รูปแบบความเค้นตกค้างตามยาวจากการวาดท่อส่งผลต่อความไวต่อการแคร็กของความเครียดซัลไฟด์ในสภาพแวดล้อมที่มีรสเปรี้ยวอย่างไร

สภาวะการให้บริการที่มีรสเปรี้ยวซึ่งประกอบด้วยไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H 2 S) เป็นหนึ่งในการใช้งานที่ท้าทายที่สุดสำหรับส่วนประกอบที่เป็นโลหะ โดยทั่วไป โลหะผสมไททาเนียมมีความทนทานต่อการแตกร้าวจากความเค้นซัลไฟด์ (SSC) เมื่อเทียบกับเหล็กกล้าคาร์บอนและโลหะผสมต่ำ- อย่างไรก็ตาม ไทเทเนียมอาจมีความเสี่ยงได้ภายใต้สภาวะบางประการ เช่น pH ต่ำ ความเข้มข้นของคลอไรด์สูง อุณหภูมิเกิน 80 องศา และเกิดความเค้นดึง รูปแบบของความเค้นตกค้างตามยาวที่เกิดขึ้นระหว่างการวาดท่อส่งผลต่อความไวต่อ SSC อย่างมาก แมนเดรลที่ถูกดึงผ่านเหล็กแท่งกลวงจะช่วยลดเส้นผ่านศูนย์กลางและความหนาของผนังในการวาดท่อ วิธีการนี้จะสร้างรูปแบบเฉพาะของความเค้นตกค้างที่มีความเค้นดึงในพื้นผิวด้านนอก และความเค้นอัดในพื้นผิวด้านในหรือในทางกลับกัน ขึ้นอยู่กับว่าดึงท่อโดยไม่มีแมนเดรลภายใน (การวาดแบบจม) หรือเหนือแมนเดรลคงที่ พื้นผิวภายใต้ความเค้นตกค้างของแรงดึงมีความเสี่ยงเพิ่มขึ้นอย่างมากในการเริ่มต้น SSC

กลไกการเริ่มต้น SSC ที่ไซต์ความเครียดตกค้าง

การแตกตัวของไฮโดรเจนซึ่งเกิดขึ้นในการตั้งค่าที่มี H₂S เรียกว่าการแตกตัวด้วยความเครียดซัลไฟด์ ไฮโดรเจนซัลไฟด์เป็นพิษต่อกระบวนการรวมตัวของไฮโดรเจนและผลักดันอะตอมไฮโดรเจนเข้าไปในโครงตาข่ายโลหะ ไฮโดรเจนที่ถูกดูดซับภายใต้ความเค้นดึงจะกระจายไปยังตำแหน่งของความเข้มข้นของความเค้นแบบสามแกน เช่น ขอบเขตของเกรน สิ่งเจือปน หรือข้อบกพร่องที่พื้นผิว ไฮโดรเจนลดความแข็งแรงในการยึดเกาะของขอบเขตเกรนไทเทเนียม และทำให้เกิดการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวระหว่าง- หรือตามแกรนูล ความเค้นใดๆ ที่เกิดขึ้นในการให้บริการ (ความดัน การขยายตัวทางความร้อน ข้อจำกัดในการติดตั้ง) จะถูกรวมเข้ากับความเค้นดึงที่เหลือจากการวาดท่อ การเริ่มต้น SSC เกิดขึ้นเมื่อผลรวมของความเค้นดึงถึงค่าเกณฑ์ (ประมาณ 40–60% ของความแข็งแรงของผลผลิตสำหรับไทเทเนียมในบริการที่มีรสเปรี้ยว) ทิศทางตามยาวเป็นเรื่องที่ต้องคำนึงถึงเป็นพิเศษ เนื่องจากการแตกร้าวในทิศทางตามแนวแกนจะแพร่กระจายไปในทิศทางของท่อ ทำให้เกิดการแตกแยกอย่างรุนแรง

ค่าความเค้นตกค้างเชิงปริมาณสำหรับวิธีการวาดลวดแบบต่างๆ

ความเค้นตกค้างที่วัดโดยการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์-บนท่อไทเทเนียมเกรด 2 เผยให้เห็นรูปแบบความเค้นพื้นผิวตามยาวทั่วไป:

