Undir hvaða samsetningu togstreymis frá teikningu og súlfíðinnihaldi strengjalengd bilar 316 hitaslöngur vegna vetnis-Völdum sprunga í súrvatnsþjónustu

Vetnisbrot: Samverkandi áhrif streitu og sköpulags

Vetnis-induced cracking (HIC) er möguleg bilunarstilling fyrir 316 ryðfríu stálhúðaðar rafhitunarrör í súrvatnsþjónustu-vatnskenndu umhverfi með brennisteinsvetni (H2S) styrk yfir 10 ppm, dæmigert fyrir vatnsmeðferð á olíusvæðum, jarðhita og hreinsunarferli. HIC í 316 krefst ekki beittrar anodískrar skautunar, ólíkt klóríðálags tæringarsprungum. HIC á sér stað þegar atómvetni, sem myndast við tæringarhvarfið (Fe + H₂S → FeS + 2H ) dreifist inn í stálið og sameinast aftur við ó-málmbundin innilokunarskil, sem skapar innri þrýsting sem knýr sprunguútbreiðslu. Næmni fyrir HIC er stjórnað af tveimur breytum, magni togstreitu sem stafar af dráttum eða beygju röra og lengd og stefnu mangansúlfíðs (MnS) strengja. HIC byrjar í súru vatni við 80-100 gráður á milli vikna til mánaða ef afgangs togspenna fer yfir um 150 MPa og lengd innfellingarstrengs fer yfir 50 µm í átt sem er hornrétt á streitustefnu. Þessi grein áætlar lyklasamsetningar fyrir HIC bilun og gefur tillögur um efni forskrift fyrir súr þjónustu.

Vetnis-sprungukerfi 316 austenítískt ryðfríu stáli

316 tærir í brennisteinsjárn (FeS) og atómvetni í súru vatni. H2S eitrar vetnisendurröðunarhvarfið (2H → H2) og þess vegna helst atómvetnið á málmyfirborðinu og dreifist inn í austenitic grindurnar. Vetni dreifist hratt meðfram kornamörkum og er fast í ó-málmlausum innfellingum, sérstaklega ílangum MnS strengjum, þar sem það er sameinað saman í sameindavetni. Innri þrýstingur getur verið allt að 1.000 MPa eða meira, nóg til að valda sprungum í nærliggjandi fylki, jafnvel án ytri streitu. Ef togstreita er til staðar dreifist brotið eftir viðmótinu milli innfallsins og fylkisins og tengir nærliggjandi innfellingar í samfellda sprungurás. Tilkoma götunar vegna HIC krefst tilviljunar þriggja skilyrða: (1) uppsprettu vetnis (H 2 S styrkur yfir 10 ppm, pH undir 6, eða bæði), (2) ílangar MnS innfellingar sem eru hornrétt á hámarks togspennustefnu og (3) leifar togspennu yfir sprunguálagsþröskuldi-10 (um það bil 10) MPa fyrir 316).

80 gráður í súrvatni Magngreindar HIC upphafsþröskuldar

Kerfisbundnar prófanir á 316 slöngum með stýrðu álagsmagni afgangs og magnbundinni lengd innfellingarstrengja í NACE TM0177 lausn A (5% NaCl + 0.5% ediksýra, fyllt með H2S, pH~3,5) hefur komið á fót lyklasamsetningum fyrir upphaf HIC eftir 720 klst.

Residual Tensile Stress (MPa) Maximum MnS Stringer Length (µm) Stringer Orientation Relative to Stress HIC Initiation Time (hours) Crack Depth after 1,000 hours (µm) Time to Perforation (1.5 mm wall) Recommended for Sour Service (H₂S >10 ppm)<50 Any Any No HIC 0 >10 ára Já 50-100<50 No any HIC >10 years 0Yes 50-100 50-100Perpendicular >2,000 <50 >10 ár ásættanlegt
100-150 <50 Any >2,000 <30 >10 ár Samþykkt 100-150 50-100 hornrétt 500-1,000 50-150 5-10 ár jaðar 100-150 100-200 hornrétt 200-500 150-300 2-5 ár Ekki ráðlegt
150-200 <50 Any 500-1,000 50-100 5-10 years Marginal 
150-200 50-100 Hornrétt 100-200 200-400 1-3 ár Ekki ráðlagt
150-200 100-200 Hornrétt 50-100 400-800 6-18 mánuðir Hentar ekki200 50-100 hornrétt<100 >500 <6 months Not acceptable >200 >100 hornrétt<50 >800 <3 months Not acceptable
Áhrif kaldvinnslu og teiknistefnu á HIC næmi

