כיצד משפיעה דפוס המתח האורך משרטוט צינורות על הרגישות לפיצוח מתח גופרתי בסביבות שירות חמוץ?

תנאי שירות חמוצים המכילים מימן גופרתי (H 2 S) הם מהיישומים המאתגרים ביותר עבור רכיבים מתכתיים. בדרך כלל, סגסוגות טיטניום עמידות בפני פיצוח מתח גופרתי (SSC) בניגוד לפלדות פחמן וסגסוגת נמוכה-. עם זאת, טיטניום יכול להיות פגיע בתנאים מסוימים - pH נמוך, ריכוזי כלוריד גבוהים, טמפרטורות העולה על 80 מעלות ונוכחות של מתחי מתיחה. דפוס הלחץ השיורי האורך הנגרם במהלך ציור הצינור משפיע באופן ניכר על הרגישות ל-SSC. ציר שנמשך דרך בילט חלול מפחית את הקוטר ואת עובי הדופן בשרטוט צינור. השיטה מייצרת תבנית אופיינית של מתחים שיוריים עם מתחי מתיחה במשטח החיצוני ולחצי לחיצה במשטח הפנימי או להיפך, תלוי אם הצינור נמשך ללא ציר פנימי (שרטוט שקוע) או מעל ציר קבוע. פני השטח תחת מתח שיורי מתיחה נמצאים בסיכון מוגבר משמעותית להתחלת SSC.

מנגנון התחלת SSC באתרי לחץ שיוריים

שבריריות מימן, המתרחשת בהגדרות המכילות H₂S, נקראת פיצוח מתח גופרתי. מימן גופרתי מרעיל את תהליך ריקומבינציית המימן ומניע מימן אטומי לתוך סריג המתכת. מימן שנספג במתח מתיחה מתפזר למיקומים של ריכוז מתח תלת-צירי, כגון גבולות גרגרים, תכלילים או פגמים על פני השטח. מימן מפחית את החוזק המלוכד של גבולות גרגירי טיטניום וגורם להתפשטות סדקים בין- או טרנסגרנורית. כל הלחצים המופעלים בשירות (לחץ, התפשטות תרמית, הגבלות של הרכבה) מסוכמים עם מתחי מתיחה שיוריים משרטוט צינור. התחלת SSC מתרחשת כאשר סכום מתח המתיחה מגיע לערך סף (כ-40-60% מעוצמת התפוקה של טיטניום בשירות חמוץ). כיוון האורך מעורר דאגה מיוחדת מכיוון שסדקים בכיוון הצירי יתפשטו בכיוון הצינור וכתוצאה מכך פיצול קטסטרופלי.

ערכי מתח שיורית כמותיים עבור שיטות ציור חוטים שונות

מתחים שיוריים שנמדדו על ידי עקיפה של קרני רנטגן על צינורות טיטניום דרגה 2 חשפו דפוסי מתח אורכי אורכיים:

שרטוט שקוע (ללא ציר פנימי, צינור מופחת על ידי הדפסים חיצוניים בלבד) משטח חיצוני מפתח מתח שיורי מתיחה של 80 עד 120 MPa. מתח שיורי דחיסה (50 עד 80 MPa) מתעוררים על פני השטח הפנימיים. חשיפה חיצונית ל-H2S עלולה לגרום ל-SSC במשטח החיצוני המתוח.

שרטוט ציר (צינור נמשך על ציר פנימי קבוע): המשטח החיצוני מפתח מתח שיורי של 40-70 MPa. הוא יוצר מתח שיורי של 100-150 MPa על פני השטח הפנימיים. משטח המתיחה הפנימי רגיש ל-SSC על ידי חשיפה פנימית של H2S.

ציור תקע (ציר צף, הפחתה מתונה) דפוס מתח שיורי מאוזן עם שני הצדדים ב-20 עד 50 MPa (מתיחה או דחיסה בהתאם ליחס ההפחתה). הטוב ביותר עבור שירות חמוץ.

שרטוט קר + חישול הפחתת מתח (540 מעלות, 30 דקות): המתחים השיוריים ירדו ל-<15 MPa בשני המשטחים ללא תלות בתהליך השרטוט. טוב לשירות חמוץ חמור.

רגישות ל-SSC מבוססת דפוס מתח שיורי

לאחר בדיקה מבוקרת ב-NACE TM0177 תמיסה A (5% NaCl, 0.5% חומצה אצטית, רוויה ב-H₂S, pH 2.7, 25 מעלות), נקבעו ספי ה-SSC הבאים:

מתח מתיחה של פני השטח<30 MPa: No SSC initiation after 1000 hours. Safe for any sour service.

מתח מתיחה של 30-60MPa: 500-1,000 שעות זמן התחלה של SSC. מתאים לשירות לא קריטי עם בדיקה תקופתית.

