不純物の硫黄を取り除くために添加したマンガンと硫黄との反応できた硫化マンガンが炭素鋼塊をローラで鋼板に引き伸ばす際に層状になって炭素鋼内に残ったものである。
Therefore, in the above-mentioned wet hydrogen sulfide environment, it has become common knowledge to use HIC-resistant steel that has been specially treated during production to reduce the content of non-metallic inclusions (for example, patent documents). 1).
The manganese sulfide layer described above is used when manganese sulfide, which has been reacted with manganese and sulfur added to remove impurity sulfur in a converter or the like for making a carbon steel ingot, stretches the carbon steel ingot to a steel plate with a roller. It is layered and remains in the carbon steel.
それに対して、上述の耐HIC鋼は、例えば、硫化マンガンの層がない炭素鋼であり、炭素鋼塊を作る際にカルシウムを添加して硫黄を硫化カルシウムCaSの化合物とするものである。CaSは球状で生成され、かつ、炭素鋼塊を引き伸ばして炭素鋼板とした際にも球状の状態で炭素構内に残っており、上述のように炭素鋼を原子水素が透過する際に原子水素を遮ることがなく、原子水素が炭素鋼内で分子化(ガス化)するのを防止することができる。なお、CaSも非金属介在物であり、耐HIC鋼における含有量が少ない方が好ましい。 On the other hand, the above-mentioned HIC-resistant steel is, for example, carbon steel without a layer of manganese sulfide, and calcium is added to make sulfur a compound of calcium sulfide CaS when making a carbon steel ingot. CaS is produced in a spherical shape, and even when the carbon steel ingot is stretched to form a carbon steel plate, it remains in the carbon premises in a spherical state. As described above, when atomic hydrogen permeates through the carbon steel, atomic hydrogen is absorbed. Without blocking, it is possible to prevent atomic hydrogen from being molecularized (gasified) in carbon steel. CaS is also a non-metallic inclusion, and it is preferable that the content in the HIC steel is low.
ところで、高強度の耐HIC鋼を製造するのが困難であるため、圧力容器に必要な強度を得ようとすると、圧力容器の板厚が厚くなり重量が大きくなってしまう。このような耐HIC鋼を必要とする上述の硫化水素を含むガスの処理設備を備える最近のプラントにおいては、設備が大型化の傾向にあり、これら圧力容器の重量が増加し、製作、輸送、建設においてその難しさを増してきている。 By the way, since it is difficult to manufacture high strength HIC-resistant steel, when the strength required for the pressure vessel is obtained, the thickness of the pressure vessel increases and the weight increases. In recent plants equipped with the above-mentioned hydrogen sulfide-containing gas treatment equipment that requires such HIC-resistant steel, the equipment tends to increase in size, the weight of these pressure vessels increases, production, transportation, The difficulty is increasing in construction.
すなわち、耐HIC鋼の高強度化が困難なことから、例えば、湿潤硫化水素環境で使用される容器では、必要な強度を得るのに十分な板厚を必要とし、このような容器が大型化した場合に、大きな重量を有するものとなってしまう。例えば、上述のガス処理装置の圧力容器であるアミン吸収塔では、高強度化されていない耐HIC鋼を用いることと、大型化により重量が1000トンを越えるものが作られるようになってきた。 That is, since it is difficult to increase the strength of HIC-resistant steel, for example, a container used in a wet hydrogen sulfide environment requires a sufficient plate thickness to obtain the required strength, and such a container is enlarged. When it does, it will have a big weight. For example, in the amine absorption tower which is a pressure vessel of the above-described gas processing apparatus, the use of HIC-resistant steel that has not been increased in strength and the size of the amine absorption tower that exceeds 1000 tons have been made due to the increase in size.
ここで、大型の圧力容器の重量が1000トンを越える場合に、以下のような問題が生じる。
第1に、大型でかつ1000トンを越える重量を有する圧力容器を製造する設備を備えた製作工場が少なく、製作工場が限定されてしまう。この場合に、効率的な圧力容器の製造が難しくなるとともに、ガス処理装置の建設現場への輸送経路を確保するのが難しくなり、輸送にコストがかかる虞がある。
Here, the following problem arises when the weight of the large pressure vessel exceeds 1000 tons.
First, there are few production factories equipped with facilities for producing large-sized pressure vessels having a weight exceeding 1000 tons, and the production factories are limited. In this case, it becomes difficult to efficiently manufacture the pressure vessel, and it becomes difficult to secure a transportation route to the construction site of the gas processing apparatus, which may increase the cost of transportation.
