Bagaimanakah Corak Tegasan Sisa Membujur daripada Lukisan Tiub Mempengaruhi Kecenderungan kepada Retak Tegasan Sulfida dalam Persekitaran Perkhidmatan Masam?

Keadaan perkhidmatan masam yang mengandungi hidrogen sulfida (H 2 S) adalah antara aplikasi yang paling mencabar untuk komponen logam. Secara amnya, aloi titanium tahan kepada keretakan tegasan sulfida (SSC) berbanding karbon dan keluli aloi-rendah. Walau bagaimanapun, titanium boleh terdedah dalam keadaan tertentu - pH rendah, kepekatan klorida tinggi, suhu melebihi 80 darjah dan kehadiran tegasan tegangan. Corak tegasan sisa membujur yang disebabkan semasa lukisan tiub memberi kesan kepada kerentanan kepada SSC dengan ketara. Mandrel yang ditarik melalui bilet berongga mengurangkan diameter dan ketebalan dinding dalam lukisan tiub. Kaedah ini menghasilkan corak ciri tegasan baki dengan tegasan tegangan di permukaan luar dan tegasan mampatan di permukaan dalam atau sebaliknya, bergantung kepada sama ada tiub dilukis tanpa mandrel dalaman (lukisan tenggelam) atau di atas mandrel tetap. Permukaan di bawah tegasan sisa tegangan berada pada peningkatan risiko yang ketara untuk permulaan SSC.

Mekanisme Permulaan SSC di Tapak Tekanan Sisa

Kerosakan hidrogen, yang berlaku dalam tetapan yang mengandungi H₂S, dipanggil retak tegasan sulfida. Hidrogen sulfida meracuni proses penggabungan semula hidrogen dan memacu hidrogen atom ke dalam kekisi logam. Hidrogen yang diserap di bawah tegasan tegangan meresap ke lokasi kepekatan tegasan triaksial, seperti sempadan butiran, kemasukan atau kecacatan permukaan. Hidrogen mengurangkan kekuatan kohesi sempadan butiran titanium dan menyebabkan perambatan retakan antara- atau transgranular. Sebarang tegasan yang dikenakan dalam perkhidmatan (tekanan, pengembangan haba, sekatan pemasangan) dijumlahkan dengan tegasan tegangan sisa daripada lukisan tiub. Permulaan SSC berlaku apabila jumlah tegasan tegangan mencapai nilai ambang (kira-kira 40–60% daripada kekuatan hasil untuk titanium dalam perkhidmatan masam). Arah membujur menjadi perhatian khusus kerana retakan dalam arah paksi akan merambat ke arah tiub yang mengakibatkan perpecahan yang dahsyat.

Nilai Tegasan Baki Kuantitatif untuk Kaedah Lukisan Wayar Berbeza

Tegasan baki yang diukur oleh pembelauan sinar-X pada tiub titanium Gred 2 mendedahkan corak tegasan permukaan membujur biasa:

Lukisan tenggelam (tanpa mandrel dalaman, tiub dikurangkan dengan acuan luaran sahaja) Permukaan luar membentuk tegasan baki tegangan 80 hingga 120 MPa. Tegasan sisa mampatan (50 hingga 80 MPa) timbul pada permukaan dalam. Pendedahan H2S luaran boleh menyebabkan SSC di permukaan luar tegangan.

Lukisan mandrel (tiub dilukis di atas mandrel dalaman tetap): Permukaan luar membentuk tegasan sisa mampatan 40–70 MPa. Ia menjana tegasan sisa tegangan 100-150 MPa pada permukaan dalam. Permukaan tegangan dalam terdedah kepada SSC oleh pendedahan H2S dalaman.

Lukisan palam (mandrel terapung, pengurangan sederhana) Corak tegasan baki seimbang dengan kedua-dua belah pada 20 hingga 50 MPa (tegangan atau mampatan bergantung pada nisbah pengurangan). Terbaik untuk perkhidmatan masam.

Lukisan sejuk + penyepuhlindapan pelepasan tekanan (540 darjah , 30 min): terikan baki berkurangan kepada < 15 MPa pada kedua-dua permukaan tanpa proses lukisan. Baik untuk perkhidmatan masam yang teruk.

Kecenderungan SSC berasaskan corak tegasan sisa

Berikutan ujian terkawal dalam NACE TM0177 Solution A (5% NaCl, 0.5% asid asetik, tepu dengan H₂S, pH 2.7, 25 darjah ), ambang SSC berikut telah ditentukan:

Tegasan tegangan permukaan<30 MPa: No SSC initiation after 1000 hours. Safe for any sour service.

30-Tegasan tegangan permukaan 60MPa: 500-1,000 jam masa mula SSC. Sesuai untuk perkhidmatan tidak kritikal dengan pemeriksaan berkala.

