Kaip išilginis liekamasis įtempis, gautas iš vamzdžio traukimo, veikia jautrumą sulfido įtempių įtrūkimams rūgščioje paslaugų aplinkoje?

Rūgščios eksploatavimo sąlygos, kuriose yra vandenilio sulfido (H 2 S), yra vienas iš sudėtingiausių metalinių komponentų naudojimo būdų. Paprastai titano lydiniai yra atsparūs sulfido įtempių krekingui (SSC), o ne anglies ir mažai legiruoto plieno {2}. Tačiau titanas gali būti pažeidžiamas esant tam tikroms sąlygoms – žemam pH, didelėms chlorido koncentracijoms, aukštesnei nei 80 laipsnių temperatūrai ir esant tempimo įtempiams. Vamzdžio tempimo metu sukeltas išilginis liekamasis įtempis labai paveikia jautrumą SSC. Įtvaras, ištrauktas per tuščiavidurį ruošinį, sumažina vamzdžio skersmenį ir sienelės storį. Taikant metodą, gaunamas būdingas liekamųjų įtempių modelis su tempimo įtempiais išoriniame paviršiuje ir gniuždymo įtempiais vidiniame paviršiuje arba atvirkščiai, priklausomai nuo to, ar vamzdis traukiamas be vidinio įtvaro (įgilintas tempimas), ar per fiksuotą įtvarą. Paviršius, veikiamas likutinio tempimo įtempio, turi žymiai padidintą SSC inicijavimo riziką.

SSC inicijavimo liekamojo streso vietose mechanizmas

Vandenilio trapumas, atsirandantis aplinkoje, kurioje yra H₂S, vadinamas sulfidiniu įtempių krekingu. Vandenilio sulfidas nuodija vandenilio rekombinacijos procesą ir varo atominį vandenilį į metalinę gardelę. Vandenilis, absorbuotas esant tempimui, pasklinda į triašių įtempių koncentracijos vietas, tokias kaip grūdelių ribos, intarpai ar paviršiaus defektai. Vandenilis sumažina titano grūdelių ribų sanglaudos stiprumą ir sukelia tarp- arba transgranulinių įtrūkimų plitimą. Bet kokie eksploatacijos metu veikiami įtempiai (slėgis, šiluminis plėtimasis, montavimo apribojimai) sumuojami su liekamaisiais tempimo įtempiais iš vamzdžio tempimo. SSC inicijavimas įvyksta, kai tempimo įtempių suma pasiekia ribinę vertę (apie 40–60 % titano takumo ribos rūgščiam naudojimui). Išilginė kryptis kelia ypatingą susirūpinimą, nes ašine kryptimi esantys plyšiai plis vamzdžio kryptimi, o tai sukels katastrofišką skilimą.

Kiekybinės liekamosios įtampos vertės įvairiems vielos traukimo metodams

Liekamieji įtempiai, išmatuoti rentgeno spindulių difrakcija ant 2 laipsnio titano vamzdžių, atskleidė tipiškus išilginio paviršiaus įtempių modelius:

Įgilintas tempimas (be vidinio įtvaro, vamzdis sumažintas tik išoriniais štampais) Išorinis paviršius sukuria liekamąjį tempimo įtempį nuo 80 iki 120 MPa. Ant vidinio paviršiaus atsiranda liekamieji gniuždymo įtempiai (50–80 MPa). Išorinis H2S poveikis gali sukelti SSC tempiame išoriniame paviršiuje.

Įtvaro tempimas (vamzdis ištemptas per fiksuotą vidinį šerdį): Išorinis paviršius sukuria 40–70 MPa liekamąjį gniuždymo įtempį. Jis sukuria 100–150 MPa liekamąjį tempimo įtempį vidiniame paviršiuje. Vidinis tempiamasis paviršius yra jautrus SSC dėl vidinio H2S poveikio.

Kaiščio traukimas (plaukiojantis įtvaras, vidutinis redukavimas) Subalansuotas liekamojo įtempio modelis, kai abi pusės yra 20–50 MPa (tempimas arba gniuždymas, priklausomai nuo redukcijos koeficiento). Geriausiai tinka rūgščioms paslaugoms.

Šaltas tempimas + įtempių mažinimo atkaitinimas (540 laipsnių, 30 min.): abiejų paviršių liekamosios deformacijos sumažėjo iki < 15 MPa, nepriklausomai nuo tempimo proceso. Tinka rimtai rūgščiai paslaugai.

Liekamojo įtempio modeliu pagrįstas SSC jautrumas

Po kontroliuojamo tyrimo NACE TM0177 A tirpale (5% NaCl, 0,5% acto rūgštis, prisotinta H₂S, pH 2,7, 25 laipsniai), buvo nustatytos šios SSC slenksčiai:

Paviršiaus tempimo įtempis<30 MPa: No SSC initiation after 1000 hours. Safe for any sour service.

30-60 MPa paviršiaus tempiamasis įtempis: 500–1 000 h SSC pradžios laikas. Tinka nekritiniam aptarnavimui su periodine patikra.

