تحت چه ترکیبی از تنش پسماند کششی ناشی از کشش و طول رشته‌گر سولفیدی، لوله‌های گرمکن 316 توسط هیدروژن از کار می‌افتند-ترک‌های ناشی از سرویس آب ترش

تردی هیدروژن: اثرات هم افزایی استرس و ریخت شناسی گنجاندن

ترک‌خوردگی ناشی از هیدروژن (HIC) یک حالت شکست بالقوه برای لوله‌های گرمایش الکتریکی غلاف فولادی ضد زنگ 316 در محیط‌های آبی ترش-با غلظت سولفید هیدروژن (H2S) بیش از 10 ppm است که نمونه‌ای از تصفیه آب میدان نفتی، فرآیندهای گرمایش زمین گرمایی، و تصفیه مجدد است. HIC در 316 بر خلاف ترک خوردگی تنش کلریدی، به پلاریزاسیون آندی اعمال شده نیاز ندارد. HIC زمانی اتفاق می‌افتد که هیدروژن اتمی که توسط واکنش خوردگی (Fe + H2S → FeS + 2H ) ایجاد می‌شود، در فولاد پخش می‌شود و در رابط‌های غیرفلزی ترکیب می‌شود و فشار داخلی ایجاد می‌کند که باعث انتشار ترک می‌شود. حساسیت به HIC توسط دو پارامتر کنترل می‌شود، بزرگی تنش پسماند کششی ناشی از کشش یا خمش لوله و طول و جهت آخال‌های رشته‌ای سولفید منگنز (MnS). HIC در آب ترش در دمای 80-100 درجه بین هفته ها تا ماه ها شروع می شود اگر تنش کششی باقیمانده از حدود 150 مگاپاسکال فراتر رود و طول رشته گیره از 50 میکرومتر در جهت عمود بر جهت تنش فراتر رود. این مقاله ترکیبات کلیدی برای خرابی HIC را تخمین می زند و پیشنهاداتی برای مشخصات مواد برای سرویس ترش ارائه می دهد.

هیدروژن{0}مکانیسم ترک ناشی از فولاد زنگ نزن آستنیتی 316

316 در آب ترش به سولفید آهن (FeS) و هیدروژن اتمی خورده می شود. H2S واکنش نوترکیبی هیدروژن را مسموم می کند (2H → H2) و از این رو هیدروژن اتمی روی سطح فلز باقی می ماند و در شبکه آستنیتی پخش می شود. هیدروژن به سرعت در امتداد مرزهای دانه منتشر می شود و در اجزای غیرفلزی، به ویژه رشته های MnS دراز، جایی که با هیدروژن مولکولی دوباره ترکیب می شود، به دام می افتد. فشار داخلی می تواند تا 1000 مگاپاسکال یا بیشتر باشد که برای ایجاد ترک در ماتریس اطراف حتی در غیاب هرگونه تنش خارجی کافی است. در حضور تنش پسماند کششی، شکست در امتداد سطح مشترک بین انکلوزیون و ماتریس پخش می‌شود و اجزای مجاور را به یک کانال ترک پیوسته متصل می‌کند. وقوع سوراخ ناشی از HIC مستلزم همزمانی سه شرط است: (1) یک منبع هیدروژن (غلظت H2S بالای 10 ppm، pH کمتر از 6 یا هر دو)، (2) ادغام MnS دراز عمود بر جهت حداکثر تنش کششی، و (3) تنش کششی باقیمانده (تنش کششی متمایل به بالای c) 100-150 مگاپاسکال برای 316).

80 درجه در آستانه شروع HIC کمی آب ترش

آزمایش سیستماتیک لوله 316 با سطوح تنش پسماند کنترل‌شده و طول رشته‌های گنجانده شده کمی در محلول A NACE TM0177 (5% NaCl + 0.5% اسید استیک، همراه با H2S، pH~3.5) ترکیب‌های کلیدی را برای شروع HIC (30 روز در 70 ساعت) ایجاد کرده است.

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 پی پی ام)<50 Any Any No HIC 0 >10 سال بله 50-100<50 No any HIC >10 years 0Yes 50-100 50-100Perpendicular >2,000 <50 >10 سال قابل قبول
100-150 <50 Any >2,000 <30 >10 سال قابل قبول 100-150 50-100 عمود 500-1،000 50-150 5-10 سال حاشیه 100-150 100-200 عمود 200-500 150-300 2-5 سال توصیه نمی شود
150-200 <50 Any 500-1,000 50-100 5-10 years Marginal 
150-200 50-100 عمود بر 100-200 200-400 1-3 سال توصیه نمی شود
150-200 100-200 عمود 50-100 400-800 6-18 ماه مناسب نیست200 50-100 عمود<100 >500 <6 months Not acceptable >200 >100 عمود بر<50 >800 <3 months Not acceptable
اثر سرد کاری و جهت کشیدن بر حساسیت HIC