Meðan á teikningu 316 slöngu stendur eru MnS innfellingar samsíða rörásnum. Hámarks togálagsálag við teikningu fyrir hitaslíður er einnig ásbundið (meðfram rörlengdinni). Ef innfellingarnar eru lengdar samsíða streitustefnunni, þá þarf sprungan að breiða út meðfram innfellingar-fylkisviðmótinu sem er ekki hornrétt á streituna- sem leiðir til minna næmis fyrir HIC. Hins vegar mynda beygjuaðgerðir (U-túpugerð) togafgangsspennu í hringstefnu við ytri beygjuradíus. Nú ef teikningu-jafnaðar innfellingar eru réttar miðað við þessa rammaspennu, þá er HIC næmni mikið aukið. Tilgreina ætti hitara með beinum rörum eingöngu (engar beygjur), eða með beygjuálagi sem léttir eftir mótun, fyrir súr þjónustu. Að auki takmarka stálframleiðsluferlar sem leiða til kúlulaga í stað strengja (AOD eða VAR hreinsun eins og lýst er í grein 24) einnig hámarkslengd strengja undir 50 µm, jafnvel við sama brennisteinsmagn.

Hagnýt forskrift fyrir súrvatnsþjónustuhitara 316

Fyrir þjónustu í vatni sem inniheldur H2S yfir 10 ppm eða með pH undir 6,0 við hitastig yfir 60 gráður, er mælt með eftirfarandi breytum fyrir 316 innbyggða hitara:

Hámarks togspenna sem eftir er eftir allar mótunaraðgerðir: 100 MPa (staðfest með röntgengeislun eða ASTM G38 U-beygjuprófi án sprungu eftir 100 klukkustundir í NACE TM0177 lausn)

Hámarkslengd MnS strengja: 50 µm (eftir ASTM E45, aðferð A, alvarleikastig Minna en eða jafnt og 1,0 fyrir súlfíð af gerð A)

Hámarksstyrkur brennisteins í stáli: 0,005% (50ppm)

Stálsmíði: AOD hreinsaður eða betri (VAR/ESR æskilegt fyrir mikilvæga þjónustu)

Eftir-beygjuspennulosun: 400-450 gráður í 1 klukkustund fyrir hvaða beygjuradíus sem er R/D < 5,0

Hörku: Hámark 22 HRC (220 HV) fyrir minnkað frásog vetnis

Ef ekki er hægt að ná einhverjum af þessum stöðlum er mælt með tvíhliða 2205 ryðfríu stáli (sem hefur umtalsvert hærra HIC viðnám) eða Alloy 825.

Auðkenning á vettvangi HIC-Valaðra bilana

Í HIC í 316 hitaslíður myndast dæmigerður flatur, þrep-vitur sprungur sem breiðist út samsíða rörásnum (ef innfellingar eru ásbundnar) eða ummál (ef hringspenna er ríkjandi). Margar samhliða sprungur eru dæmigerðar og þeim fylgja oft blöðrur á yfirborði slíðunnar, staðbundin bólga þar sem málmurinn hefur raskast af innri vetnisþrýstingi. Brotflöturinn sýnir litla sveigjanleika og getur sýnt „fiska-skala“ eða „stiga“ útlit þegar sprungur hafa sameinast aðliggjandi innfellingarstrengjum. EDS rannsóknin á yfirborði brotsins sýnir brennistein frá upprunalegu MnS innilokunum og frekari brennisteini frá tæringarferlinu. Ef þessir eiginleikar eru ekki til staðar í misheppnuðum hitara í súru vatni, þá ætti að skoða klóríð SCC eða gryfju sem mögulega bilunarham.

Ályktun: Streitustjórnun og formgerð án aðgreiningar fyrir súr þjónustu

• For 316 stainless steel encased heaters in sour water service (H2S >10 ppm, pH<6, temperature >60 gráður), myndast sprunga af völdum vetnis- þegar togálagsálag fer yfir 100-150 MPa og ílangir MnS innfellingarstrengir fara yfir 50-100 µm að lengd sem eru hornrétt á streitustefnuna. Ásleifaspenna vegna dráttar ásamt innfellingum samhliða ásstrengja er minna skaðleg en spennuleifa í hringi vegna beygju sem verkar á ásjafnaðar innfellingar. 316 slíður sem tilgreindar eru fyrir súrþjónustu af verkfræðingum verða að stjórna afgangsálagi (eftir beygjuspennulosun) og formgerð innilokunar (hámarkslengd umsúlfs5, AOD endurbrennisteinslengd, 0). Ramminn sem lýst er hér tengir afgangsálag og lengd innilokunar við mælanleg HIC upphafstímabil. Með þessari ramma getur kaupandinn valið 316 slöngur til að standast vetnisbrot í mest fjandsamlega súrt vatn.