第2に、製作工場から建設現場の設置場所に圧力容器を輸送するルート中の橋や道路が1000トン以上の重量に耐えられず、圧力容器の輸送が困難な場合が生じる。この際に、迂回ルートを通ることにより輸送が可能となる場合には、輸送期間が長くなったり、輸送コストが高くなる虞がある。
第3に、圧力容器(処理塔)を建設現場で起立させて設置する場合に、1000トン以上の重量に対応できる特殊なクレーンを必要とする。このような特殊なクレーンは、数が限られており、当該クレーンの使用可能な期間が限られたり、当該クレーンの搬送にコストがかかる虞がある。
Second, the bridge or road in the route for transporting the pressure vessel from the manufacturing plant to the installation site of the construction site cannot withstand a weight of 1000 tons or more, and it may be difficult to transport the pressure vessel. At this time, if transport is possible by passing the detour route, there is a possibility that the transport period becomes longer or the transport cost becomes higher.
Third, when the pressure vessel (processing tower) is installed upright at the construction site, a special crane capable of handling a weight of 1000 tons or more is required. The number of such special cranes is limited, and there is a possibility that the usable period of the crane is limited, and it is expensive to transport the crane.
上述のような問題を解消する方法として、製作工場で、圧力容器全体の組立を行わず、各部分に分割された状態のままで、各部分をそれぞれ建設現場に搬送し、現地で各部分を溶接して組み立てるとともに、溶接部分の焼鈍等の処理を行い、ジンポール工法により起立させる方法がある。
しかし、実際に現地で組み立てるには、スケジュール、品質管理、コストの面で問題があり、実施が難しい。
さらに、高い強度が必要な圧力容器の更なる大型化が進んだ場合に、圧力容器に必要な板厚が耐HIC鋼からなる鋼板の製造限界を超える虞が有る。
As a method to solve the above-mentioned problems, the entire pressure vessel is not assembled at the production factory, and each part is transported to the construction site while being divided into parts. There is a method of assembling by welding, performing a treatment such as annealing of the welded portion, and standing up by the ginpole method.
However, there are problems in terms of schedule, quality control, and cost in actually assembling locally, and implementation is difficult.
Furthermore, when the pressure vessel that requires high strength is further increased in size, the plate thickness necessary for the pressure vessel may exceed the production limit of the steel plate made of HIC steel.
本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、湿潤硫化水素環境で用いられるガス処理装置の容器に用いられる鋼板の板厚を薄肉化して重量の低減を図ることができるガス処理装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a gas processing apparatus capable of reducing the weight by reducing the thickness of a steel plate used in a container of a gas processing apparatus used in a wet hydrogen sulfide environment. The purpose is to provide.
前記目的を達成するために、請求項1に記載のガス処理装置は、天然ガス、石油随伴ガス、石油精製ガス等の硫化水素が含まれるガスを処理するために湿潤硫化水素環境で用いられる容器を備えたガス処理装置であって、前記容器用の鋼板が、降伏点が300N/mm2以上、900N/mm2以下でかつ引張強さが490N/mm 2 以上、1200N/mm 2 以下の高張力鋼の全面内側に、オーステナイト系ステンレス鋼を内張りしたクラッド鋼により形成されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the gas processing apparatus according to
請求項1に記載の発明においては、湿潤硫化水素環境で用いられる鋼板が、耐HIC鋼ではなく、降伏点が300N/mm2以上の高張力鋼にオーステナイト系ステンレス鋼を内張りしたクラッド鋼により形成されるので、湿潤硫化水素環境において、容器内面の前記ステンレス鋼が硫化水素に接触することになるが、前記ステンレス鋼により硫化水素による腐食が防止される。すなわち、前記ステンレス鋼からなる容器内面に硫化水素による硫化鉄の発生が防止される。硫化鉄の発生が防止されることにより、前記容器内面での原子水素の発生も防止される。
したがって、クラッド材としてオーステナイト系ステレス鋼を用いることで、HICの発生が防止される。
そして、容器用鋼板に用いられるクラッド鋼の母材として、前記高張力鋼が用いられているので、容器の板材の板厚を耐HIC鋼を用いた場合よりも、同じ強度でも薄くすることが可能となり、強度を確保したまま容器の軽量化を図ることができる。
すなわち、高張力鋼の降伏点を300N/mm 2 以上とし、引張強さを490N/mm 2 以上とすることにより、耐HIC鋼を用いた場合よりも明らかに容器の板厚を薄肉化することができる。言い換えれば、降伏点および引っ張り強さが上述の値よりも低いと、高張力鋼にオーステナイト系ステンレス鋼の内張りもしくはオーバーレイ溶接をした場合に、耐HIC鋼との板厚の差が少なく、十分な軽量化を図ることが困難となる。
また、高張力鋼の降伏点を900N/mm 2 以上とし、引張強さを1200N/mm 2 より大きなものとすると、加工が困難になる虞がある。
In the invention described in
Therefore, generation of HIC is prevented by using austenitic stainless steel as the cladding material.
