Како узорак уздужног заосталог напрезања из цртежа цеви утиче на подложност пуцању сулфидног напрезања у киселим радним окружењима?

Кисели услови рада који садрже водоник сулфид (Х 2 С) су међу најизазовнијим применама за металне компоненте. Генерално, легуре титанијума су отпорне на пуцање сулфидним напоном (ССЦ) за разлику од угљеничних и нисколегираних челика. Међутим, титан може бити рањив под одређеним условима – низак пХ, високе концентрације хлорида, температуре преко 80 степени и присуство затезних напона. Образац уздужног заосталог напрезања изазваног током извлачења цеви значајно утиче на осетљивост на ССЦ. Трн провучен кроз шупљу гредицу смањује пречник и дебљину зида у извлачењу цеви. Методом се добија карактеристичан образац заосталих напона са затезним напоном на спољној површини и напоном притиска на унутрашњој површини или обрнуто, у зависности од тога да ли је цев извучена без унутрашњег трна (упуштено извлачење) или преко фиксног трна. Површина под заосталим затезним напрезањем има значајно повећан ризик од иницирања ССЦ.

Механизам покретања ССЦ на местима заосталих напрезања

Крхкост водоника, која се јавља у окружењима која садрже Х₂С, назива се пуцање под напоном сулфида. Водоник сулфид трује процес рекомбинације водоника и доводи атомски водоник у металну решетку. Водоник апсорбован под затезним напоном дифундује до места концентрације троосног напрезања, као што су границе зрна, инклузије или површински дефекти. Водоник смањује кохезиону чврстоћу граница зрна титанијума и изазива међу- или трансгрануларно ширење пукотина. Сва напрезања при раду (притисак, термичко ширење, ограничења монтаже) се сабирају са заосталим затезним напонима из цртежа цеви. Иницијација ССЦ се дешава када збир затезног напона достигне граничну вредност (око 40–60% границе течења за титанијум у киселој употреби). Уздужни правац је од посебног значаја јер ће се пукотине у аксијалном смеру ширити у правцу цеви што доводи до катастрофалног цепања.

Квантитативне вредности заосталих напона за различите методе извлачења жице

Преостали напони мерени дифракцијом Кс- зрака на титанијумским цевима степена 2 открили су типичне узорке уздужног површинског напона:

Упуштено извлачење (без унутрашњег трна, цев редукована само спољним матрицама) Спољна површина развија заостали напон затезања од 80 до 120 МПа. Заостала тлачна напрезања (50 до 80 МПа) настају на унутрашњој површини. Спољна изложеност Х2С може изазвати ССЦ у затезној спољној површини.

Извлачење трна (цев превучена преко фиксног унутрашњег трна): Спољна површина развија заостали напон притиска од 40–70 МПа. Генерише заостало затезно напрезање од 100-150 МПа на унутрашњој површини. Унутрашња затезна површина је осетљива на ССЦ услед унутрашњег излагања Х2С.

Извлачење чепа (плутајући трн, умерена редукција) Уравнотежена шема заосталих напрезања са обе стране на 20 до 50 МПа (затезна или тлачна у зависности од односа редукције). Најбоље за киселу услугу.

Хладно извлачење + жарење за ублажавање напрезања (540 степени, 30 мин): заостала напрезања су смањена на < 15 МПа на обе површине независно од процеса извлачења. Добро за тешке киселе услуге.

ССЦ осетљивост заснована на обрасцу заосталих напрезања

Након контролисаног тестирања у НАЦЕ ТМ0177 раствору А (5% НаЦл, 0,5% сирћетне киселине, засићен са Х₂С, пХ 2,7, 25 степени), утврђени су следећи прагови ССЦ:

Површински затезни напон<30 MPa: No SSC initiation after 1000 hours. Safe for any sour service.

30-60МПа површински затезни напон: 500-1,000 х ССЦ време почетка. Погодно за некритичне услуге са периодичним прегледима.