מתח מתיחה של פני השטח 60-100 MPa: זמן התחלה SSC 100-500 שעות. קצב התפשטות הסדקים הוא 0.1 עד 0.5 מ"מ לשעה לאחר היווצרותם.

התחלת SSC במתח מתיחה פני השטח > 100 MPa תוך < 24-100 שעות. כשל בצינור מתרחש תוך מספר שבועות עקב התפשטות סדקים מהירה.

מדריך לבחירת שיטת שרטוט שירות חמוץ

הטבלה שלהלן היא מטריצת החלטות עבור הליכי שרטוט צינורות המבוססת על חומרת השירות החמוץ וכיוון החשיפה ללחץ.

מצב שירות חמוץ וחשיפה ל-H₂S מיקום מומלץ שיטת שרטוט דפוס מתח שיורי והפחתת סיכון SSC
חשיפה חיצונית ל-H₂S בלבד (צינור שקוע בתמיסת מלח חמוצה, גז פנימי יבש או אינרטי) ציור תקע עם חישול הפוגת מתח משטח חיצוני עם דחיסה או מתח נמוך. לחץ שאריות<30 MPa. Max SSC resist.
חשיפה פנימית ל-H2S בלבד (גז חמוץ בתוך הצינור, סביבה נקייה חיצונית) ציור שקוע (דחוס פנימה) מתח לחיצה על המשטח הפנימי (50 עד 80 MPa). משטח חיצוני מתיחה, לא חשוף. זה בסדר.
שני המשטחים נוצרו במגע על ידי H2S (צינור שקוע בנוזל חמוץ, גז חמוץ פנימי) בתוספת משיכה של תקע, שחרור מתח מלא מתח שיורי על שני המשטחים<15 MPa. Needed for double exposure. More expensive, but necessary.
לחץ חלקי H2S נמוך (<0.1 psi), high pH (>4.5) משיכה רגילה של מדרל ללא הקלת מתחים מתח מתיחה של פני השטח מותר עקב סכנה קטנה יותר של SSC. ניטור pH רבעוני.
High H2S partial pressure (>1 psi), pH נמוך (<4), Temperature >ציור תקע 80oC, שחרור מתח בתוספת צילום פני השטח צילום צילום יוצר שכבת דחיסה (150-200 MPa) ללא קשר להליך הציור. הכי אמין.
מעבר להנדסת מתח שארית -

זמן התפשטות SSC תלוי בעובי הדופן, לא בהופעת SSC. קיר עבה יותר (1.5 מ"מ) ובעל מתח מתיחה שיורי גדול (100 MPa) יכול גם הוא להיסדק, אך אורך הסדק לעבור זמן רב יותר. קוטר הצינור חשוב גם הוא: עבור אותה הפחתת שרטוט, קטרים ​​גדולים יותר (50 מ"מ לעומת 20 מ"מ) מראים גדלים גבוהים יותר של מתח שיורי, עקב עיוות דיפרנציאלי גבוה יותר. ריכוז הסף H2S עבור SSC בטיטניום הוא סביב 0.01 psi לחץ חלקי ב-25 מעלות ויורד ל-0.001 psi ב-80 מעלות. תוספות סגסוגת בסגסוגות טיטניום דרגה 7 ודרגה 12 גורמות לעמידות SSC חזקה בהרבה מאשר בדרגה 2, עם סבילות למתח שיורי גבוה ב-50-100%.

ביצוע מפרט בעל ידע

עבור שירות חמוץ, כאשר מציינים צינור מחמם טיטניום, כלול צורך במדידת מתח שיורי במדגם מייצג על ידי-הפרחת קרני רנטגן או שיטת-קידוח חור. הליך ייצור: - ציור תקע - חישול (540 מעלות, 30 דקות, אטמוספרה של ארגון) בקש אישור שהמתח השיורי של פני השטח האורכי קטן או שווה ל-30 MPa (מתיחה) על כל משטח שנחשף ל-H2S. ציין טיטניום דרגה 7 עבור שירות חמוץ חמור (pH<3.5, H2S >0.1 psi, temperature >60 מעלות) ללא תלות במתח שיורי, עם טיפול חיטוי משטח כדי לספק שכבה דחיסה. בדוק את צינור המחמם מדי רבעון באמצעות טכניקת ההתנגדות החשמלית בשירות. עלייה של 5 עד 10 אחוזים מצביעה על תחילת שבר ב-SSC ודורשת בדיקה קולית מהירה. המהנדס משתמש בבחירת שיטות ציור ועיבוד שלאחר-כדי לווסת דפוסי מתח שיורית ולמנוע פיצוח מתח סולפיד, שהוא אחד ממנגנוני הכשל הקשים ביותר עבור ציוד שירות חמוץ טיטניום.