การดึงแบบจม (ไม่มีแมนเดรลภายใน ท่อลดขนาดด้วยดายภายนอกเท่านั้น) พื้นผิวด้านนอกพัฒนาความเค้นตกค้างของแรงดึงที่ 80 ถึง 120 MPa ความเค้นตกค้างจากแรงอัด (50 ถึง 80 MPa) เกิดขึ้นที่พื้นผิวด้านใน การสัมผัสกับ H2S ภายนอกอาจทำให้เกิด SSC ในพื้นผิวด้านนอกของแรงดึงได้

การวาดแมนเดรล (ท่อที่ลากทับแมนเดรลภายในคงที่): พื้นผิวด้านนอกพัฒนาความเค้นตกค้างจากแรงอัดที่ 40–70 MPa สร้างความเค้นตกค้างของแรงดึง 100-150 MPa ที่พื้นผิวด้านใน พื้นผิวแรงดึงด้านในไวต่อ SSC จากการสัมผัสกับ H2S ภายใน

การดึงปลั๊ก (แมนเดรลแบบลอย การรีดิวซ์ปานกลาง) รูปแบบความเค้นตกค้างที่สมดุลกับทั้งสองด้านที่ 20 ถึง 50 MPa (แรงดึงหรือแรงอัด ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนการรีดักชัน) ดีที่สุดสำหรับบริการเปรี้ยว

การวาดแบบเย็น + การหลอมแบบบรรเทาความเครียด (540 องศา , 30 นาที): ความเครียดที่ตกค้างลดลงเหลือ < 15 MPa บนพื้นผิวทั้งสองโดยไม่ขึ้นอยู่กับกระบวนการวาด เหมาะสำหรับบริการเปรี้ยวจัด

รูปแบบความเค้นตกค้างตามความไวของ SSC

หลังจากการทดสอบแบบควบคุมในสารละลาย NACE TM0177 A (5% NaCl, กรดอะซิติก 0.5%, อิ่มตัวด้วย H₂S, pH 2.7, 25 องศา) ได้กำหนดเกณฑ์ SSC ต่อไปนี้:

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

30-60MPa ความเค้นดึงพื้นผิว: 500-1,000 ชั่วโมง เวลาเริ่มต้นของ SSC เหมาะสำหรับบริการที่ไม่สำคัญและมีการตรวจสอบเป็นระยะ

ความเค้นดึงพื้นผิว 60-100 MPa: เวลาเริ่มต้น SSC 100-500 ชั่วโมง อัตราการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวอยู่ที่ 0.1 ถึง 0.5 มม./ชม. เมื่อสร้างแล้ว

การเริ่มต้น SSC ที่ความเค้นดึงพื้นผิว > 100 MPa ใน < 24-100 ชั่วโมง ความล้มเหลวของท่อจะเกิดขึ้นภายในไม่กี่สัปดาห์เนื่องจากมีการแพร่กระจายของรอยแตกอย่างรวดเร็ว

คู่มือการเลือกวิธีการเขียนแบบบริการเปรี้ยว

ตารางด้านล่างนี้เป็นเมทริกซ์การตัดสินใจสำหรับขั้นตอนการวาดท่อโดยพิจารณาจากความรุนแรงของการให้บริการที่มีรสเปรี้ยวและทิศทางของการสัมผัสความเครียด

สภาพการบริการที่มีรสเปรี้ยว & ตำแหน่งสัมผัส H₂S วิธีการวาดที่แนะนำ รูปแบบความเค้นตกค้าง & การลดความเสี่ยง SSC
การสัมผัส H₂S ภายนอกเท่านั้น (ท่อแช่ในน้ำเกลือเปรี้ยว ก๊าซแห้งภายในหรือก๊าซเฉื่อย) การดึงปลั๊กพร้อมการอบอ่อนแบบลดความเครียด พื้นผิวด้านนอกด้วยแรงอัดหรือแรงตึงต่ำ ความเครียดตกค้าง<30 MPa. Max SSC resist.
การสัมผัส H2S ภายในเท่านั้น (ก๊าซเปรี้ยวภายในท่อ สภาพแวดล้อมที่สะอาดภายนอก) การวาดภาพจม (ภายในพื้นผิวอัด) ความเค้นอัดบนพื้นผิวด้านใน (50 ถึง 80 MPa) พื้นผิวด้านนอกรับแรงดึง ไม่สัมผัส ไม่เป็นไร.
พื้นผิวทั้งสองสัมผัสกันด้วย H2S (ท่อแช่อยู่ในของเหลวเปรี้ยว, ก๊าซเปรี้ยวภายใน) พร้อมปลั๊กดึง, ลดแรงตึงเต็มที่ ความเค้นตกค้างบนพื้นผิวทั้งสอง<15 MPa. Needed for double exposure. More expensive, but necessary.
ความดันบางส่วน H2S ต่ำ (<0.1 psi), high pH (>4.5) แมนเดรลมาตรฐานไม่มีการบรรเทาความเค้น อนุญาตให้ใช้ความเค้นแรงดึงที่พื้นผิวด้านในได้เนื่องจากอันตรายจาก SSC น้อยกว่า การตรวจสอบค่า pH รายไตรมาส
High H2S partial pressure (>1 psi), pH ต่ำ (<4), Temperature >80oC การวาดปลั๊ก การคลายความเครียดบวกกับการขัดผิวด้วยการยิงการขัดผิวด้วยการฉีดจะสร้างชั้นการบีบอัด (150-200 MPa) โดยไม่คำนึงถึงขั้นตอนการวาด เชื่อถือได้มากที่สุด
นอกเหนือจากวิศวกรรมความเค้นตกค้าง -

