湾岸の海水は一年のうち半年の間、35度に達します。その温度では、316Lパイプ海水淡水化プラントの取水口は腐食速度が速く、エンジニアを不安にさせます。904L まさに臨界孔食温度にあり、254SMO40度の安全マージンがあります。問題は、どの合金が「優れている」かということではありません。- すべてのデータシートには 254SMO が勝っていることが示されています。
問題は、しきい値を計算し、壁のサイズを決定し、合金のアップグレードが元が取れるかどうかをどのように判断するかということです。この記事では、サウジの淡水化プラントの冷却水ラインを実際の例として使用し、使用条件から年間使用コストに至るまでの計算チェーン全体を説明します。
ステップ 1: サービス条件を定義する
計算の前に、プロセス データシートから 4 つの数値が必要です。
| パラメータ | 価値 | ソース |
|---|---|---|
| 流体 | 海水（アラビア湾、開放取水口） | プロジェクト仕様書 |
| 塩化物含有量 | ~21,000 ppm (≈ 2.1 % Cl⁻) | 典型的な湾岸海水 |
| 設計温度 | 35度（夏の最高気温）、28度（年平均） | サウジウォーターパートナーシップ会社の履歴データ |
| 設計圧力 | 16 bar (DN 200 冷却水供給ライン) | 配管ライン一覧 |
| デザインライフ | 25年 | プロジェクト仕様書 |
| 腐食代 | 3 mm (炭素鋼がベースラインの場合) | プロジェクト仕様書 |
塩化物含有量と温度は、PREN 要件を推進する 2 つの入力要素です。孔食は温度に依存するプロセスであるため、35 度のピークが重要です。-臨界孔食温度 (CPT) は、それを超えると安定した孔食が発生し伝播する金属温度です。設計温度が合金の CPT を超えると、合金に孔食が発生します。期間。
ステップ 2: サービスの最小 PREN を計算する
耐孔食性当量番号 (PREN) は、塩化物サービスでのステンレス鋼のランク付けに最も役立つ唯一の指標です。オーステナイト等級の計算式は次のとおりです。
PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N
この係数は電気化学的研究から得られたものです。モリブデンは重量パーセント当たりクロムの約 3.3 倍の耐孔食性をもたらし、窒素は約 16 倍の耐孔食性をもたらします。二相グレードの場合、タングステンの項が追加されることがあります: PREN=%Cr + 3.3(%Mo + 0.5%W) + 16%N ただし、この例のオーステナイトグレードの場合は、標準の公式が適用されます。
ASTM 仕様の中範囲の公称組成を使用して、3 つの候補合金の PREN を計算してみましょう。-
| 合金 | UNS | Cr(%) | Mo (%) | N (%) | PREN の計算 | PREN結果 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 316L | S31603 | 17.0 | 2.1 | 0.05 | 17.0 + 3.3×2.1 + 16×0.05 | 17.0 + 6.93 + 0.80 = 24.7 |
| 904L | N08904 | 21.0 | 4.5 | 0.05 | 21.0 + 3.3×4.5 + 16×0.05 | 21.0 + 14.85 + 0.80 = 36.7 |
| 254SMO | S31254 | 20.0 | 6.2 | 0.21 | 20.0 + 3.3×6.2 + 16×0.21 | 20.0 + 20.46 + 3.36 = 43.8 |
海水の閾値
広く受け入れられている業界ルールでは、次のように述べられています。PREN 自然海水に確実に連続浸漬するには 40 以上が最低値です。これは規範要件ではありません - ASME および ASTM はこれを成文化していません - が、海洋および淡水化サービスにおける数十年の現場経験を反映しています。 PREN 40 を下回ると、合金は最終的に暖かく空気を含んだ海水、特に隙間に穴が開きます。
表を見ると：
316L (プレン24.7): しきい値を 15 ポイント下回ります。連続海水浸漬には適しません。
904L (PREN 36.7): しきい値を 3 ポイント上回っています。周囲の海水にも耐えられますが、35 度では限界があります。
254SMO (PREN 43.8):閾値を4ポイントクリアする。温海水の使用に適しています。
PREN の制限に関する注意事項
PREN はランキング ツールであり、デザイン コードではありません。以下については考慮されません。
- タングステン (W)、一部の超二相グレードで耐隙間腐食性に貢献
- 銅 (Cu) は耐還元性を向上させますが、塩化物孔食に対しては中性です。
- 表面仕上げ、溶接状態、流速、これらすべてが実際の CPT を変化させます
重要なサービスについては、PREN がどの合金を最終候補に挙げるべきかを示します。最終的な決定には、ASTM G48 または ASTM G150 のテスト データから実際の CPT および CCT を確認する必要があります。