And since the said high-tensile steel is used as a base material of the clad steel used for the steel plate for containers, it is possible to reduce the plate thickness of the plate material of the container even with the same strength as compared with the case of using HIC steel. This makes it possible to reduce the weight of the container while ensuring strength.
That is, by making the yield point of high-tensile steel 300 N / mm 2 or higher and the tensile strength 490 N / mm 2 or higher, the plate thickness of the container can be made thinner than when using HIC steel. Can do. In other words, when the yield point and tensile strength are lower than the above values, there is little difference in plate thickness with HIC steel when the high-strength steel is lined or overlay welded with austenitic stainless steel. It becomes difficult to reduce the weight.
Also, the yield point of the high-tensile steel and 900 N / mm 2 or more, the tensile strength and larger than 1200 N / mm 2, there is a possibility that processing becomes difficult.
請求項2に記載のガス処理装置は、天然ガス、石油随伴ガス、石油精製ガス等の硫化水素が含まれるガスを処理するために湿潤硫化水素環境で用いられる容器を備えたガス処理装置であって、前記容器用の鋼板が、降伏点が300N/mm2以上、900N/mm2以下でかつ引張強さが490N/mm 2 以上、1200N/mm 2 以下の高張力鋼の全面内側に、オーステナイト系ステンレス鋼がオーバーレイ溶接されて形成されていることを特徴とする。 The gas processing device according to claim 2 is a gas processing device including a container used in a wet hydrogen sulfide environment for processing a gas containing hydrogen sulfide, such as natural gas, petroleum-associated gas, and petroleum refined gas. Te, steel sheet for the container, yield point 300N / mm 2 or more, 900 N / mm 2 or less and a tensile strength of 490 N / mm 2 or more, the entire inside of 1200 N / mm 2 or less of high-tensile steel, austenite Stainless steel is formed by overlay welding.
請求項2に記載の発明においては、湿潤硫化水素環境で用いられる鋼板が、耐HIC鋼ではなく、降伏点が300N/mm2以上の高張力鋼にオーステナイト系ステンレス鋼をオーバーレイ溶接した鋼板からなるので、請求項1に記載の場合と同様に、HICを防止しつつ、容器の鋼板の板厚を薄くして軽量化を図ることができる。
軽量化を図る上では、前記ステンレス鋼をオーバーレイ溶接より内張りした方が板厚を大きく削減できて有利であるが、クラッド鋼の板厚には製造上の限界があり、サイズや必要強度等により高張力鋼の板厚が厚くなる場合には、オーバーレイ溶接を用いることで対応可能となる。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の発明において、前記高張力鋼の板厚が150mmより厚いことを特徴とする。
In the invention described in claim 2, the steel plate used in the wet hydrogen sulfide environment is not a HIC-resistant steel, but a steel plate obtained by overlay welding austenitic stainless steel to high-tensile steel having a yield point of 300 N / mm 2 or more. Therefore, as in the case of
In order to reduce the weight, it is advantageous to line the stainless steel than overlay welding because it can greatly reduce the plate thickness. However, the plate thickness of the clad steel is limited in terms of production, depending on the size, required strength, etc. When the plate thickness of the high-tensile steel becomes thick, it can be dealt with by using overlay welding.
The invention according to claim 3 is the invention according to claim 2, wherein the high-tensile steel is thicker than 150 mm.