Tegasan tegangan permukaan 60-100 MPa: Masa mula SSC 100-500 jam. Kadar perambatan retak adalah 0.1 hingga 0.5 mm/jam setelah ditetapkan.

Permulaan SSC pada tegasan tegangan permukaan > 100 MPa dalam < 24-100 jam. Kegagalan tiub berlaku dalam beberapa minggu disebabkan oleh penyebaran retakan yang cepat.

Panduan Pemilihan Kaedah Lukisan Sour Service

Jadual di bawah ialah matriks keputusan untuk prosedur lukisan tiub berdasarkan keterukan servis masam dan arah pendedahan tekanan.

Keadaan Perkhidmatan Masam & Lokasi Pendedahan H₂S Kaedah Lukisan Disyorkan Corak Tekanan Baki & Pengurangan Risiko SSC
Pendedahan H₂S luaran sahaja (tiub direndam dalam air garam masam, gas kering atau lengai dalaman) Lukisan palam dengan penyepuhlindapan pelepasan tekanan Permukaan luar dengan mampatan atau tegangan rendah. Tekanan sisa<30 MPa. Max SSC resist.
Pendedahan H2S dalaman sahaja (gas masam di dalam tiub, persekitaran bersih luaran) Lukisan tenggelam (mampatan permukaan dalam) Tegasan mampat pada permukaan dalam (50 hingga 80 MPa). Permukaan luar tegangan, tidak terdedah. Itu semua betul.
Kedua-dua permukaan yang disentuh oleh H2S (tiub direndam dalam cecair masam, gas masam dalaman)Tambahan palam cabutan, pelepasan ketegangan penuhTegasan sisa pada kedua-dua permukaan<15 MPa. Needed for double exposure. More expensive, but necessary.
Tekanan separa H2S rendah (<0.1 psi), high pH (>4.5) Cabutan mandrel standard tiada pengurangan tegasan Tegasan tegangan permukaan dalam dibenarkan kerana bahaya SSC yang lebih rendah. Pemantauan pH suku tahunan.
High H2S partial pressure (>1 psi), pH rendah (<4), Temperature >Lukisan palam 80oC, Pelepasan tekanan ditambah peening pukulan permukaanPeeningan tangkapan menghasilkan lapisan mampatan (150-200 MPa) tanpa mengira prosedur lukisan. Paling boleh dipercayai.
Melampaui Kejuruteraan Tekanan Baki -

Masa penyebaran SSC bergantung pada ketebalan dinding, bukan pada permulaan SSC. Dinding yang lebih tebal (1.5 mm) dan mempunyai tegasan tegangan sisa yang besar (100 MPa) juga boleh retak, tetapi ia mengambil masa yang lebih lama untuk retak itu menembusi. Diameter tiub juga penting: untuk pengurangan lukisan yang sama, diameter yang lebih besar (50 mm berbanding 20 mm) menunjukkan magnitud tegasan sisa yang lebih tinggi, disebabkan ubah bentuk pembezaan yang lebih tinggi. Kepekatan ambang H2S untuk SSC dalam titanium adalah sekitar 0.01 psi tekanan separa pada 25 darjah dan menurun kepada 0.001 psi pada 80 darjah. Penambahan aloi dalam aloi titanium Gred 7 dan Gred 12 menghasilkan rintangan SSC yang jauh lebih kuat berbanding Gred 2, dengan toleransi tegasan sisa 50–100% lebih tinggi.

Membuat spesifikasi yang berpengetahuan

Untuk perkhidmatan masam, apabila menentukan tiub pemanas titanium, sertakan keperluan untuk mengukur tegasan sisa dalam sampel yang mewakili melalui kaedah penggerudian-sinar X atau{1}}lubang. Prosedur pembuatan : - lukisan palam - penyepuhlindapan pelepasan tekanan (540 darjah , 30 minit, suasana argon) Minta pengesahan bahawa tegasan baki permukaan membujur adalah Kurang daripada atau sama dengan 30 MPa (tegangan) pada mana-mana permukaan yang terdedah kepada H2S. Nyatakan titanium Gred 7 untuk perkhidmatan masam teruk (pH<3.5, H2S >0.1 psi, temperature >60 darjah ) bebas daripada tekanan sisa, dengan rawatan peening pukulan permukaan untuk menyediakan lapisan mampatan. Periksa tiub pemanas setiap suku tahun menggunakan teknik rintangan elektrik dalam perkhidmatan. Peningkatan 5 hingga 10 peratus menunjukkan kemungkinan patah SSC bermula dan memerlukan pemeriksaan ultrasonik yang pantas. Jurutera menggunakan pemilihan kaedah lukisan dan pemprosesan-pasca untuk mengawal selia corak tegasan sisa dan mencegah keretakan tegasan sulfida, yang merupakan salah satu mekanisme kegagalan yang paling sukar untuk peralatan servis masam titanium.