איזה סף פיצוח קורוזיה גופנית מרבי מותר מציג 316 נדן מחמם נירוסטה ב-NACE TM0177 פתרון A ב-24 מעלות ו-80 מעלות

תלות בטמפרטורה של רגישות ל-SSC של נירוסטה אוסטינית

בקרת הטמפרטורה-על הסיכון של פיצוח קורוזיה גופרתי (SSC) של צינורות חימום חשמליים בסביבות שירות חמוצות (מחממי מים בשדה נפט, מערכות גיאותרמיות או מחממי תהליך של בתי זיקוק) אינה-חד-נוטונית, כלומר הסיכון אינו רק פונקציה של הטמפרטורה. בשונה מ-SCC המושרה מכלוריד החמור יותר עם עליית הטמפרטורה, ל-SSC של פלדות אל-חלד אוסטניטיות כמו 316 יש רגישות מקסימלית בטמפרטורת הסביבה (20-30 מעלות), והוא מופחת מאוד בטמפרטורות גבוהות (מעל 80 מעלות). 316 ב-NACE TM0177% wttic פתרון TM017% לחומצה, רוויה ב-H2S ב-1 atm, pH ~ 2.7-3.0) יש מתח סף ל-SSC של כ-60-70% מעוצמת התפוקה שלו ב-24 מעלות. משמעות הדבר היא כי מתחים גבוהים מ-120-140 MPa (עבור 316 עם חוזק תפוקה ~ 205 MPa) יובילו לפיצוח תוך 720 שעות. ב-80 מעלות הסף עובר כלפי מעלה כדי להגיע לחוזק התפוקה (קרוב ל-200 MPa) המראה פחות רגישות ל-SSC באופן משמעותי. במאמר זה, ספי SSC עבור 316 נדן נכמתים כפונקציה של הטמפרטורה.

מקור הטמפרטורה-רגישות ל-SSC תלויה

פיצוח קורוזיה במתח גופרתי מתרחש כאשר המימן האטומי שנוצר מתגובת הקורוזיה (Fe + H2S → FeS + 2H) מתפזר לתוך הפלדה ומפרק את המיקרומבנה. עבור פלדות אל-חלד אוסטניטיות, כמו 316, הדיפוזיה של מימן איטית בטמפרטורת החדר מכיוון שהמבנה ה-מעוקב (FCC) גורם לדיפוסיביות מימן נמוכה (בסביבות 10-12 עד 10-11 ס"מ לשנייה ב-25 מעלות לעומת 10-6 ס"מ לשנייה עבור פלדות פריטיות). עם זאת, עבודה קרה, בשילוב עם קשיות גבוהה וצפיפות נקע גבוהה, יכולה להפוך את 316 לרגיש. בטמפרטורות גבוהות יותר (> 60-80 מעלות) הדיפוזיטיביות של מימן עולה, אך גם הסבילות למימן גדלה מכיוון שנקעים יכולים לעבור כדי להקל על מתחים מקומיים. כמו כן, קצב הקורוזיה עולה עם הטמפרטורה מה שמוביל לייצור מימן רב יותר, אך תגובת רקומבינציית המימן מורעלת פחות על ידי H 2 S בטמפרטורות גבוהות יותר. מכאן שהתוצאה נטו היא רגישות מקסימלית ל-SSC בין 20 ל-40 מעלות וירידה מהירה מעל 60 מעלות.

מגבלות SSC מכומות ב-24 מעלות ו-80 מעלות

בדיקת ה-SSC של עומס קבוע של פלדת אל-חלד מחושלת 316, עם קשיות של < 200 HV, בפתרון A של NACE TM0177, קבעה את מתחי הסף הבאים לסדקים במהלך תקופת הבדיקה הרגילה של 720 שעות.