請求項4に記載のガス処理装置は、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の発明において、前記オーステナイト系ステンレス鋼の種類がJIS規格におけるSUS301、SUS302、SUS303、SUS304、SUS304L、SUS305、SUS316、SUS316L、SUS317、SUS321、SUS347のいずれかであることを特徴とする。
The gas treatment apparatus according to claim 4 is the invention according to any one of
請求項4に記載の発明においては、ニッケル:Niの含有量が6%以上、好ましくは8%以上で、クロム:Crの含有量が16%以上、好ましくは18%以上のオーステナイト系ステンレス鋼を用いることにより、湿潤硫化水素環境での硫化水素による腐食を防止し、これによりHICの発生を防止することができる。 In the invention according to claim 4, an austenitic stainless steel having a nickel: Ni content of 6% or more, preferably 8% or more and a chromium: Cr content of 16% or more, preferably 18% or more. By using it, corrosion by hydrogen sulfide in a wet hydrogen sulfide environment can be prevented, thereby preventing generation of HIC.
高張力鋼の降伏点を300N/mm2以上とし、引張強さを490N/mm2以上とすることにより、耐HIC鋼を用いた場合よりも明らかに容器の板厚を薄肉化することができる。言い換えれば、降伏点および引っ張り強さが上述の値よりも低いと、高張力鋼にオーステナイト系ステンレス鋼の内張りもしくはオーバーレイ溶接をした場合に、耐HIC鋼との板厚の差が少なく、十分な軽量化を図ることが困難となる。
また、高張力鋼の降伏点を900N/mm2以上とし、引張強さを1200N/mm2より大きなものとすると、加工が困難になる虞がある。
By setting the yield point of high-tensile steel to 300 N / mm 2 or more and the tensile strength to 490 N / mm 2 or more, the plate thickness of the container can be made thinner than when HIC steel is used. . In other words, when the yield point and tensile strength are lower than the above values, there is little difference in plate thickness with HIC steel when the high-strength steel is lined or overlay welded with austenitic stainless steel. It becomes difficult to reduce the weight.
Also, the yield point of the high-tensile steel and 900 N / mm 2 or more, the tensile strength and larger than 1200 N / mm 2, there is a possibility that processing becomes difficult.
本発明によれば、湿潤硫化水素環境で使用されるガス処理装置の容器の板厚を薄くして容器の軽量化を図ることができる。また、容器の軽量化により、硫化水素を含むガスを処理するガス処理装置の更なる大型化に対応することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the plate | board thickness of the container of the gas processing apparatus used in wet hydrogen sulfide environment can be made thin, and the weight reduction of a container can be achieved. Further, by reducing the weight of the container, it is possible to cope with a further increase in the size of a gas processing apparatus that processes a gas containing hydrogen sulfide.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
図1は本発明の実施の形態のアミン吸収塔を示す側面図であり、図2はアミン吸収塔の要部(ノズル部)の断面図である。
この例のガス処理装置は、例えば、天然ガスに含まれる硫化水素を除去する際のガス処理設備に設けられる容器としてのアミン吸収塔1である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side view showing an amine absorption tower according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view of a main part (nozzle part) of the amine absorption tower.
The gas processing apparatus of this example is, for example, an
このアミン吸収塔1は、天然ガスに含まれる硫化水素を除去するプロセスで用いられるものである。硫化水素を含む天然ガスをそのまま燃料として使用すると、燃焼生成物として亜硫酸ガスが発生し、公害の要因となってしまうので、天然ガスから硫化水素を除去する必要があり、硫化水素はアミンあるいは熱炭酸カリを用いる化学吸収(酸−アルカリ反応)酸性ガス除去プロセスで除去するのが一般的である。
The
このプロセスでは、例えば、上述のアミン吸収塔1が用いられ、アミン吸収塔1の下部に原料ガスを入れ、アミン吸収塔1の塔頂部10からリーンアミン溶液(硫化水素を吸収する前の溶液)を流し、アミン吸収塔1内のトレイあるいはパッキングなどにより、原料ガス(硫化水素を含む天然ガス)とアミン溶液と向流接触(気液接触)により、硫化水素を反応吸収させることで、原料ガスから硫化水素を除去する。
In this process, for example, the above-described
また、硫化水素を除去された原料ガスは、次の処理プロセスを行う装置に送られる。また、硫化水素を反応吸収したアミン溶液は、リッチアミン溶液(硫化水素を吸収した後の溶液)となり、アミン吸収塔1から抜き出されて熱交換器で暖められ、減圧されてアミン再生塔に送られる。このアミン再生塔の底部にはリボイラーが設置されており、リッチアミン溶液を加熱して蒸気を発生させてアミン溶液から硫化水素をストリップする。塔頂部にはコンデンサが設置されており、このコンデンサで水分が凝縮し、リフラックスとなってアミン再生塔に還流される。
The source gas from which hydrogen sulfide has been removed is sent to an apparatus that performs the next treatment process. Also, the amine solution that has reacted and absorbed hydrogen sulfide becomes a rich amine solution (solution after absorbing hydrogen sulfide), which is extracted from the
アミン再生塔でストリップされた硫化水素は排出されて硫黄回収装置等により、硫黄として回収される。
また、アミン再生塔で硫化水素が除去されたアミン溶液は、リーンアミン溶液としてアミン再生塔からアミン吸収塔1に返送される。
このようなアミン吸収塔1においては、内部が湿潤硫化水素環境となり、上述のHICの発生等の問題を生じる虞がある。
The hydrogen sulfide stripped in the amine regeneration tower is discharged and recovered as sulfur by a sulfur recovery device or the like.