Површински затезни напон 60-100 МПа: време почетка ССЦ 100-500 сати. Брзина ширења пукотина је 0,1 до 0,5 мм/х када се једном успостави.

ССЦ иницирање при површинском затезном напону > 100 МПа за < 24-100 х. До квара цеви долази за неколико недеља због брзог ширења пукотине.

Водич за избор метода цртања Соур Сервице

Табела испод је матрица одлука за поступке извлачења цеви на основу озбиљности киселог сервиса и смера изложености стресу.

Кисели сервисни услови и локација изложености Х₂С Препоручени метод цртања Шема преосталог напрезања и ССЦ ублажавање ризика
Само спољашња изложеност Х₂С (цев уроњена у кисели раствор соли, унутрашњи суви или инертни гас) Цртеж утикача са жарењем за ублажавање напрезања Спољна површина са компресијом или ниским напоном. Преостали стрес<30 MPa. Max SSC resist.
Само унутрашња изложеност Х2С (кисели гас унутар цеви, чиста спољашња средина) Удубљење (унутрашња површина тлачна) Напон притиска на унутрашњој површини (50 до 80 МПа). Затезна спољна површина, није изложена. То је у реду.
Обе површине у контакту са Х2С (цев уроњена у киселу течност, унутрашњи кисели гас) Плус извлачење утикача, потпуно ослобађање затезања Преостали напон на обе површине<15 MPa. Needed for double exposure. More expensive, but necessary.
Низак парцијални притисак Х2С (<0.1 psi), high pH (>4.5) Стандардно извлачење трна без ублажавања напрезања Напон унутрашњег површинског затезања је дозвољен због мање опасности од ССЦ. Тромесечно праћење пХ вредности.
High H2S partial pressure (>1 пси), низак пХ (<4), Temperature >80оЦ извлачење утикача, ослобађање напрезања плус површинско бризгањеСхот пеенинг ствара слој компресије (150-200 МПа) без обзира на процедуру извлачења. Најпоузданији.
Изван инжењеринга заосталих напрезања -

Време ширења ССЦ зависи од дебљине зида, а не од почетка ССЦ. Зид који је дебљи (1,5 мм) и има велико заостало затезно напрезање (100 МПа) такође може да пукне, али је потребно дуже да пукотина прође. Пречник цеви је такође важан: за исто смањење извлачења, већи пречници (50 мм наспрам 20 мм) показују веће величине заосталог напрезања, због веће диференцијалне деформације. Праг концентрације Х2С за ССЦ у титанијуму је око 0,01 пси парцијалног притиска на 25 степени и опада на 0,001 пси на 80 степени. Додаци легуре у легурама титанијума степена 7 и степена 12 резултирају далеко јачом отпорношћу на ССЦ него у степену 2, са 50–100% већом толеранцијом заосталог напрезања.

Израда детаљне спецификације

За киселу употребу, када одређујете цев за грејач од титанијума, укључите потребу за мерењем заосталог напона у репрезентативном узорку методом рендгенске дифракције или бушења рупа-. Процедура производње: - извлачење чепа - жарење за ублажавање напона (540 степени, 30 минута, атмосфера аргона) Захтевајте потврду да је уздужни површински преостали напон мањи или једнак 30 МПа (затезање) на било којој површини изложеној Х2С. Наведите титанијум степена 7 за јако киселу употребу (пХ<3.5, H2S >0.1 psi, temperature >60 степени) независно од преосталог напрезања, са површинским млазом за постизање компресивног слоја. Проверавајте цев грејача квартално користећи технику електричног отпора у раду. Повећање од 5 до 10 процената указује на вероватан почетак прелома ССЦ и захтева брзу ултразвучну инспекцију. Инжењер користи избор метода цртања и накнадну{6}}обраду да регулише обрасце заосталих напрезања и спречи пуцање сулфидног напона, што је један од најтежих механизама квара за опрему за сервисирање киселог титанијума.