Kokią didžiausią leistiną sulfido įtempių korozijos įtrūkimo slenkstį 316 nerūdijančio plieno šildytuvo apvalkalas rodo NACE TM0177 tirpale A esant 24 ir 80 laipsnių kampui

Austenitinio nerūdijančio plieno SSC jautrumo priklausomybė nuo temperatūros

Elektrinių šildymo vamzdžių sulfidinių įtempių korozijos įtrūkimų (SSC) rizikos kontrolė rūgščioje eksploatavimo aplinkoje (naftos telkinių vandens šildytuvuose, geoterminėse sistemose arba naftos perdirbimo gamyklų procesų šildytuvuose) yra ne-monotoniška, ty rizika nėra vien tik temperatūros funkcija. Skirtingai nuo chlorido sukelto SCC, kuris yra sunkesnis kylant temperatūrai, austenitinio nerūdijančio plieno, pvz., 316, SSC yra didžiausias jautrumas aplinkos temperatūrai (20–30 laipsnių), o esant aukštesnei temperatūrai (virš 80 laipsnių) jis labai sumažėja. NaCl5 w acto rūgštis, prisotinta H2S esant 1 atm, pH ~ 2,7-3,0), SSC slenkstinis įtempis yra apie 60-70% jo takumo ribos 24 laipsnių temperatūroje. Tai reiškia, kad didesni nei 120-140 MPa įtempiai (atkaitintam 316, kurio takumo riba ~ 205 MPa) sukels įtrūkimus per 720 valandų. 80 laipsnių kampu slenkstis pasislenka aukštyn, kad pasiektų takumo ribą (arti 200 MPa), o tai rodo žymiai mažesnį SSC jautrumą. Šiame darbe 316 apvalkalų SSC slenksčiai yra kiekybiškai įvertinti kaip temperatūros funkcija.

Temperatūros kilmė{0}}Priklausomas SSC jautrumas

Sulfido įtempių korozijos įtrūkimai atsiranda, kai korozijos reakcijos metu susidaręs atominis vandenilis (Fe + H2S → FeS + 2H) difunduoja į plieną ir suardo mikrostruktūrą. Austenitinio nerūdijančio plieno, pvz., 316, vandenilio difuzija kambario temperatūroje yra lėta, nes dėl paviršinio -centruoto kubinio (FCC) struktūros vandenilio difuziškumas yra mažas (maždaug nuo 10–12 iki 10–11 cm2/s esant 25 laipsnių temperatūrai, o ferito plieno atveju – 10–6 cm2/s). Tačiau šaltas darbas kartu su dideliu kietumu ir dideliu dislokacijos tankiu gali padaryti 316 jautrų. Esant aukštesnei temperatūrai (> 60-80 laipsnių) padidėja vandenilio difuziškumas, tačiau padidėja ir tolerancija vandeniliui, nes dislokacijos gali pasislinkti, kad sumažintų vietinius įtempius. Taip pat korozijos greitis didėja didėjant temperatūrai, dėl ko susidaro daugiau vandenilio, tačiau vandenilio rekombinacijos reakcija yra mažiau apsinuodijusi H2S aukštesnėje temperatūroje. Taigi grynoji pasekmė yra didžiausias jautrumas SSC nuo 20 iki 40 laipsnių ir greitas sumažėjimas virš 60 laipsnių.

Kiekybinės SSC ribos 24 laipsnių ir 80 laipsnių

Atkaitinto 316 nerūdijančio plieno, kurio kietumas < 200 HV, pastovios apkrovos SSC bandymas pagal NACE TM0177 A tirpalą nustatė tokius slenksčius įtrūkimams per įprastą 720 valandų bandymo laikotarpį.