The amine solution from which hydrogen sulfide has been removed in the amine regeneration tower is returned to the
In such an
この例のアミン吸収塔1においては、アミン吸収塔1を構成する容器用鋼板として、高張力鋼2にオーステナイト系ステンレス鋼3(以下、ステンレス鋼と省略する)を全面内張りしている。すなわち、アミン吸収塔1には、高張力鋼2とステンレス鋼3とからなるクラッド鋼4が用いられている。なお、アミン吸収塔1内部のトレイやパッキング等の内部の部材を取り付けるための内部取付金具5等は、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼により形成される。また、アミン吸収塔1の配管が取り付けられる管状の部分も内部にオーステナイト系ステンレス鋼が内張りもしくはオーバーレイ溶接されている。
この例におけるクラッド鋼4は、高張力鋼2を母材とし、ステンレス鋼3をクラッド材とするものである。なお、クラッド鋼4においては、母材とクラッド材とがそれらの境界部分で冶金的に接合している。
In the
The clad steel 4 in this example uses the high-tensile steel 2 as a base material and the stainless steel 3 as a clad material. In the clad steel 4, the base material and the clad material are metallurgically joined at the boundary portion between them.
高張力鋼としては、その機械的性質としての降伏点が300N/mm2以上、900N/mm2以下で、引張強さが490N/mm2以上、1200N/mm2以下となっている。
高張力鋼2において、降伏点が300N/mm2以上で引張強さが490N/mm2以上となっていれば、例えば、耐HIC鋼で容器を形成した場合の容器の板厚に対して、上述のクラッド鋼からなる容器の板厚を有意に薄くすることが可能となる。
The high strength steel, the yield point of the its mechanical properties 300N / mm 2 or more, at 900 N / mm 2 or less, a tensile strength of 490 N / mm 2 or more, and has a 1200 N / mm 2 or less.
In the high-tensile steel 2, if the yield point is 300 N / mm 2 or more and the tensile strength is 490 N / mm 2 or more, for example, with respect to the thickness of the container when the container is formed of HIC steel, It is possible to significantly reduce the thickness of the container made of the above clad steel.
逆に、高張力鋼2において、降伏点が300N/mm2より小さく、引張強さが490N/mm2より小さい場合には、耐HIC鋼製の容器との板厚の差を大きくできず、特にステンレス鋼が内張りされることから、板厚の薄肉化による軽量化が十分に行えない。
また、高張力鋼の降伏点を900N/mm2以上とし、引張強さを1200N/mm2より大きなものとすると、加工が困難になりコストが増大する。
On the contrary, in the high strength steel 2, when the yield point is smaller than 300 N / mm 2 and the tensile strength is smaller than 490 N / mm 2 , the difference in plate thickness from the container made of HIC steel cannot be increased. In particular, since stainless steel is lined, it is not possible to sufficiently reduce the weight by reducing the plate thickness.
Also, the yield point of the high-tensile steel and 900 N / mm 2 or more, the tensile strength when the larger than 1200 N / mm 2, the processing cost becomes difficult to increase.
グラッド鋼における母材としての高張力鋼2の厚さは、圧力容器で要求される圧力や、圧力容器のサイズ等によって決定されるものであるが、後述のように、耐HIC鋼で170mmから200mm程度の厚みが必要とされる場合に、例えば、降伏点が450N/mm2で、引張強さが590N/mm2の高張力鋼を用いた場合には、その厚みが例えば110mmから140mm程度となる。 The thickness of the high-strength steel 2 as the base material in the grad steel is determined by the pressure required in the pressure vessel, the size of the pressure vessel, and the like. When a thickness of about 200 mm is required, for example, when a high tensile steel having a yield point of 450 N / mm 2 and a tensile strength of 590 N / mm 2 is used, the thickness is about 110 mm to about 140 mm, for example. It becomes.
