Dalam Pemanas Desalter untuk Rawatan Pra-Minyak Mentah (Mengandungi 5% Air Cuci Air Garam pada 130 darjah ), Bagaimanakah Ketebalan Dinding Tiub Titanium Berinteraksi dengan Kehadiran Hidrogen Sulfida untuk Menyebabkan Tegasan Sulfida Keretakan pada Kimpalan?

Reka Bentuk Pemanas Titanium untuk Perkhidmatan Desalter Mentah - Kompromi Asas
Penyahganti minyak mentah menyuntik air basuhan (5% air garam) ke dalam minyak mentah pada suhu 130 C untuk menghilangkan garam dan zarah. Air garam terdiri daripada klorida dan hidrogen sulfida (H 2 S) daripada minyak mentah masam. Gabungan-air garam mentah dipanaskan dalam tiub titanium. Kriteria keretakan tegasan sulfida (SSC) ialah kehadiran H 2 S, klorida, peningkatan suhu dan regangan tegangan sisa pada sambungan yang dikimpal. SSC ialah sejenis kerosakan hidrogen di mana hidrogen atom daripada kakisan H2S meresap ke dalam titanium untuk membentuk hidrida rapuh. Ketebalan dinding memberi kesan kepada tahap tegasan baki dalam kimpalan dan kecerunan kepekatan hidrogen. Lebih tebal dinding, lebih banyak tegasan sisa daripada kimpalan (lebih sekatan) dan lebih lama laluan resapan - interaksi yang kompleks.

Penyiasatan ini menerangkan kesan ketebalan dinding ke atas kerentanan SSC pada sambungan dikimpal dalam perkhidmatan nyahlter.

Mekanisme SSC di Welds: Kesan terhadap Integriti Mekanikal
Titanium is progressively corroded in the presence of H₂S at 130°C: Ti + 2H_2S ->TiS_2 + 2H_2 Hidrogen atom yang dihasilkan boleh menembusi kekisi titanium. Apabila kepekatan hidrogen menghampiri 150–200 ppm dalam kawasan tegasan tegangan, titanium hidrida (TiH2) memendakan pada sempadan butiran. Hidrida rapuh dan akan patah dengan ketegangan sisa. Sambungan dikimpal amat terdedah kepada perkara ini kerana kimpalan menghasilkan regangan tegangan sisa 150-250 MPa dalam zon terjejas haba (HAZ). Selain itu, HAZ mempunyai struktur mikro yang berbeza, martensit alfa-prima acicular, yang lebih mudah menyerap hidrogen daripada logam asas.

Ketebalan dinding mempengaruhi tegasan baki kimpalan. Untuk diameter tiub tertentu, dinding yang lebih tebal menghasilkan kadar penyejukan yang lebih tinggi selepas kimpalan (disebabkan oleh jisim terma yang lebih tinggi) yang menimbulkan tekanan sisa. Kajian unsur terhingga menunjukkan bahawa tegasan baki maksimum pada HAZ kimpalan tiub OD 20 mm ialah:

Dinding 1.0 mm: 180 MPa

220 MPa untuk dinding 1.5 mm

Dinding 2.0 mm: 260 MPa (hampir dengan hasil)

Tegasan sisa yang lebih tinggi mengurangkan kepekatan hidrogen kritikal untuk keretakan. Dinding 1.0 mm boleh menahan 200 ppm hidrogen sebelum retak, manakala dinding 2.0 mm mungkin hanya retak pada 120 ppm disebabkan oleh peningkatan tegasan.

Kesan Prestasi Terma: Resapan dan Kecerunan Suhu
Resapan hidrogen dipengaruhi oleh pembezaan haba merentasi dinding. Pada suhu pukal 130 darjah, suhu permukaan dalam dinding 1.0 mm adalah kira-kira 133 darjah untuk 2.0 W/cm 2 manakala bagi dinding 2.0 mm ialah 136 darjah. Perbezaan 3 darjah meningkatkan pekali resapan hidrogen sebanyak ~15%, dengan itu mempercepatkan sedikit kemasukan hidrogen untuk dinding yang lebih tebal. Kesan ini adalah sekunder kepada pembezaan tegasan sisa.