ระยะเวลาการแพร่กระจายของ SSC ขึ้นอยู่กับความหนาของผนัง ไม่ใช่การเริ่มมี SSC ผนังที่หนากว่า (1.5 มม.) และมีแรงดึงตกค้างสูง (100 MPa) ก็สามารถแตกร้าวได้เช่นกัน แต่จะใช้เวลานานกว่ากว่ารอยแตกจะทะลุผ่าน เส้นผ่านศูนย์กลางของท่อก็มีความสำคัญเช่นกัน: สำหรับการลดขนาดการดึงแบบเดียวกัน เส้นผ่านศูนย์กลางที่ใหญ่กว่า (50 มม. เทียบกับ 20 มม.) จะแสดงขนาดของความเค้นตกค้างที่สูงกว่า เนื่องจากการเสียรูปที่แตกต่างกันที่สูงขึ้น ความเข้มข้นของ H2S ตามเกณฑ์สำหรับ SSC ในไทเทเนียมอยู่ที่ประมาณ 0.01 psi ความดันบางส่วนที่ 25 องศา และลดลงเหลือ 0.001 psi ที่ 80 องศา การเติมโลหะผสมในโลหะผสมไทเทเนียมเกรด 7 และเกรด 12 ส่งผลให้ความต้านทาน SSC แข็งแกร่งกว่าในเกรด 2 มาก โดยมีความทนทานต่อความเค้นตกค้างที่สูงขึ้น 50–100%

การทำข้อกำหนดให้มีความรู้

สำหรับบริการที่มีฤทธิ์เปรี้ยว เมื่อระบุท่อทำความร้อนไทเทเนียม ให้ระบุความจำเป็นในการวัดความเค้นตกค้างในตัวอย่างตัวแทนโดยวิธี X-การเลี้ยวเบนรังสีหรือ-รูเจาะ ขั้นตอนการผลิต : - การวาดปลั๊ก - การอบอ่อนเพื่อบรรเทาความเครียด (540 องศา , 30 นาที บรรยากาศอาร์กอน) ขอยืนยันว่าความเค้นตกค้างที่พื้นผิวตามยาวน้อยกว่าหรือเท่ากับ 30 MPa (แรงดึง) บนพื้นผิวใดๆ ที่สัมผัสกับ H2S ระบุไทเทเนียมเกรด 7 สำหรับบริการที่มีกรดรุนแรง (pH<3.5, H2S >0.1 psi, temperature >60 องศา ) โดยไม่ขึ้นอยู่กับความเค้นตกค้าง พร้อมการขัดผิวด้วย shot peening เพื่อให้ได้ชั้นอัด ตรวจสอบท่อทำความร้อนทุกไตรมาสโดยใช้เทคนิคความต้านทานไฟฟ้าในการให้บริการ การเพิ่มขึ้น 5 ถึง 10 เปอร์เซ็นต์บ่งชี้ว่ามีแนวโน้มว่าจะเกิดการแตกหักของ SSC และต้องมีการตรวจสอบด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงอย่างรวดเร็ว วิศวกรใช้วิธีการเขียนแบบและการประมวลผลหลัง-เพื่อควบคุมรูปแบบความเค้นตกค้างและป้องกันการแตกตัวของความเค้นซัลไฟด์ ซึ่งเป็นหนึ่งในกลไกความล้มเหลวที่ยากที่สุดสำหรับอุปกรณ์บริการที่มีกรดไทเทเนียม