1.Introdução
Tubos de aço inoxidável são materiais tubulares feitos de ligas à base de ferro com um teor de cromo de não menos que 10,5%, apresentando vantagens de desempenho únicas. A característica mais notável é a formação de um filme de passivação de óxido de cromo denso, que confere ao material excelente resistência à corrosão. Dependendo da composição da liga, a resistência à tração dos tubos de aço inoxidável pode variar de 520 a 1035 MPa, combinando boa resistência mecânica e plasticidade. Em termos de adaptabilidade à temperatura, diferentes tipos de tubos de aço inoxidável podem atender aos requisitos de aplicação de ambientes criogênicos de -196 a condições de alta temperatura de 1100. Além disso, sua superfície lisa e ausência de precipitados os tornam totalmente compatíveis com os padrões de higiene de grau alimentício (FDA) e grau médico (ISO 13485).
1.1 Escopo
Este guia é aplicável a uma ampla gama de tipos de tubos de aço inoxidável, incluindo graus austeníticos (como 304, 316), graus ferríticos (como 430) e tubos de aço inoxidável duplex (como 2205). Ele fornece instruções e considerações detalhadas e específicas para cada um desses graus para garantir sua aplicação eficaz e eficiente em vários cenários industriais e práticos.
1.2 Precauções de Segurança
Ao manusear tubos de aço inoxidável, é de extrema importância usar equipamentos de proteção adequados, incluindo luvas e óculos de proteção, para se proteger contra possíveis lesões. Além disso, durante operações de soldagem ou corte, é essencial garantir ventilação adequada para evitar o acúmulo de fumos nocivos e manter um ambiente de trabalho seguro.
1.2.1 Proteção ocular:
Óculos de segurança resistentes a impactos (padrão ANSI Z87.1) devem ser usados.
Ao realizar operações de soldagem, use um capacete de soldagem com escurecimento automático (número de tonalidade ≥ 10).
1.2.2 Proteção respiratória:
Use máscaras à prova de poeira de grau N95 em ambientes empoeirados.
A operação de decapagem é equipada com uma máscara de gás de filtro de duplo efeito para vapores orgânicos e gases ácidos.
1.2.3 Proteção Corporal:
Luvas resistentes a cortes (padrão EN 388, resistência ao corte grau ≥ 3)
Avental resistente a ácidos e álcalis (feito de material de PVC ou borracha)
Sapatos de segurança com biqueira de aço (de acordo com o padrão ASTM F2413)
2.Princípios para Seleção de Materiais
A seleção do grau de aço inoxidável mais adequado é de suma importância para alcançar o desempenho ideal em condições ambientais específicas e requisitos operacionais.
2.1 Princípio de Adaptabilidade a Ambientes Corrosivos
Meio ácido (pH < 7): Preferencialmente escolha graus de aço contendo molibdênio (316L/2205)
Ambiente contendo cloro: valor PREN > 35 (PREN = %Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N)
Meio oxidante: Teor de cromo ≥ 18% (como 304/310S)
Oxidação em alta temperatura (>800): Selecione 310S (Cr25Ni20)
Zona sensível à corrosão sob tensão: Evite usar 304 em ambientes com cloro e temperaturas acima de 60.
Condições de operação em baixa temperatura (< -50): O aço austenítico precisa ser ultra-baixo carbonizado (304L/316L)
2.2 Princípio de Compatibilidade de Desempenho Mecânico
Pressão ordinária: 304 (σb ≥ 515 MPa)
Tubulação de alta pressão: aço duplex 2205 (σb ≥ 620 MPa)
Condição de trabalho resistente ao desgaste: Tratamento de endurecimento superficial (HV ≥ 800)
Estresse cíclico: Coeficiente de resistência à fadiga ≥ 0.35 (316LN é mais preferível)
Carga de impacto: -196, Akv ≥ 100J (liga ultra-baixa em carbono e nitrogênio)
2.3 Princípio de Adaptabilidade do Processo
Tubos de parede fina (δ< 3mm): Selecione 304L/316L (baixo carbono não sensibilizante)
Tubo de parede espessa: Para 2205, a entrada de calor precisa ser controlada (15 - 25 kJ/cm)
Tratamento pós-solda: decapagem e passivação (ácido nítrico 20% + ácido fluorídrico 3%)
Formação por dobra a frio: 304 é superior a 430 (alongamento ≥ 40%)
Processamento de tubo de expansão: 316Ti (estabilizado com titânio para resistência à corrosão intergranular)
2.4 Princípio de Otimização Econômica para Dobra a Frio
Custo do material: 2205 ≈ 2 × 304,904L ≈ 4 × 304
Ciclo de vida: Para tubulações químicas, o custo anualizado é calculado com base em um período de 20 anos.
