Kako uzorak uzdužnog zaostalog naprezanja iz izvlačenja cijevi utječe na osjetljivost na pucanje uslijed naprezanja sulfida u kiselim radnim okruženjima?

Uvjeti kisele upotrebe koji sadrže vodikov sulfid (H 2 S) među najzahtjevnijim su primjenama za metalne komponente. Općenito, legure titana otporne su na sulfidno pucanje pod naponom (SSC) za razliku od ugljičnih i nisko-legiranih čelika. Međutim, titan može biti ranjiv pod određenim uvjetima – nizak pH, visoke koncentracije klorida, temperature iznad 80 stupnjeva i prisutnost vlačnih naprezanja. Obrazac uzdužnog zaostalog naprezanja izazvanog tijekom izvlačenja cijevi znatno utječe na osjetljivost na SSC. Trn provučen kroz šuplju gredicu smanjuje promjer i debljinu stijenke kod izvlačenja cijevi. Metoda proizvodi karakterističan uzorak zaostalih naprezanja s vlačnim naprezanjem na vanjskoj površini i tlačnim naprezanjem na unutarnjoj površini ili obrnuto, ovisno o tome je li cijev izvučena bez unutarnjeg igla (upušteno izvlačenje) ili preko fiksnog igla. Površina pod vlačnim zaostalim naprezanjem je pod znatno povećanim rizikom od inicijacije SSC.

Mehanizam inicijacije SSC na mjestima zaostalog naprezanja

Vodikova krtost, koja se javlja u sredinama koje sadrže H₂S, naziva se sulfidnim pucanjem pod naponom. Sumporovodik truje proces rekombinacije vodika i tjera atomski vodik u metalnu rešetku. Vodik apsorbiran pod vlačnim naprezanjem difundira na mjesta koncentracije triaksijalnog naprezanja, kao što su granice zrna, uključci ili površinski defekti. Vodik smanjuje kohezijsku čvrstoću granica zrna titana i uzrokuje inter- ili transgranularno širenje pukotina. Sva naprezanja nastala tijekom rada (tlak, toplinsko širenje, ograničenja montaže) zbrajaju se s preostalim vlačnim naprezanjima iz izvlačenja cijevi. Inicijacija SSC-a događa se kada zbroj vlačnih naprezanja dosegne graničnu vrijednost (oko 40-60% granice razvlačenja za titan u kiseloj uporabi). Uzdužni smjer je od posebne važnosti jer će se pukotine u aksijalnom smjeru širiti u smjeru cijevi što će rezultirati katastrofalnim cijepanjem.

Kvantitativne vrijednosti zaostalog naprezanja za različite metode izvlačenja žice

Zaostala naprezanja izmjerena difrakcijom X-zraka na titanskim cijevima stupnja 2 otkrila su tipične uzorke uzdužnog površinskog naprezanja:

Upušteno izvlačenje (bez unutarnjeg igla, cijev smanjena samo vanjskim matricama) Vanjska površina razvija vlačno zaostalo naprezanje od 80 do 120 MPa. Na unutarnjoj površini nastaju tlačna zaostala naprezanja (50 do 80 MPa). Vanjska izloženost H2S može uzrokovati SSC na vlačnoj vanjskoj površini.

Nacrt trna (cijev navučena preko fiksne unutarnje igle): vanjska površina razvija tlačno zaostalo naprezanje od 40–70 MPa. Stvara vlačno zaostalo naprezanje od 100-150 MPa na unutarnjoj površini. Unutarnja zatezna površina osjetljiva je na SSC unutarnjom izloženošću H2S.

Izvlačenje čepa (plutajući trn, umjerena redukcija) Uravnoteženi uzorak zaostalog naprezanja s obje strane na 20 do 50 MPa (vlačno ili tlačno ovisno o omjeru redukcije). Najbolje za kiselo posluživanje.

Hladno izvlačenje + žarenje za ublažavanje naprezanja (540 stupnjeva, 30 min): zaostala naprezanja smanjena su na < 15 MPa na obje površine neovisno o procesu izvlačenja. Dobar za žestoko kiselo posluživanje.

Osjetljivost na SSC temeljena na obrascu zaostalog naprezanja

Nakon kontroliranog testiranja u NACE TM0177 otopini A (5% NaCl, 0,5% octene kiseline, zasićena H₂S, pH 2,7, 25 stupnjeva), određeni su sljedeći SSC pragovi:

Površinsko vlačno naprezanje<30 MPa: No SSC initiation after 1000 hours. Safe for any sour service.

30-60MPa površinsko vlačno naprezanje: 500-1000 h SSC vrijeme početka. Prikladno za nekritične usluge s periodičnim pregledom.

