해양 석유 및 가스 생산의 해저 환경은 아마도 금속 플랜지에 가장 극심하고 가혹한 조건을 제시합니다. 표면 플랜지와 달리 해저 플랜지는 엄청난 외부 정수압, 부식성이 강한 염수 환경에서 작동하며, 종종 높은 내부 공정 압력과 온도에 동시에 노출됩니다. 이들의 완벽한 성능은 안전, 환경 보호 및 심해 에너지 추출의 생존 가능성에 직접적인 영향을 미치므로 협상할 수 없습니다.
극심한 정수압:
심해 작업은 수면 아래 수천 미터(또는 피트)까지 확장될 수 있습니다. 10미터 깊이마다 약 1bar(14.5psi)의 외부 압력이 추가됩니다. 3,000미터(10,000피트)에서 플랜지는 생산되는 탄화수소의 내부 압력 외에도 300bar(4,350psi) 이상의 파괴적인 외부 힘을 받습니다. 이는 매우 견고하고 두꺼운 벽의 단조 플랜지를 필요로 합니다.
강력한 해양 부식:
해수: 해수의 높은 염화물 함량은 부식성이 강하여 노출된 플랜지 표면과 볼팅에 핏팅, 틈새 부식 및 일반 부식을 유발합니다.
미생물 영향 부식(MIC): 해양 환경의 특정 박테리아는 부식을 가속화할 수 있습니다.
산성 환경: 해저 저수지에는 종종 황화수소(H2S)와 이산화탄소(CO2),가 포함되어 있는데, 이들이 물과 혼합되면 부식성이 강해지고 내성이 없는 고강도 강철에 황화물 응력 균열(SSC)을 유발할 수 있습니다.
동적 하중 및 진동:
해류 및 파도: 플랜지를 포함한 해저 구조물과 파이프라인은 해류의 지속적인 동적 힘과 간접적으로 에너지 전달 파도의 작용을 받습니다. 이는 피로 응력을 유발할 수 있습니다.
장비의 진동: 해저 펌프, 압축기 및 웰헤드 장비는 플랜지 연결부에 스트레스를 줄 수 있는 진동을 생성합니다.
초고강도 재료:
듀플렉스 및 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강(예: UNS S31803, S32750): 이들은 고강도(압력 저항)와 우수한 내식성(염화물 및 H2S에 대한)의 균형을 제공하는 실용적인 재료입니다.
니켈 합금(예: 합금 625, 합금 718, 합금 825): 슈퍼 듀플렉스조차도 충분하지 않을 수 있는 가장 공격적인 산성 환경 또는 극심한 고압/고온 응용 분야에 사용됩니다. 이 합금은 SCC에 매우 강합니다.
고강도 저합금(HSLA) 강철: 매우 크고 극도로 고압인 구성 요소의 경우 특수 단조 HSLA 강철이 사용되지만 광범위한 부식 방지가 필요합니다.
링 타입 조인트(RTJ) 플랜지:
이들은 중요한 해저 연결에 가장 많이 사용되는 플랜지 유형입니다. 금속 대 금속 밀봉 메커니즘은 고압 및 고온에서 매우 안정적이며, 부드러운 가스켓에 비해 우수한 블로우아웃 저항성을 제공합니다. 정밀하게 가공된 홈과 금속 링 가스켓의 제어된 변형은 매우 견고한 밀봉을 생성합니다.
향상된 부식 방지 시스템:
고급 코팅: 다층, 고성능 에폭시 또는 특수 폴리머 코팅이 외부 플랜지 표면에 적용됩니다.
음극 보호: 모든 잠수 금속 구조물에 필수적입니다. 희생 양극(예: 아연, 알루미늄) 또는 인가 전류 시스템은 외부 갈바닉 부식으로부터 플랜지를 보호합니다.
특수 볼팅: 볼트는 종종 내식성 합금(슈퍼 듀플렉스, 니켈 합금)으로 만들어지거나 강도와 제거 가능성을 보장하기 위해 코팅(예: 불소 중합체 코팅)이 많이 되어 있습니다.
원격 작동 및 개입:
해저 플랜지는 종종 원격 조작 차량(ROV) 또는 특수 해저 도구를 사용하여 설치 및 개입하도록 설계되어야 하며, 특정 볼팅 구성 및 정렬 기능이 필요합니다.
엄격한 테스트 및 표준:
해저 플랜지는 광범위한 비파괴 검사(NDE)를 거치며 종종 과압 테스트(시뮬레이션된 심해 압력 하에서 테스트)를 거쳐 완벽한 무결성을 보장합니다. API 6A(웰헤드 장비용) 및 API 17D(해저 생산 시스템용)과 같은 표준은 엄격한 요구 사항을 규정합니다.
심해 에너지의 어려운 개척지에서 금속 플랜지는 단순한 구성 요소가 아니라 중요한 지원자입니다. 지구상에서 가장 혹독한 환경에서 압력, 끊임없는 부식 및 동적 힘에 대한 무결성을 유지하는 능력은 금속 공학 및 기계 공학의 최첨단을 입증하며, 근본적으로 세계 에너지 공급을 뒷받침합니다.
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