Temperature (°C) Material Condition Yield Strength (0.2% offset, MPa) Threshold Stress for SSC (MPa, 720h)Threshold Stress as % of Yield SSC Susceptibility Rating 24 Annealed (150-180 HV) 205 120-140 60-70% Moderate 24 Cold-worked (20%, 250-300 HV) 400-500 80-120 (absolute) 20-30% High 24 Hard-drawn (>35% CW, >350 HV) 550-700<50 (absolute) <10%Severe 80Annealed 190 (derated) 170-190 90-100% Low 80 Cold-worked (20%) 350-450 250-350 70-80% Moderate 80 Hard-drawn (>35 % CW) 500-650 300-500 60-70 % Vidutinis
Kritinė kietumo{0}}SSC atsparumo sąveika

Pagal NACE MR0175/ISO 15156 (medžiagų, esančių H₂S- turinčiose aplinkose, specifikacija), leidžiamas maksimalus austenitinio nerūdijančio plieno kietumas 22 HRC (apie 250 HV). Ši kietumo riba atitinka maksimalų maždaug 15-20% šaltą darbą. Žemiau esančioje lentelėje pateikiami kietumo apribojimai ir jų reikšmė SSC kambario temperatūroje.

Didžiausias kietumas (HRC) Didžiausias kietumas (HV) ekvivalentas šalto darbo SSC slenksčio įtempis (MPa, 24 laipsniai, atkaitintas pagrindas)316 Priimtinas pagal NACE MR0175<15 <180 0-5% (annealed) 140 Yes (with qualification)
15-20 180-230 5-12% 120 Taip (ribota)
20-22 230-250 12-18% 100 Ribinė dalis
22-25 250-280 18-25% 80 Unacceptable 25-30 280-330 25-35% 50 Unacceptable >30 >330 >35% <50 (extremely low) Unacceptable
Praktinės rekomendacijos, kaip naudoti šildytuvus

Šios rekomendacijos yra pagrįstos 316 šildytuvų su apvalkalu, skirtų naudoti H2S, darbo temperatūra (dalinis H2S slėgis didesnis nei 0,05 psia arba koncentracija didesnė nei 10 ppm skystame vandenyje).

Darbinė temperatūra (laipsniai ) H2S dalinis slėgis (psia) Didžiausias kietumas (HRC/HV) Rekomenduojamas po-formavimo terminis apdorojimas Alternatyvus lydinys<30 <0.05 22/250 Stress relief 400-450°C 316 acceptable <30 0.05-0.5 20/230 Full solution anneal + stress relief 316L preferred <30 >0.5 18/210 Full solution anneal Duplex 2205 recommended 30-60 Any 22/250No need (reduced susceptibility) 316 acceptable 60-80 Any 25/280316 accept None necessary (low susceptibility) >80 Bet koks (be SSC rizikos)316 visiškai priimtinas Nereikalaujama
SSC gedimo lauko diagnostika

Plyšimas iš SSC 316 šildytuvo apvalkaluose paprastai yra transgranulinis (per grūdelius), o ne tarpgranulinis, dažnai šakojasi kaip chloridinis SCC, bet trūksta daug chloridų. Lūžio paviršiaus plastinė deformacija yra nedidelė, nes ji gali būti plokščia ir briaunota. Labiausiai tikėtinos įtrūkimų vietos yra šaltos-apdirbtos vietos (pvz., išorinis posūkių spindulys) ir žemesnė nei 60 laipsnių temperatūra. Jei šildytuvas sugenda dėl rūgštaus vandens sistemos, įskaitant H 2 S, o gedimas įvyko posūkyje arba šaltai apdorotoje vietoje, o eksploatavimo temperatūra yra iki 50 laipsnių, SSC reikėtų įtarti, jei kietumas viršija apie 250 HV, neatsižvelgiant į kietumą.

Išvada: SSC rizikos valdymas per temperatūros ir kietumo kontrolę

316 stainless steel encased heaters in sour service (H2S-containing environments) have peak vulnerability to SSC at ambient to 40°C, and drops dramatically above 60°C. The threshold stress for SSC in NACE TM0177 Solution A at 24°C is about 60-70% of yield strength (120-140 MPa for annealed 316). At 80C the threshold climbs to near yield strength (170-190 MPa) suggesting substantially lesser danger. For sour service with 316 sheaths, NACE MR0175 requires that the hardness does not exceed 22 HRC (250 HV) when operating below 60°C. Hardness is less important for higher temperature operations (>60 laipsnių), todėl 316 galima saugiai naudoti net dirbant aukštesnio lygio šaltą darbą. Ši čia aprašyta sistema leidžia pirkėjams pasirinkti 316 apvalkalų, atsparių sulfido įtempių korozijos įtrūkimams rūgščiomis sąlygomis, atsižvelgiant į temperatūrą, kietumą ir SSC slenkstinį įtempį.