Uso baseado em grau: tubo principal 316L + tubo ramificado 304
Otimização da espessura da parede: ASME B31.3 permite uma redução de 15% na espessura da parede.
Solução alternativa: Tubo composto (matriz de aço carbono + revestimento de aço inoxidável)
2.5 O princípio da conformidade com os padrões
Grau alimentício: ASTM A270 (316L)
Indústria farmacêutica: ASME BPE (Ra ≤ 0.5 μm)
Tubulação de pressão: GB/T 14976 (teste de corrosão intergranular)
3.A instalação adequada previne vazamentos, fraturas por estresse e falhas prematuras
3.1 Verificação de materiais
Confirme se o material do tubo de aço inoxidável (como 304, 316L, etc.) está em conformidade com os requisitos de design.
Verifique se há arranhões, deformações ou camadas de óxido na superfície. Se necessário, realize tratamento de decapagem e passivação ácida.
3.2 Ferramentas e Acessórios
Ferramentas de corte: Máquina de corte especializada para aço inoxidável (para evitar contaminação por aço carbono).
Máquina de chanfro: Garantir que a interface de soldagem esteja plana (com um ângulo de chanfro de 30° a 45°).
Ferramentas de limpeza: acetona ou álcool (para remover graxa e impurezas).
3.3 Requisito ambiental
Evitar soldagem direta em ambientes úmidos ou com alto teor de cloro (como perto do litoral).
Garanta que a área de trabalho seja mantida limpa e evite que contaminantes como limalhas de ferro se adiram.
3.4 Especificação de Corte
Use corte a plasma ou lâminas de serra específicas para aço inoxidável em vez de discos de rebolo comuns (que podem causar poluição por carbono).
A desvio da verticalidade do corte não deve ser superior a 1°. As rebarbas precisam ser alisadas usando uma lima ou lixa.
3.5 Preparação de borda
As interfaces de soldagem precisam ser usinadas em sulcos em forma de V simples ou duplo (com um ângulo de 30° a 45° e uma borda de raiz de 1 a 2 mm).
A rugosidade da superfície do sulco é Ra ≤ 12,5 μm.
3.6 Inspeção de solda
Inspeção visual (sem rachaduras, poros)
Teste de penetrante (PT) ou teste radiográfico (RT)
4.Especificações Técnicas para Condições de Operação de Tubos de Aço Inoxidável
4.1 Escopo de trabalho regular
Aço inoxidável austenítico (304/316): -196 ~ 800
Aço inoxidável duplex (2205): -50 ~ 300
Aço inoxidável ferrítico (430): -20 ~ 600
4.2 Atenção à temperatura crítica
Faixa de sensibilização: 450 - 850 (risco de precipitação de carbonetos)
Fragilidade a baixa temperatura: Para 304L, a tenacidade ao impacto precisa ser verificada quando a temperatura for inferior a -196.
4.3 Proibir o uso de mídia
Ácido clorídrico (qualquer concentração)
Ácido fluorídrico (concentração >1%)
Álcali concentrado de alta temperatura (NaOH > 40%, > 80)
4.4 Tratamento de meio especial
Solução clorada: Para 316L, a concentração de Cl deve ser controlada abaixo de 1000 ppm a 25.
Ambiente de sulfeto de hidrogênio: Requer grau de carbono ultrabaixo (316L, C ≤ 0,03%)
4.5 Prevenção de cavitação
A pressão de entrada da bomba é mais de 1,3 vezes a pressão de vapor saturado do meio.
Evitar o design de curvas agudas de 90 graus.
4.6 Limite no número de ciclos
304: > 5000 análises de fadiga são necessárias.