クラッド鋼におけるクラッド材としてのオーステナイト系ステンレス鋼としては、以下のJIS規格のものを好適に用いることができる。
・SUS301:Ni(6〜8%)、Cr(16〜18%)
・SUS302:Ni(8〜10%)、Cr(17〜19%)
・SUS303:Ni(8〜10%)、Cr(17〜19%)、Mo(0.60%以下の添加ができる)
・SUS304、SUS304L:Ni(8〜10.5%)、Cr(18〜20%)
・SUS305:Ni(10.5〜13%)、Cr(17〜19%)
・SUS316、SUS316L:Ni(10〜14%)、Cr(16〜18%)、Mo(2〜3%)
・SUS317:Ni(11〜15%)、Cr(18〜20%)、Mo(3〜4%)
・SUS321:Ni(8〜10.5%)、Cr(18〜20%)、Ti(1〜2%)
・SUS347:Ni(8〜10.5%)、Cr(18〜20%)、Nb(1〜2%)
As the austenitic stainless steel as the clad material in the clad steel, those of the following JIS standards can be suitably used.
SUS301: Ni (6-8%), Cr (16-18%)
SUS302: Ni (8-10%), Cr (17-19%)
SUS303: Ni (8-10%), Cr (17-19%), Mo (0.60% or less can be added)
SUS304, SUS304L: Ni (8 to 10.5%), Cr (18 to 20%)
SUS305: Ni (10.5-13%), Cr (17-19%)
SUS316, SUS316L: Ni (10-14%), Cr (16-18%), Mo (2-3%)
SUS317: Ni (11-15%), Cr (18-20%), Mo (3-4%)
SUS321: Ni (8 to 10.5%), Cr (18 to 20%), Ti (1 to 2%)
SUS347: Ni (8 to 10.5%), Cr (18 to 20%), Nb (1 to 2%)
また、クラッド材としてのステンレス鋼の厚みは、例えば、2〜4mm程度あれば、十分に腐食の防止を図り、HICの発生を防止することができる。
また、ガス処理装置において、湿潤硫化水素環境となる部分については、容器部分以外でも、全て上述のクラッド鋼4を用いるか、ステンレス鋼をオーバーレイ溶接したものを用いるか、耐HIC鋼等のHICの発生が抑制される部材を用いることが好ましく、さらに大型の容器で重量が大きくなる部分に対しては、クラッド鋼4やオーバーレイ溶接したものを用いる必要がある。
Moreover, if the thickness of the stainless steel as a clad material is about 2-4 mm, for example, corrosion can fully be prevented and generation of HIC can be prevented.
Further, in the gas treatment apparatus, all of the parts that become the wet hydrogen sulfide environment, other than the container part, use the above-described clad steel 4 or those obtained by overlaying stainless steel, or HIC such as HIC-resistant steel. It is preferable to use a member whose generation is suppressed, and it is necessary to use a clad steel 4 or an overlay welded part for a portion where the weight is increased in a large container.
以下に、耐HIC鋼により構築されるアミン吸収塔1と、この例のクラッド鋼4で構築されるアミン吸収塔1における板厚、重量等の設計値を計算により求めた。
この際の設計基準としてASME(American Society of Mechanical Engineers) Section viii Division 2(2007)を適用した。
また、設計条件として、硫化水素を除去すべき天然ガスのガス組成を表1に示す。
Below, the design values, such as plate | board thickness and weight in the
As a design standard at this time, ASME (American Society of Mechanical Engineers) Section viii Division 2 (2007) was applied.
Table 1 shows the gas composition of natural gas from which hydrogen sulfide is to be removed as a design condition.
設計条件としての天然ガス流量は、1500MMSCFD(million standard cubic feet per day:100万標準立方フィート/日)とした。
耐HIC鋼としては、表2に示される機械的性質を有するものを用い、同様に、高張力鋼としては、表2に示される機械的性質を有するものを用いた。また、ステンレス鋼としては、SUS304を用いた。
The natural gas flow rate as a design condition was 1500 MMSCFD (million standard cubic feet per day).
As the HIC-resistant steel, those having mechanical properties shown in Table 2 were used, and similarly, as the high-tensile steel, those having mechanical properties shown in Table 2 were used. Moreover, SUS304 was used as stainless steel.