Temperature (°C) Material Condition Yield Strength (0.2% offset, MPa) Threshold Stress for SSC (MPa, 720h)Threshold Stress as % of Yield SSC Susceptibility Rating 24 Annealed (150-180 HV) 205 120-140 60-70% Moderate 24 Cold-worked (20%, 250-300 HV) 400-500 80-120 (absolute) 20-30% High 24 Hard-drawn (>35% CW, >350 HV) 550-700<50 (absolute) <10%Severe 80Annealed 190 (derated) 170-190 90-100% Low 80 Cold-worked (20%) 350-450 250-350 70-80% Moderate 80 Hard-drawn (>35% CW) 500-650 300-500 60-70% בינוני
האינטראקציה הקריטית של קשיות-התנגדות SSC

קשיות מקסימלית של 22 HRC (כ-250 HV) מותרת עבור פלדות אל-חלד אוסטניטיות בשירות חמוץ לפי NACE MR0175/ISO 15156 (המפרט עבור חומרים בסביבות המכילות H₂S-). מגבלת קשיות זו מתאימה למקסימום עבודה קרה של כ-15-20%. הטבלה שלהלן מספקת מגבלות קשיות והשלכותיהן על SSC בטמפרטורת החדר.

קשיות מרבית (HRC) קשיות מרבית (HV) מקבילה לעבודה קרה מתח סף SSC (MPa, 24 מעלות, בסיס חישול)316 מקובל לפי NACE MR0175<15 <180 0-5% (annealed) 140 Yes (with qualification)
15-20 180-230 5-12% 120 כן (מוגבל)
20-22 230-250 12-18% 100 שולי
22-25 250-280 18-25% 80 Unacceptable 25-30 280-330 25-35% 50 Unacceptable >30 >330 >35% <50 (extremely low) Unacceptable
המלצות מעשיות ליישומי מחמם שירות חמוץ

ההמלצות הבאות מבוססות על טמפרטורת הפעלה של 316 תנורי חימום מצופים לשימוש בשירות H2S (לחץ חלקי של H2S מעל 0.05 psia או ריכוז מעל 10 ppm במים נוזליים).

טמפרטורת הפעלה (מעלה) H2S לחץ חלקי (פסיה) קשיות מרבית (HRC/HV) מומלץ לאחר-טיפול בחום סגסוגת חלופית<30 <0.05 22/250 Stress relief 400-450°C 316 acceptable <30 0.05-0.5 20/230 Full solution anneal + stress relief 316L preferred <30 >0.5 18/210 Full solution anneal Duplex 2205 recommended 30-60 Any 22/250No need (reduced susceptibility) 316 acceptable 60-80 Any 25/280316 accept None necessary (low susceptibility) >80 כל כל (ללא סיכון SSC)316 מקובל לחלוטין לא נדרש
אבחון שדה של תקלה ב-SSC

פיצוח מ-SSC במעטפות מחמם 316 הוא בדרך כלל טרנס-גרנולי (דרך הגרגרים) ולא בין-גרגירי, לעתים קרובות עם הסתעפות כמו כלוריד SCC אך בהיעדר כלורידים משמעותיים. יש דפורמציה פלסטית קטנה של משטח השבר שעשוי להיות שטוח ועם פנים. המקומות הסבירים ביותר לפיצוח הם אזורים מעובדים- קרים (למשל הרדיוס החיצוני של עיקולים) וטמפרטורות מתחת ל-60 מעלות. אם תנור חימום נכשל ממערכת מים חמוצים הכוללת H 2 S, והתמוטטות היא בכפיפה או באזור עבודה קר- וטמפרטורת השירות היא סביבתית של 50 מעלות, יש לחשוד ב-SSC אם הקשיות עולה על סביבות 250 HV, ללא קשר לקשיות.

מסקנה: בקרת סיכונים SSC באמצעות בקרת טמפרטורה וקשיות

316 stainless steel encased heaters in sour service (H2S-containing environments) have peak vulnerability to SSC at ambient to 40°C, and drops dramatically above 60°C. The threshold stress for SSC in NACE TM0177 Solution A at 24°C is about 60-70% of yield strength (120-140 MPa for annealed 316). At 80C the threshold climbs to near yield strength (170-190 MPa) suggesting substantially lesser danger. For sour service with 316 sheaths, NACE MR0175 requires that the hardness does not exceed 22 HRC (250 HV) when operating below 60°C. Hardness is less important for higher temperature operations (>60 מעלות ) לכן ניתן להשתמש ב-316 בבטחה גם ברמות גבוהות יותר של עבודה קרה. מסגרת זו המתוארת כאן מאפשרת לרוכשים לבחור 316 מעטפות עמידות בפני פיצוח קורוזיה במתח גופרתי בתנאים חמוצים על ידי קשר בין טמפרטורה, קשיות ולחץ סף SSC.