Sintesis Perdagangan-off: Ketebalan Dinding lwn. Rintangan SSC
Ketebalan Dinding (mm) Tegasan Baki Kimpalan (MPa) Kepekatan H Kritikal untuk Keretakan (ppm) Masa ke H Kritikal pada HAZ (bulan pada penyerapan 10 ppm/bulan)Risiko SSC
1.0 mm 180 MPa 200 ppm 20 bulan Sederhana
1.2 mm 195 MPa 180 ppm 18 bulan Sederhana
1.5 mm 220 MPa 150 ppm 15 bulan.Tinggi 1.8 mm 245 MPa 130 ppm 13 bulan Tinggi 2.0 mm 260 MPa 120 ppm 12 bulan Tinggi (tidak bertahan 1 tahun)
Dinding yang lebih lebar biasanya lebih terdedah kepada SSC kerana ia lebih terdedah kepada tegasan baki kimpalan yang menurunkan kepekatan hidrogen yang diperlukan untuk pecah. Dinding 1.0mm mempunyai rintangan yang lebih kuat terhadap SSC daripada dinding 2.0mm.

Pelepasan Tekanan Kimpalan dan Naik Taraf Aloi: Kejuruteraan Di Luar Pagar
Oleh kerana masalahnya ialah tegasan sisa yang lebih besar, penyepuhlindapan pelepasan tegasan (540 darjah selama 1 jam) digunakan untuk menurunkan tegasan baki kimpalan sebanyak 70–80% tanpa mengira ketebalan dinding. Dinding 2.0 mm yang dilepaskan tegasan mempunyai tegasan baki 50-70 MPa dan sangat kalis SSC. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh had saiz banyak pemanas nyahubah tidak boleh disepuhlindap. Untuk pemanas dikimpal, dinding yang lebih nipis (1.0–1.2 mm) disyorkan untuk mengurangkan tegasan baki. Peningkatan titanium (Ti-0.3% Mo-0.8% Ni) daripada Gred 2 kepada Gred 12 meningkatkan rintangan SSC kerana molibdenum menstabilkan filem pasif dan mengurangkan penyerapan hidrogen. Tiub dikimpal Gred 12 dengan dinding 1.5 mm dan tiada penyepuhlindapan mempunyai rintangan SCC serupa dengan tiub Gred 2 dengan dinding 1.0 mm.

Kesimpulan: Dinding yang lebih nipis (1.0 hingga 1.2 mm) lebih disukai untuk rintangan SSC dalam perkhidmatan nyahlter.
Hubungan antara ketebalan dinding tiub titanium dalam pemanas nyahlter prarawatan minyak mentah menggunakan air basuhan air garam 5% yang mengandungi H2S pada 130 darjah dan retak tegasan sulfida pada kimpalan adalah berlawanan dengan intuisi: dinding yang lebih tebal meningkatkan kerentanan kepada SSC, kerana kimpalan menghasilkan tegasan sisa yang lebih tinggi yang menurunkan kepekatan hidrogen kritikal untuk keretakan. Risiko SSC adalah lebih rendah untuk dinding 1.0 mm dengan tegasan baki 180 MPa berbanding dinding 2.0 mm dengan tegasan baki 260 MPa yang gagal dalam tempoh 12 bulan. Piawaian yang disyorkan ialah tiub titanium Gred 2, ketebalan dinding 1.0–1.2 mm, sebagai-dikimpal (tiada penyepuhlindapan) dengan-penjerukan kimpalan untuk membuang bahan cemar permukaan. Elakkan penggunaan dinding yang lebih tebal melainkan penyepuhlindapan pelepasan tegasan selepas kimpalan dilakukan. Untuk pemanas perkhidmatan nyahubah mentah masam, minta ukuran tegasan baki kimpalan (<200 MPa) or specify Grade 12 titanium for higher inherent SSC resistance. Wall thickness isn't a safety margin SSC-thinner is better.