در طول فرآیند کشیدن لوله 316، اجزای MnS به موازات محور لوله تراز می شوند. حداکثر تنش پسماند کششی در طول کشش برای غلاف بخاری نیز محوری است (در امتداد طول لوله). اگر آخال‌ها به موازات جهت تنش کشیده شوند، ترک باید در امتداد واسط ماتریس گنجاندن-که عمود بر تنش نیست- منتشر شود و در نتیجه حساسیت کمتری نسبت به HIC ایجاد شود. با این حال، عملیات خمشی (ساخت لوله U{6}) تنش‌های پسماند کششی را در جهت حلقه در شعاع خمش بیرونی ایجاد می‌کند. اکنون اگر ادغام‌های{8}}تراز شده ترسیمی با این کشش حلقه‌ای معمولی باشند، حساسیت HIC بسیار افزایش می‌یابد. هیترها باید به طور انحصاری با لوله های مستقیم (بدون خم) یا با کاهش تنش خم پس از شکل گیری، برای سرویس ترش مشخص شوند. علاوه بر این، فرآیندهای فولادسازی که منجر به آخال‌های کروی به جای ریسمان می‌شوند (تصفیه AOD یا VAR همانطور که در ماده 24 ذکر شده است) همچنین حداکثر طول رشته‌گر را زیر 50 میکرومتر، حتی در همان سطح گوگرد، محدود می‌کند.

مشخصات عملی بخاری های سرویس آب ترش 316

برای سرویس در آب حاوی H2S بیش از ppm 10 یا با pH کمتر از 6.0 در دمای بیش از 60 درجه، پارامترهای زیر برای 316 بخاری محصور شده پیشنهاد می شود:

حداکثر تنش کششی پسماند پس از تمام عملیات شکل‌دهی: 100 مگاپاسکال (تأیید شده توسط پراش پرتو ایکس یا آزمایش خمش ASTM G38 بدون ترک بعد از 100 ساعت در محلول NACE TM0177)

حداکثر طول رشته MnS: 50 میکرومتر (به دنبال ASTM E45، روش A، سطح شدت کمتر یا مساوی 1.0 برای سولفیدهای نوع A)

حداکثر غلظت گوگرد در فولاد: 0.005% (50ppm)

تمرین فولادسازی: AOD تصفیه شده یا برتر (VAR/ESR برای خدمات مهم ترجیح داده می شود)

کاهش استرس خمشی: 400-450 درجه برای 1 ساعت برای هر شعاع خم R/D < 5.0

سختی: حداکثر 22 HRC (220 HV) برای کاهش جذب هیدروژن

اگر به هر یک از این استانداردها نرسید، فولاد ضد زنگ دوبلکس 2205 (که مقاومت HIC قابل ملاحظه ای بالاتری دارد) یا آلیاژ 825 توصیه می شود.

شناسایی میدانی HIC{0}}شکست های القا شده

در HIC در غلاف بخاری 316 معمولی، ترک‌های پله‌ای{1} به موازات محور لوله (اگر آخال‌ها محوری هستند) یا محیطی (اگر تنش حلقه‌ای رایج است) منتشر می‌شوند. ترک‌های موازی متعدد معمولی هستند و اغلب با ایجاد تاول در سطح غلاف، تورم موضعی در جایی که فلز توسط فشار هیدروژن داخلی اعوجاج شده است، همراه است. سطح شکستگی شکل پذیری پایینی از خود نشان می دهد و زمانی که ترک ها به رشته های انکلوزیون مجاور متصل شده اند، می تواند ظاهری "فلز-ماهی" یا "نردبانی" داشته باشد. مطالعه EDS از سطح شکست گوگرد را از اجزای اصلی MnS و گوگرد بیشتر از فرآیند خوردگی را نشان می دهد. اگر این صفات در بخاری های خراب در آب ترش وجود نداشته باشد، کلرید SCC یا حفره باید به عنوان حالت های خرابی احتمالی بررسی شود.

نتیجه‌گیری: مدیریت استرس و ریخت‌شناسی گنجاندن برای خدمات ترش

• For 316 stainless steel encased heaters in sour water service (H2S >10 پی پی ام، pH<6, temperature >60 درجه)، ترک‌خوردگی ناشی از هیدروژن- زمانی ایجاد می‌شود که تنش پسماند کششی از 100-150 مگاپاسکال فراتر رود و طول رشته‌های MnS دراز از 50-100 میکرومتر و عمود بر جهت تنش بیشتر شود. تنش پسماند محوری ناشی از کشش همراه با آخال‌های رشته‌ای موازی به محور نسبت به تنش پسماند حلقه‌ای به دلیل خمشی که بر روی آخال‌های هم‌تراز محوری اثر می‌کند، مضرتر است. 316 غلاف‌های مشخص‌شده برای خدمات ترش توسط مهندسان باید تنش پسماند (پس از کاهش استرس خمشی، کاهش فشار مضاعف، Odlufinlow، حداکثر) و inc را مدیریت کنند. طول ریسمان 50 میلی متر). چارچوبی که در اینجا توضیح داده شده است، تنش پسماند و طول درگیری را به دوره‌های شروع HIC قابل اندازه‌گیری مرتبط می‌کند. با این چارچوب، خریدار می تواند لوله 316 را برای مقاومت در برابر شکنندگی هیدروژن در خصمانه ترین آب ترش انتخاب کند.