ステップ 3: 設計温度に対して CPT と CCT をチェックする
PRENがランキングを出します。 CPT と CCT は実際の温度制限を示します。 2 つの標準的なテスト方法は次のとおりです。
ASTM G48 メソッド A/C：塩化第二鉄浸漬試験。 CPT (方法 A) と CCT (方法 D) を提供します。
ASTM G150: 1 M NaCl中での電気化学的孔食試験。 CPTを与えます。
公開されているデータシートおよび研究論文からの代表値:
| 合金 | プレン | CPT (度) ASTM G48-A | CCT (度) ASTM G48-D |
|---|---|---|---|
| 316L | 24.7 | 5 – 15 | < 0 |
| 904L | 36.7 | 30 – 40 | 10 – 15 |
| 254SMO | 43.8 | 65 – 75 | 35 – 45 |
設計温度は 35 度です。これで計算は簡単になります。
| 合金 | CPT (度) | 設計温度 (度) | 安全マージン (度) | 評決 |
|---|---|---|---|---|
| 316L | 10 | 35 | −25 | 失敗する- 個のピットが開始されます |
| 904L | 35 | 35 | 0 | 限界- ピーク時の安全マージンなし |
| 254SMO | 70 | 35 | +35 | パス- 35 度のマージン |
これが計算の核心です。ピーク海水温度 35 度では、904L は正確に CPT に位置します。実際には、これは、温度の変動、隙間、堆積物、または溶接の不完全性によって孔食が発生することを意味します。. 254SMO には 35 度のマージンがあり、季節変動やホット スポットをカバーします。
ステップ 4: ASME B31.3 に従って壁の厚さを計算する
合金を選択すると、肉厚の計算は ASME B31.3、第 IV 章に従って行われます。内圧がかかった直管の公式 (薄肉近似-、t < D/6 の場合に有効):
t = (P × D) / (2 × (S × E + P × Y))
どこ：
t=必要な肉厚 (mm)、腐食代を考慮する前
P=内部設計圧力 (MPa)=1.6 MPa (16 bar)
D=外径 (mm)=219.1 mm (NPS 8"、DN 200)
ASME セクション II の S=許容応力 -D (MPa)
E=品質係数 (シームレスの場合は 1.0、ERW の場合は 0.85)
表 304.1.1=0.4 の Y=係数 (オーステナイト、482 度以下)
許容応力値 (ASME セクション II-D、参考値)
| 合金 | 状態 | S 35度（MPa） | ソース |
|---|---|---|---|
| 316L | 溶体化処理、シームレス | 115 | ASME II-D 表 1A |
| 904L | 溶体化処理、シームレス | 115 | ASME II-D (コードケース) |
| 254SMO | 溶体化処理、シームレス | 138 | ASME II-D (コード ケース 2703) |
254SMO（選定合金）の計算結果
肉厚の式に代入すると、次のようになります。
| ステップ | 計算 | 結果 |
|---|---|---|
| P × D | 1.6 × 219.1 | 350.56MPa・mm |
| S × E | 138 × 1.0 | 138MPa |
| P × Y | 1.6 × 0.4 | 0.64MPa |
| 分母 | 2 × (138 + 0.64) | 277.28MPa |
| t（圧力） | 350.56 / 277.28 | 1.26mm |
| 腐食代 | (仕様によるが、このサービスでは 254SMO が実質的に=0) | 0mm |
| ミル公差 (12.5%) | 1.26 × 1.125 | 1.42mm |
| 必要な公称壁 | 次期標準スケジュール 1.42mm以上 | Sch 10S=3.76 mm |
参考までに、同じラインを 316L で構築した場合 (孔食故障のリスクを無視):
| ステップ | 計算 | 結果 |
|---|---|---|
| S × E | 115 × 1.0 | 115MPa |
| 分母 | 2 × (115 + 0.64) | 231.28MPa |
| t（圧力） | 350.56 / 231.28 | 1.52mm |
| 腐食代 | 3.0mm（海水） | +3.0=4.52 mm |
| ミル公差 (12.5%) | 4.52 × 1.125 | 5.08mm |
| 必要な公称壁 | 次期標準スケジュール 5.08mm以上 | Sch 40S=8.18 mm |
316L の計算では、海水に対する腐食代が 3 mm であるため、Sch 40S (8.18 mm) が必要です。. 254このサービスでは腐食代が必要ないため、SMO には Sch 10S (3.76 mm) のみが必要です。 1 メートルあたりの重量は 42.1 kg/m から 19.3 kg/m に減少します -。これは 54 % の削減です。この軽量化はコスト計算に直接反映されます。
ステップ 5: -年間-あたりのサービス料金-の計算-