アミン吸収塔1については、略半球状の塔頂部10と、同様に略半球状の塔底部11と、これら塔頂部10と塔底部11との間の円筒部12とにおいて、それぞれの板厚を上述の設計基準に基づいて算出した。なお、耐HIC鋼のアミン吸収塔1においては、合計板厚から腐食代を除いた部分を計算板厚として表2に示した。また、クラッド鋼4からなるアミン吸収塔1においては、高張力鋼の計算板厚にステンレス鋼のライニング厚みを加えたものを合計板厚とした。
With respect to the
また、アミン吸収塔1のサイズは、上述の天然ガス流量に対応するものとして、塔内径を6500mmとし、塔の円筒部12の高さを35mとした。なお、表2におけるTLは、タンジェントラインであり、半球状部分と円筒部分との境界を示し、TL−TLが塔頂部10と塔底部11を除く円筒部12の長さとなる。
また、アミン吸収塔1における設計温度を100℃とし、設計圧力を80barとした。
表2の計算結果に示されるように円筒部で耐HIC鋼の腐食代を含む合計板厚が168mmとなるのに対して、クラッド鋼では合計板厚が108mmとなる。同様に塔頂部および塔底部では、耐HIC鋼の腐食代を含む合計板厚が87mmとなるのに対して、クラッド鋼では合計板厚が56mmとなる。
Moreover, the size of the
The design temperature in the
As shown in the calculation results of Table 2, the total plate thickness including the corrosion allowance of the HIC steel in the cylindrical portion is 168 mm, whereas the total plate thickness of the clad steel is 108 mm. Similarly, the total plate thickness including the corrosion allowance of the HIC steel is 87 mm at the tower top and the tower bottom, whereas the total plate thickness is 56 mm in the clad steel.
すなわち、高張力鋼2とステンレス鋼3からなるクラッド鋼4を用いることで、湿潤硫化水素環境で用いられるガス処理装置の容器の板厚の薄肉化を図ることができる。
そして、Erection重量(建てた際の重量)では、耐HIC鋼の吸収塔が1230トンであるのに対して、高張力鋼およびステンレス鋼からなるクラッド鋼の場合に801トンとなり、35%程度の重量の削減を行うことが可能となっている。
That is, by using the clad steel 4 made of the high-tensile steel 2 and the stainless steel 3, the thickness of the container of the gas processing apparatus used in the wet hydrogen sulfide environment can be reduced.
And with the Erection weight (weight when built), the absorption tower of HIC-resistant steel is 1230 tons, whereas in the case of clad steel made of high-tensile steel and stainless steel, it becomes 801 tons, about 35% It is possible to reduce the weight.
すなわち、アミン吸収塔1の重量の低減を図ることができ、製造から搬送して設置するまでの重量物を取り扱うことにより生じる問題を軽減することが可能となるとともに、コストの低減を図ることができる。特に容器の重量が1000トンを越えることにより深刻化する問題を1000トン以下として解消することができる。
That is, the weight of the
上記実施の形態では、湿潤硫化水素環境で用いられるガス処理設備の容器の容器用鋼板として、高張力鋼にオーステナイト系ステンレス鋼を内張りしたクラッド鋼4の鋼板を用いたが、高張力鋼に前記ステンレス鋼をオーバーレイ溶接(肉盛溶接)した鋼板を用いてもよい。なお、オーバーレイ溶接は、自動溶接により行われ、例えば、円筒状に形成された高張力鋼からなる鋼板の内周面に自動溶接機によりオーバーレイ溶接により前記ステンレス鋼の層が形成される。 In the above embodiment, as a steel plate for a container of a gas treatment facility used in a wet hydrogen sulfide environment, a steel plate of clad steel 4 lined with austenitic stainless steel is used as a high strength steel. A steel plate obtained by overlay welding (overlay welding) of stainless steel may be used. The overlay welding is performed by automatic welding. For example, the stainless steel layer is formed by overlay welding with an automatic welding machine on the inner peripheral surface of a steel plate made of high-strength steel formed in a cylindrical shape.
なお、オーバーレイ溶接では、5〜15mm程度、通常10mm程度の厚みで、ステンレス鋼の層が形成される。上述の内張りの場合よりもステンレス鋼部分の厚みが厚くなる。
また、オーバーレイ溶接は、高張力鋼の厚みが厚くなっても問題なく、高張力鋼にステンレス鋼をオーバーレイさせることができるが、上述のクラッド鋼4の場合に、高張力鋼の板厚が厚くなると、グラッド材を母材に接合することが困難となる。
In overlay welding, a stainless steel layer is formed with a thickness of about 5 to 15 mm, usually about 10 mm. The thickness of the stainless steel part is thicker than in the case of the lining described above.