Površinsko vlačno naprezanje 60-100 MPa: SSC početno vrijeme 100-500 sati. Brzine širenja pukotina su 0,1 do 0,5 mm/h nakon što se utvrde.

SSC inicijacija pri površinskom vlačnom naprezanju > 100 MPa u < 24-100 h. Do kvara cijevi dolazi za nekoliko tjedana zbog brzog širenja pukotine.

Vodič za odabir metode crtanja Sour Service

Donja tablica je matrica odluka za postupke izvlačenja cijevi na temelju ozbiljnosti kiselog rada i smjera izloženosti naprezanju.

Kiselo Uvjeti rada & Lokacija izloženosti H₂S Preporučena metoda crtanja Uzorak zaostalog naprezanja i SSC smanjenje rizika
Samo vanjsko izlaganje H₂S (cijev uronjena u kiselu slanu vodu, unutarnji suhi ili inertni plin) Izvlačenje čepa s žarenjem za ublažavanje naprezanja Vanjska površina s kompresijom ili niskom napetosti. Preostalo naprezanje<30 MPa. Max SSC resist.
Samo unutarnja izloženost H2S (kiseli plin unutar cijevi, čisto okruženje izvana) Potopljeno izvlačenje (tlačna unutarnja površina) Tlačno naprezanje na unutarnjoj površini (50 do 80 MPa). Vlačna vanjska površina, nije izložena. To je u redu.
Obje površine u kontaktu s H2S (cijev uronjena u kiselu tekućinu, unutarnji kiseli plin) Plus izvlačenje čepa, potpuno rasterećenje napetosti Preostalo naprezanje na obje površine<15 MPa. Needed for double exposure. More expensive, but necessary.
Niski parcijalni tlak H2S (<0.1 psi), high pH (>4.5) Standardno izvlačenje igle bez smanjenja naprezanja Vlačno naprezanje unutarnje površine dopušteno je zbog manje opasnosti od SSC. Tromjesečno praćenje pH.
High H2S partial pressure (>1 psi), nizak pH (<4), Temperature >80oC Izvlačenje čepa, otpuštanje naprezanja plus površinsko sačmarenje Sačmarenje stvara sloj kompresije (150-200 MPa) bez obzira na postupak izvlačenja. Najpouzdaniji.
Izvan inženjerstva zaostalog naprezanja -

Vrijeme propagacije SSC ovisi o debljini stijenke, a ne o početku SSC. Puknuti može i zid koji je deblji (1,5 mm) i ima veliko zaostalo vlačno naprezanje (100 MPa), ali je potrebno više vremena da pukotina prođe. Promjer cijevi je također važan: za isto smanjenje izvlačenja, veći promjeri (50 mm u odnosu na 20 mm) pokazuju veće veličine zaostalog naprezanja, zbog veće diferencijalne deformacije. Prag koncentracije H2S za SSC u titanu je oko 0,01 psi parcijalnog tlaka na 25 stupnjeva i smanjuje se na 0,001 psi na 80 stupnjeva. Dodaci legure u legurama titana Grade 7 i Grade 12 rezultiraju daleko jačom otpornošću na SSC nego u Grade 2, s 50–100% većom tolerancijom zaostalog naprezanja.

Izrada stručne specifikacije

Za kiselu uslugu, kada specificirate titansku grijaču cijev, uključite potrebu za mjerenjem zaostalog naprezanja u reprezentativnom uzorku pomoću difrakcije X-zraka ili metode-bušenja rupa. Proizvodni postupak: - crtež čepa - žarenje za ublažavanje naprezanja (540 stupnjeva, 30 minuta, atmosfera argona) Zatražite potvrdu da je uzdužno površinsko zaostalo naprezanje manje ili jednako 30 MPa (zatezno) na bilo kojoj površini izloženoj H2S. Navedite titan stupnja 7 za teške kisele uvjete (pH<3.5, H2S >0.1 psi, temperature >60 stupnjeva ) neovisno o zaostalom naprezanju, s površinskim tretmanom shot peening za stvaranje kompresivnog sloja. Pregledajte cijev grijača svaka tri mjeseca koristeći tehniku ​​električnog otpora u servisu. Povećanje od 5 do 10 posto ukazuje na vjerojatan početak loma SSC-a i zahtijeva brzi ultrazvučni pregled. Inženjer koristi odabir metode crtanja i naknadnu-obradu kako bi regulirao obrasce zaostalog naprezanja i spriječio pucanje uslijed naprezanja sulfida, što je jedan od najtežih mehanizama kvarova za servisnu opremu za kiseli titan.