最後の計算は、より高価な合金は設計寿命にわたって元が取れるのかという調達の疑問に答えます。これを行うには、次のものが必要です。
- 1メートルあたりの材料費（重量×合金価格に基づく）
- 設置コストの差（パイプが薄いとサポートが少なくなり、溶接が少なくなります）=
- 交換前の期待寿命
1メートルあたりの材料費
| パラメータ | 316L シュ 40S | 254SMO シュ 10S |
|---|---|---|
| 1メートルあたりの重量 | 42.1kg/m | 19.3kg/m |
| 材料価格の目安 (USD/kg、EXW 中国、2026 年 8 月) | 4.50–4.50–6.00 | 24.00–24.00–32.00 |
| メートルあたりの材料費（中価格帯）- | 42.1 × 5.25=∗∗5.25=∗∗221/m** | 19.3 × 28.00=∗∗28.00=∗∗540/m** |
| メートルあたりのプレミアム | - | +$319/m (2.4×) |
254SMO は、同じ圧力定格の 316L よりも 1 メートルあたりのコストが 2.4 倍高くなります。しかし、これが計算のすべてではありません。
寿命の想定
| 合金 | 35度の湾岸海水での期待寿命 | 寿命末期の故障モード |
|---|---|---|
| 316L(3mmCA付) | 8～12年（穴あき＋穴あき） | 堆積物や隙間の壁の穴を通って- |
| 904L | 12 – 18 歳 (限界 CPT) | 温度変動や隙間での孔食 |
| 254SMO | 25 – 30+ 年 (CPT マージン内) | 穴あきはありません。最終的な機械的または外部の腐食 |
年間サービスあたりのコスト (材料のみ)
| 合金 | 材料費/m | 設計寿命（年） | 1 メートルあたりの年間コスト |
|---|---|---|---|
| 316L シュ 40S | $221 | 10（中） | $22.10/年/月 |
| 904L (316Lと同様の壁) | 221×1.8=221×1.8=398 | 15(中) | $26.50/年/月 |
| 254SMO シュ 10S | $540 | 27(中) | $20.00/年/月 |
254SMO は、前払いの材料費が最も高いにもかかわらず、実際には年間サービスあたり最も安価なオプションです。肉薄化による 54 % の軽量化と、腐食代なし、設計寿命 25+ 年の組み合わせにより、年間コストは 316L - 未満になり、これは 25 年間に少なくとも 2 回交換する必要があります。
基本計算に含まれない追加のコスト要因
| 要素 | 254SMOへの影響 | 316Lへの影響 |
|---|---|---|
| 溶接（軽量化による溶接の減少） | より低い | - |
| サポートスチール (軽量パイプ=の軽量サポート) | より低い | - |
| 交換用シャットダウンコスト (1 対 2 または 3) | より低い | 高額な - の交換には 1 行あたり $50、000+ がかかります |
| 早期故障のリスク (CPT での孔食) | 低 (35 度マージン) | 高 (35 度でマージンゼロ) |
| 耐用年数終了時のスクラップ価値 (ニッケル + モリブデン) | より高い回復力 | より低い |
交換の停止コストは、調達チームが最も過小評価することが多い要素です。パイプ交換のために海水淡水化プラントが停止すると、水の生産が失われ、1 日あたり 200,000 ～ 200,000 ～ 500,000 の費用がかかる可能性があります。 10 年目と 20 年目に 316L の交換が必要な場合、停止コストだけでも 254SMO の材料費に比べて小さくなります。
ステップ 6: 要約決定
| 基準 | 316L | 904L | 254SMO | 選択済み |
|---|---|---|---|---|
| PREN 40 以上? | 24.7 - いいえ | 36.7 - いいえ | 43.8 - はい | 254SMO |
| CPT > 35 度? | 10 度 - いいえ | 35 度 - 限界 | 70 度 - はい | 254SMO |
| 肉厚 (ASME B31.3) | Sch 40S (8.18 mm) | Sch 40S (8.18 mm) | Sch 10S (3.76 mm) | 254SMO |
| 1メートルあたりの材料費 | $221 | $398 | $540 | 316Lが一番安い |
| 年間サービスあたりのコスト | $22.10 | $26.50 | $20.00 | 254SMO最安 |
| 孔食失敗の危険性 | 高い | 中くらい | 低い | 254SMO |
決断: 35 度の湾岸海水の DN 200 冷却水ラインの場合は、254SMO (UNS S31254) シームレス パイプ、ASTM A312/A312M、Sch 10S、溶体化処理および水冷処理を指定してください。計算によると、316L や 904L よりも技術的に安全であり、年間サービス ベースで経済的にも安価であることがわかります。{8}{}{9}{10}{10}
よくある質問
PREN 式とは何ですか?いつ適用されますか?