In addition, overlay welding can be used to overlay stainless steel on high-strength steel without any problem even if the thickness of high-strength steel increases, but in the case of clad steel 4 described above, the plate thickness of high-strength steel is large. Then, it becomes difficult to join the grad material to the base material.
したがて、例えば、容器サイズや容器の内外の圧力差等に基づいて、高張力鋼の厚みが厚くなる場合、例えば、上述の板厚を計算で求めた場合の条件より、高張力鋼の厚みが厚くなる条件で、高張力鋼の板厚が例えば150mmを越え、さらに厚くなるような場合に適している。なお、高張力鋼の板厚が150mmを越えてもクラッド鋼4を製造可能ならば、クラッド鋼4で対応してもよい。 Therefore, for example, when the thickness of the high-strength steel becomes thick based on the container size, the pressure difference between the inside and outside of the container, etc. This is suitable when the plate thickness of the high-tensile steel exceeds, for example, 150 mm and becomes thicker under the condition that the thickness is increased. If the clad steel 4 can be produced even if the plate thickness of the high-tensile steel exceeds 150 mm, the clad steel 4 may be used.
また、高張力鋼の内側にオーバーレイ溶接で、ステンレス鋼の層を形成する場合も、基本的な容器の構造は、例えば、図1、図2に示す構造と同様となり、高張力鋼の内側にオーステナイト系ステンレス鋼を内張りするか、オーバーレイ溶接するかの違いとなる。
そして、オーバーレイ溶接の場合も内張りの場合とほぼ同様の作用効果を得ることができる。
Also, when a stainless steel layer is formed by overlay welding on the inside of high-strength steel, the basic container structure is the same as that shown in FIGS. 1 and 2, for example, on the inside of high-strength steel. The difference is whether the austenitic stainless steel is lined or overlay welded.
Further, in the case of overlay welding, substantially the same operational effects as in the case of lining can be obtained.
また、本発明が適用されるのは上記例のアミン吸収塔1に限られるものではなく、上述の天然ガス、石油随伴ガス、石油精製ガス等の硫化水素を含むガスを処理するために内部が湿潤硫化水素環境となるガス処理装置の各種容器に適用することが可能であり、アミン再生塔、スラグキャッチャ、ガスオイルセパレータ等の容器に適用可能であり、特に、大型で強度的に板厚が厚くなってしまう容器に好適に用いることができる。
Further, the present invention is not limited to the
1 アミン吸収塔
2 高張力鋼
3 オーステナイト系ステンレス鋼
1 Amine absorber 2 High-strength steel 3 Austenitic stainless steel
Claims (4)
前記容器用の鋼板が、降伏点が300N/mm2以上、900N/mm2以下でかつ引張強さが490N/mm 2 以上、1200N/mm 2 以下の高張力鋼の全面内側に、オーステナイト系ステンレス鋼を内張りしたクラッド鋼により形成されていることを特徴とするガス処理装置。 A gas processing apparatus comprising a container used in a wet hydrogen sulfide environment for processing gas containing hydrogen sulfide, such as natural gas, gas associated with oil, and refined petroleum gas,
Steel for the container, yield point 300N / mm 2 or more, 900 N / mm 2 or less and a tensile strength of 490 N / mm 2 or more, the entire inside of 1200 N / mm 2 or less of high-tensile steel, austenitic stainless A gas processing apparatus characterized by being formed of clad steel lined with steel.
前記容器用の鋼板が、降伏点が300N/mm2以上、900N/mm2以下でかつ引張強さが490N/mm 2 以上、1200N/mm 2 以下の高張力鋼の全面内側に、オーステナイト系ステンレス鋼がオーバーレイ溶接されて形成されていることを特徴とするガス処理装置。 A gas processing apparatus comprising a container used in a wet hydrogen sulfide environment for processing gas containing hydrogen sulfide, such as natural gas, gas associated with oil, and refined petroleum gas,
Steel for the container, yield point 300N / mm 2 or more, 900 N / mm 2 or less and a tensile strength of 490 N / mm 2 or more, the entire inside of 1200 N / mm 2 or less of high-tensile steel, austenitic stainless A gas processing apparatus, wherein steel is formed by overlay welding.
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