Paviršiaus tempiamasis įtempis 60-100 MPa: SSC pradžios laikas 100-500 val. Nustačius įtrūkimų plitimo greitis yra 0,1–0,5 mm/val.

SSC inicijavimas esant paviršiaus tempimo įtempimui > 100 MPa per < 24-100 val. Vamzdis sugenda per kelias savaites dėl greito įtrūkimų plitimo.

Sour Service piešimo metodo pasirinkimo vadovas

Toliau pateiktoje lentelėje yra vamzdžių traukimo procedūrų sprendimų matrica, pagrįsta neigiamo poveikio sunkumu ir streso poveikio kryptimi.

Aptarnavimo sąlygos ir H₂S poveikio vieta Rekomenduojamas piešimo metodas Liekamojo streso modelis ir SSC rizikos mažinimas
Tik išorinis H₂S poveikis (vamzdis panardintas į rūgštų sūrymą, vidinės sausos arba inertinės dujos) Kištuko traukimas su įtempių mažinimo atkaitinimu Išorinis paviršius suspaudžiamas arba mažai įtemptas. Liekamasis stresas<30 MPa. Max SSC resist.
Tik vidinis H2S poveikis (rūgščios dujos vamzdžio viduje, švari aplinka išorėje) Nuskendęs tempimas (vidinio paviršiaus gniuždymas) Vidinio paviršiaus gniuždymo įtempis (50–80 MPa). Tempiamas išorinis paviršius, neatidengtas. Viskas gerai.
Abu paviršiai, kuriuos liečia H2S (vamzdis panardintas į rūgštų skystį, vidinės rūgštinės dujos) Plius kamščio ištraukimas, visiškas įtempimo sumažinimas Likutinis abiejų paviršių įtempis<15 MPa. Needed for double exposure. More expensive, but necessary.
Žemas H2S dalinis slėgis (<0.1 psi), high pH (>4.5) Standartinis įtvaro įtempimas nesumažinamas vidinis paviršiaus tempiamasis įtempis dėl mažesnio SSC pavojaus. Kas ketvirtį pH stebėjimas.
High H2S partial pressure (>1 psi), žemas pH (<4), Temperature >80oC kištuko brėžimas, įtempių atleidimas ir paviršiaus šukavimas Šūviu sukuriamas suspaudimo sluoksnis (150-200 MPa) nepriklausomai nuo piešimo procedūros. Patikimiausias.
Be liekamojo streso inžinerijos -

SSC sklidimo laikas priklauso nuo sienelės storio, o ne nuo SSC pradžios. Siena, kuri yra storesnė (1,5 mm) ir turi didelį liekamąjį tempimo įtempį (100 MPa), taip pat gali įtrūkti, tačiau įtrūkimas prasiskverbia ilgiau. Vamzdžio skersmuo taip pat yra svarbus: norint sumažinti tempimą, didesni skersmenys (50 mm, palyginti su 20 mm) rodo didesnį liekamąjį įtempį dėl didesnės diferencinės deformacijos. Slenkstinė H2S koncentracija SSC titane yra maždaug 0,01 psi dalinis slėgis 25 laipsnių temperatūroje ir sumažėja iki 0,001 psi 80 laipsnių temperatūroje. Legiravimo priedai 7 ir 12 klasės titano lydiniuose sukelia daug stipresnį SSC atsparumą nei 2 laipsnio, o liekamasis įtempis yra 50–100 % didesnis.

Išmanančios specifikacijos sudarymas

Jei naudojate rūgščią paslaugą, nurodydami titano šildytuvo vamzdį, įtraukite būtinybę išmatuoti liekamąjį įtempį reprezentaciniame pavyzdyje rentgeno spindulių difrakcijos arba skylės{1}}gręžimo metodu. Gamybos procedūra: - kamščio brėžinys - atkaitinimas įtempių mažinimui (540 laipsnių, 30 minučių, argono atmosfera) Prašyti patvirtinimo, kad išilginis paviršiaus liekamasis įtempis yra mažesnis arba lygus 30 MPa (tempimas) ant bet kurio paviršiaus, veikiamo H2S. Nurodykite 7 laipsnio titaną, skirtą stipriai rūgštingam naudojimui (pH<3.5, H2S >0.1 psi, temperature >60 laipsnių), nepriklausomai nuo liekamojo įtempio, naudojant paviršiaus šlifavimo apdorojimą, kad būtų sukurtas gniuždomasis sluoksnis. Kas ketvirtį patikrinkite šildytuvo vamzdį, naudodami elektrinės varžos metodą. Padidėjimas nuo 5 iki 10 procentų rodo galimą SSC lūžio pradžią ir reikalauja greito ultragarsinio patikrinimo. Inžinierius naudoja braižymo metodo pasirinkimą ir{6}}pastovesnį apdorojimą, kad reguliuotų liekamųjų įtempių modelius ir išvengtų sulfido įtempių įtrūkimų, o tai yra vienas iš sunkiausių titano rūgščių aptarnavimo įrangos gedimo mechanizmų.