オーステナイト系ステンレス鋼の最も一般的な PREN 式は、PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N です。タングステンを含まないオーステナイト系グレードに適用されます。タングステンを含む二相および超二相グレードの場合、拡張式 PREN=%Cr + 3.3(%Mo + 0.5%W) + 16%N が使用される場合があります。 PREN は耐孔食性のランキング ツールであり、設計コードではありません。実際の孔食率、隙間腐食、応力腐食割れを予測するものではありません。
なぜ PREN 40 が海水の閾値なのでしょうか?
PREN 40 以上は、海洋、海洋、淡水化サービスにおける数十年の現場経験に基づく経験則です。 ASME または ASTM 規格では成文化されていません。 PREN が 40 未満の合金は、特に堆積物の下、隙間、または溶接欠陥など、温かい空気を含んだ自然海水中で最終的に孔食が発生します。 40 以上の合金は、継続的な海水浸漬においても孔食に対して実用的な余裕を持っています。このしきい値は、冷たくてきれいな海水に対しては控えめですが、高温の、停滞した、または塩素化された海水に対しては十分ではない可能性があります。
そもそも904Lは海水でも使用できるのでしょうか？
はい、ただし注意が必要です。. 904L (PREN ~36.7) は、周囲温度の海水 (25 度未満)、汽水、および断続的な暴露には十分です。- 30 ～ 35 度では限界ですが、35 度を超えると危険です。夏には 35 度に達する湾岸の海水では、904L は CPT に留まり、亀裂や堆積物に穴が開きます。継続的に温かい海水に浸す場合は、254SMO またはスーパーデュプレックス S32750 (PREN ~42) が正しい選択です。
254SMO では 316L と比べて肉厚の計算が変わりますか?
はい。 ASME B31.3 の壁厚の計算式では、ASME セクション II-D. 254 の許容応力 S が使用されています。SMO は窒素強化により、許容応力が高くなります (316L では 138 MPa、35 度で 115 MPa)。さらに、塩化物用途の 254SMO には腐食代は必要ありませんが、316L には 2 ～ 3 mm が必要です。複合的な効果は、316L が同じ圧力定格に対して壁の約半分と重量の半分の Sch 40S - を必要とするのに対し、254SMO は Sch 10S を使用できることです。
-年間-のコストの計算では、常に耐食性の高い合金が有利ですか?{2}?
いつもではありません。設計寿命が短い場合 (5 ～ 10 年)、254SMO の初期費用が償却されない可能性があります。サービスが断続的、低温、または低塩化物である場合は、316L または 904L で十分であり、前払いと年間の両方で安価になる可能性があります。この計算では、(1) 設計寿命が 20+ 年、(2) 使用温度が 904L CPT を超え、(3) 交換停止コストが高い場合、254SMO が有利になります。 25 年間の淡水化プラントの場合、計算は明らかです。
254SMO の代替としてスーパー デュプレックス S32750 はどうですか?
スーパーデュプレックス S32750 (PREN ~42) は、暖かい海水用の 254SMO (PREN ~44) の有効な代替品です。より高い降伏強度 (550 MPa 対 300 MPa) を提供し、肉厚をさらに薄くします。ただし、スーパーデュプレックスには、より狭い溶接ウィンドウ、475 度脆化限界、および異なる一連の製造ルールがあります。多くの現場溶接があり、300 度を超える温度変動がない淡水化プラントの場合、両方の合金が機能します。多くの場合、選択は溶接資格、可用性、および指定者の好みによって決まります。
塩化物サービス プロジェクトで PREN- に基づいたパイプ選択の計算が必要ですか?
HUITONG は、完全な EN 10204 3.1/3.2 MTC、ASME B31.3 肉厚準拠の ASTM A312/A312M 準拠の 254SMO (UNS S31254)、904L (UNS N08904)、および 316L パイプを供給し、サウジアラビアと湾岸の淡水化、FGD、および海洋プロジェクトのエンジニアリング サポートを提供しています。プロセス条件とラインリストを次の宛先に送信してください。market@htpipe.comまたはWhatsApp+86-19339900201合金の選択、壁のサイズ、見積もりの回答については、