2205: > 10.000 testes são necessários.
4.7 Parâmetros de limpeza CIP
Temperatura: 80 ± 5
Agente de limpeza: solução de ácido nítrico 1-2%
Tempo: 30 - 60 minutos
4.8 Indicadores de detecção chave
Monitoramento de espessura de parede: Medição anual de espessura UT (aviso necessário quando a taxa de corrosão > 0,1mm/ano)
Inspeção de superfície: Detecção de falhas PT a cada seis meses (com foco em costuras de solda)
5.Manutenção e Inspeção
5.1 Sistema de inspeção periódica
Inspeção diária: Inspeção de vazamento/ruído anormal/vibração (áreas de alto risco)
Inspeção mensal: Status de aperto dos parafusos da flange (verificação de torque ±10%)
Inspeção anual: Medição abrangente da espessura da parede (precisão do medidor de espessura UT ± 0,1mm)
5.2 Padrões de Limpeza e Manutenção
Sujeira de superfície: Agente de limpeza neutro (pH 6-8) - limpar com pano macio
Área de soldagem: Teste de vinagre trimestral (para detectar contaminação por ferro)
Requisitos de drenagem: O sistema deve ser completamente drenado quando estiver fora de uso (para evitar congelamento e rachaduras).
5.3 Tecnologia de Monitoramento de Corrosão
Método da Placa Suspensa: Instalar placas de monitoramento em posições típicas (pesar a cada trimestre)
Sonda ER: Monitoramento online da taxa de corrosão (dados carregados em tempo real)
Exame endoscópico: Corrosão interna no cotovelo/ponto de ramificação (vídeo de alta definição)
6.Resolução de Problemas Comuns
6.1 Reparo de emergência para vazamento
Dispositivo de vedação de vazamento sob pressão (pressão máxima ≤ 80% do valor de projeto)
Selante de alta resistência molecular (com resistência a temperatura ≤ 150)
6.2 Falhas Mecânicas
Remover a seção danificada (a incisão deve estar ≥ 50mm distante do defeito)
O reparo de solda requer tratamento térmico local (tratamento de decapagem com ácido sulfúrico é necessário para 316L).
6.3 Remoção de defeitos de corrosão
Reparo de Corrosão por Pitting soldagem polimento Quando a profundidade exceder 20 da espessura da parede o tubo precisa ser substituído
Corrosão em fenda Substituir a junta da flange Usar junta envolvida em PTFE em vez disso
Corrosão sob tensão Substituir todo o tubo Proibir soldagem de reparo local
6.4 Sistema de proteção catódica
Ânodo de sacrifício: Liga de magnésio (-1,75V) é usada para tubulações de água do mar.
Corrente adicional: Saída do retificador ≤ 10A (calibração regular necessária)
6.5 Manutenção de revestimento
Reparo de danos: Jateamento de areia grau Sa2.5 + Primer epóxi (filme seco ≥ 150μm)
Camada de isolamento: Teste de teor de íons de cloreto (≤ 50 ppm)
7.Conclusão
Os tubos de aço inoxidável, como um material importante na indústria moderna, podem exercer plenamente suas vantagens de desempenho apenas quando todo o ciclo de vida é gerenciado de maneira padronizada. Sugere-se que os usuários estabeleçam um arquivo técnico completo cobrindo "seleção de material - instalação - operação - manutenção", e foquem no monitoramento das mudanças nas condições de trabalho das áreas sensíveis à corrosão. Para sistemas de tubulação chave, recomenda-se um modelo de gestão que combine tecnologia de monitoramento online com avaliação profissional regular. Ao mesmo tempo, a comunicação técnica com fornecedores de materiais deve ser mantida para obter as soluções mais recentes.
Os parâmetros técnicos fornecidos nesta diretriz precisam ser ajustados de acordo com condições de trabalho específicas. Para cenários de aplicação especial (como grau nuclear, ultra-alta pureza, etc.), especificações técnicas especiais devem ser seguidas. Recomenda-se confiar a instituições profissionais a realização de uma avaliação de saúde do sistema a cada três anos para garantir a operação segura e econômica do sistema de tubulação.
