Kaip titano vamzdžio sienelės storis sąveikauja su vandenilio sulfidu ir suvirinimo siūlėse sukelia sulfido įtrūkimus, skirtą išankstiniam{0}}apdorojimui žalioje alyvoje (sudėtyje yra 5 % sūrymo plovimo vandens, kurio temperatūra yra 130 laipsnių)?

Titano šildytuvo dizainas, skirtas žaliavinės druskos šalinimo tarnybai - Pagrindinis kompromisas
Žalios naftos gėlintojai į žalią naftą įpurškia plovimo vandens (5 % sūrymo) 130 C temperatūroje, kad pašalintų druską ir daleles. Sūryme yra chloridų ir vandenilio sulfido (H 2 S) iš rūgščios žalios naftos. Neapdorotas sūrymo derinys yra iš anksto pašildytas titano vamzdeliuose. Įtrūkimo į sulfidinį įtempį (SSC) kriterijai yra H 2 S, chloridai, padidėjusi temperatūra ir liekamieji tempimo įtempimai suvirintose jungtyse. SSC yra vandenilio trapumas, kai atominis vandenilis iš H2S korozijos difunduoja į titaną ir sudaro trapius hidridus. Sienelės storis turi įtakos liekamajam įtempių lygiui suvirinimo siūlėse ir vandenilio koncentracijos gradientui. Kuo storesnė siena, tuo daugiau liekamųjų įtempių dėl suvirinimo (daugiau apribojimų) ir tuo ilgesni difuzijos keliai - sudėtinga sąveika.

Šiame tyrime aprašomas sienelės storio poveikis SSC jautrumui suvirintose jungtyse naudojant gėlinimo įrangą.

SSC mechanizmas suvirinimo siūlėse: poveikis mechaniniam vientisumui
Titanium is progressively corroded in the presence of H₂S at 130°C: Ti + 2H_2S ->TiS_2 + 2H_2 Taip pagamintas atominis vandenilis gali prasiskverbti pro titano gardelę. Kai vandenilio koncentracija tempimo įtempių srityje artėja prie 150–200 ppm, grūdelių ribose nusėda titano hidridas (TiH2). Hidridas yra trapus ir lūžta dėl likutinės įtampos. Suvirintos jungtys yra ypač pažeidžiamos, nes suvirinant susidaro 150-250 MPa liekamosios tempimo deformacijos karščio paveiktoje zonoje (HAZ). Be to, HAZ turi išskirtinę mikrostruktūrą, smailų alfa pirminį martensitą, kuris lengviau sugeria vandenilį nei netaurieji metalai.

Sienelės storis turi įtakos liekamajam suvirinimo įtempiui. Tam tikro vamzdžio skersmens storesnė sienelė lemia didesnį aušinimo greitį po suvirinimo (dėl didesnės šiluminės masės), o tai padidina liekamąjį įtempį. Baigtinių elementų tyrimas rodo, kad didžiausias liekamasis įtempis ties suvirinimo HAZ 20 mm OD vamzdžio yra:

Siena 1,0 mm: 180 MPa

220 MPa 1,5 mm sienai

2,0 mm siena: 260 MPa (arti našumo)

Didesnis liekamasis įtempis sumažina kritinę vandenilio koncentraciją įtrūkimams. 1,0 mm siena gali atlaikyti 200 ppm vandenilio prieš įtrūkimą, o 2,0 mm siena gali įtrūkti tik esant 120 ppm dėl padidėjusio įtempio.

Šiluminio efektyvumo efektas: difuzija ir temperatūros gradientas
Vandenilio difuziją veikia šilumos skirtumas visoje sienoje. Esant 130 laipsnių tūrinei temperatūrai, 1,0 mm sienos vidinio paviršiaus temperatūra yra apie 133 laipsnius, kai galia 2,0 W/cm2, o 2,0 mm sienos – 136 laipsnius. 3 laipsnių skirtumas padidina vandenilio difuzijos koeficientą ~ 15%, taip šiek tiek pagreitindamas vandenilio patekimą į storesnę sieną. Šis poveikis yra antrinis dėl liekamojo įtempio skirtumo.

Prekybos sintezė-: sienos storis ir SSC atsparumas
Sienelės storis (mm) Suvirinimo liekamasis įtempis (MPa) Kritinė H koncentracija įtrūkimams (ppm) Laikas iki kritinės H ties HAZ (mėnesiais esant 10 ppm/mėn. absorbcijai) Rizika SSC
1,0 mm 180 MPa 200 ppm 20 mėnesių Vidutinis
1,2 mm 195 MPa 180 ppm 18 mėnesių Vidutinis
1,5 mm 220 MPa 150 ppm 15 mėnesių. Aukštas 1,8 mm 245 MPa 130 ppm 13 mėnesių Aukštas 2,0 mm 260 MPa 120 ppm 12 mėnesių Aukštas (neveikia 1 metus)
Platesnės sienos paprastai yra labiau pažeidžiamos SSC, nes jos yra labiau pažeidžiamos suvirinimo liekamųjų įtempių, kurios sumažina reikiamą vandenilio koncentraciją lūžimui. 1,0 mm siena turi didesnį atsparumą SSC nei 2,0 mm siena.

Suvirinimo įtempių mažinimas ir lydinio atnaujinimas: inžinerija už tvoros
Kadangi problema yra dėl didesnio liekamojo įtempio, įtempių mažinimo atkaitinimas (540 laipsnių 1 valandą) naudojamas siekiant sumažinti suvirinimo liekamąjį įtempį 70–80%, nepriklausomai nuo sienelės storio. 2,0 mm siena, kuri yra sumažinta įtempiams, turi 50-70 MPa liekamąjį įtempį ir yra labai atspari SSC. Tačiau dėl dydžio apribojimų daugelio desalderių šildytuvų negalima atkaitinti. Suvirintiesiems šildytuvams rekomenduojamos plonesnės sienelės (1,0–1,2 mm), kad būtų sumažintas liekamasis įtempis. Titano (Ti-0,3% Mo-0,8% Ni) atnaujinimas iš 2 klasės į 12 laipsnio padidina SSC atsparumą, nes molibdenas stabilizuoja pasyvią plėvelę ir sumažina vandenilio absorbciją. 12 laipsnio suvirinto vamzdžio su 1,5 mm sienele ir be atkaitinimo SCC atsparumas panašus į 2 laipsnio vamzdžio su 1,0 mm sienele.

Išvada: Plonesnė sienelė (1,0–1,2 mm) yra pageidautina dėl SSC atsparumo gėlinimo tarnyboje.
Ryšys tarp titano vamzdžių sienelių storio žalios naftos pirminio apdorojimo nudruskinimo šildytuve, kuriame naudojamas 5% sūrymo plovimo vanduo, kuriame yra 130 laipsnių H2S, ir sulfido įtempių įtrūkimų suvirinimo siūlėse yra priešingas: storesnės sienelės padidina jautrumą SSC, nes suvirinant susidaro didesnė liekamoji įtampa, kuri sumažina įtrūkimo kritinį vandenilio koncentraciją. SSC rizika buvo mažesnė 1,0 mm sienai, kurios liekamasis įtempis buvo 180 MPa, nei 2,0 mm sienai, kurios liekamasis įtempis yra 260 MPa, kuri sugedo per 12 mėnesių. Rekomenduojamas standartas yra 2 laipsnio titano vamzdis, sienelės storis 1,0–1,2 mm, suvirintas (be atkaitinimo) su po-suvirinimo siūlės ėsdymu, kad būtų pašalinti paviršiaus teršalai. Venkite naudoti storesnes sienas, nebent būtų atliktas atkaitinimas po suvirinimo įtempių mažinimo. Jei naudojate rūgščios žaliavos nudruskinimo šildytuvus, reikia išmatuoti suvirinimo siūlės liekamąjį įtempį (<200 MPa) or specify Grade 12 titanium for higher inherent SSC resistance. Wall thickness isn't a safety margin SSC-thinner is better.