อัตราส่วนลดการดึงท่อ (15% เทียบกับ. 30%) ของเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมแบบไม่มีรอยต่อมีอิทธิพลต่อความเครียดเกณฑ์สำหรับไฮโดรเจน-ที่ชักนำให้เกิดการแตกร้าวในบริการที่มีรสเปรี้ยวที่ 60 องศา อย่างไร

ท่อเครื่องทำความร้อนที่ทำจากไททาเนียมไร้ตะเข็บผลิตโดยการดึงผ่านแม่พิมพ์ โดยปกติจะลดลงประมาณ 15 ถึง 30 เปอร์เซ็นต์ต่อการผ่าน อัตราส่วนลดจะกำหนดปริมาณงานเย็น ความหนาแน่นของการเคลื่อนที่ และพื้นผิวผลึกในท่อสุดท้าย การแตกร้าวที่เหนี่ยวนำให้เกิดไฮโดรเจน- (HIC) เกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมที่มีรสเปรี้ยว ซึ่งรวมถึงไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) ที่ 60 องศา เมื่อความเข้มข้นของไฮโดรเจนเฉพาะที่เกินกว่าความสามารถในการละลายของของแข็งที่ปลายขั้ว ความเค้นเกณฑ์ HIC กล่าวคือ ความเค้นดึงต่ำสุดที่เกิดการแตกร้าวที่ความเข้มข้นของไฮโดรเจนที่กำหนด จะขึ้นอยู่กับโครงสร้างจุลภาคของหลอดโดยตรง อัตราส่วนการลดที่เพิ่มขึ้น (30%) ส่งผลให้ขนาดเกรนละเอียดขึ้นและความหนาแน่นของการเคลื่อนที่สูงขึ้น ซึ่งเพิ่มบริเวณที่กักเก็บไฮโดรเจน และเพิ่มความเครียดตามเกณฑ์ อัตราส่วนการลดที่ต่ำกว่า 15% ส่งผลให้เมล็ดข้าวมีขนาดใหญ่ขึ้นและมีกับดักน้อยลง ดังนั้นจึงลดความเครียดตามเกณฑ์ที่ 40–70 MPa

กลไกการดักจับไฮโดรเจนและการเริ่มต้นการแตกร้าวในท่อดึง

ในไทเทเนียม การเคลื่อนตัว ขอบเขตของเกรน และตำแหน่งว่างจะทำหน้าที่เป็นกับดักไฮโดรเจน เมล็ดพืชที่ละเอียดกว่าจากอัตราส่วนการลดที่สูงกว่าจะทำให้พื้นที่ขอบเขตของเมล็ดข้าวต่อหน่วยปริมาตรเพิ่มมากขึ้น ซึ่งกระจายไฮโดรเจนได้อย่างสม่ำเสมอมากขึ้น และทำให้การตกตะกอนของไฮไดรด์ล่าช้าออกไป ความเครียดตามเกณฑ์สำหรับ HIC นั้นกำหนดโดยความสัมพันธ์ σ_th=σ_0 + k × ρ_dislocations^{0.5} โดยที่ σ_0 คือความต้านทานที่แท้จริงและ ρ_dislocations คือความหนาแน่นของความคลาดเคลื่อน ความหนาแน่นของการเคลื่อนที่คือ \\sim 10^{14}-10^{15} m^{-2} สำหรับอัตราส่วนการลดลง 30% เทียบกับ \\sim 10^{13}-10^{14} m^{-2} สำหรับการลดลง 15% ความแตกต่างนี้ทำให้ σ_th เพิ่มขึ้น 30–50 MPa นอกจากนี้ โครงสร้างทางผลึกศาสตร์จากอัตราส่วนรีดักชั่นที่สูงกว่าจะจัดแนวเกรนให้ต้านทานการแพร่กระจายของไฮโดรเจนไปตามระนาบฐาน

ความเครียดเกณฑ์สำหรับอัตราส่วนการลดที่แตกต่างกัน - เชิงปริมาณ

ความเค้นตามเกณฑ์ HIC สำหรับท่อไทเทเนียมเกรด 2 ถูกกำหนดโดยการทดสอบแบบควบคุมในน้ำเกลือเปรี้ยว (5% NaCl, กรดอะซิติก 0.5%, อิ่มตัวด้วย H2S, pH 3.5) ที่ 60 องศา ด้วยการชาร์จแบบคาโทดิก ด้วยอัตราส่วนการลด 15% (งานเย็นต่ำ) ความเครียดเกณฑ์คือ 120-150 MPa ความเข้มข้นของไฮโดรเจนที่ความล้มเหลวคือ 250-350 ppm และขนาดเกรนคือ ASTM 6-7 ด้วยการลดลง 20% ความเครียดตามเกณฑ์จะเพิ่มขึ้นเป็น 150~180 MPa ความเข้มข้นของไฮโดรเจนที่ความล้มเหลวจะเพิ่มขึ้นเป็น 300~400 ppm และขนาดเกรนคือ ASTM 7~8 ความเค้นเกณฑ์ที่ลดลง 25%: 170–200 MPa; ความเข้มข้นเมื่อเกิดความล้มเหลว: 350–450 ppm H; ขนาดเกรน: ASTM 8–9 ความเครียดตามเกณฑ์ที่การลด 30% (งานเย็นสูง)=190-220 ความเข้มข้นของไฮโดรเจนที่ความล้มเหลว=400-500 ppm ขนาดเกรน=ASTM 9-10 ในทางตรงกันข้าม ท่ออบอ่อนเต็มที่ที่มีงานเย็น 0% มีความเครียดตามเกณฑ์เพียง 80 ถึง 110 MPa และขนาดเกรน ASTM 4 ถึง 5

ผลของความเครียดและความเข้มข้นของไฮโดรเจนต่อการแตกร้าว

ความสัมพันธ์ระหว่างเวลาที่ใช้กับความล้มเหลวกับความเครียด-ความเข้มข้นของไฮโดรเจนได้รับการทำนายว่าเป็นฟังก์ชันของอัตราส่วนการรีดักชัน ที่ความเครียดที่ใช้ 100 MPa หลอดที่มีการลดลง 15% จะมีความเข้มข้นของไฮโดรเจนวิกฤตที่ 300 ppm ซึ่งใช้เวลาประมาณ 1 ปีโดยมีอัตราการดูดซับไฮโดรเจนที่ 1 ppm/วัน หลอดเดียวกันที่มีการลดลง 30% มีความเข้มข้นวิกฤติที่ 450 ppm และอายุการใช้งาน 1.8 ปี ท่อลดขนาด 15 % จะล้มเหลวที่ระดับไฮโดรเจน 200 ppm ที่ความเครียดที่ใช้ 150 MPa ใน 7 เดือน ในขณะที่ท่อลดขนาด 30 % จะล้มเหลวที่ระดับไฮโดรเจน 350 ppm ใน 14 เดือน ท่อที่มีการลดลง 15% จะล้มเหลวอย่างรวดเร็วด้วยความเครียดที่ใช้ 200 MPa และความเข้มข้นของไฮโดรเจนต่ำกว่า 100 ppm ในขณะที่ท่อที่มีการลดลง 30% ต้องใช้ไฮโดรเจน 280 ppm และคงอยู่เป็นเวลา 11 เดือน

คู่มือการเลือกอัตราส่วนการลด บริการเปรี้ยวที่อุณหภูมิ 140 องศา F

ตารางด้านล่างให้คำแนะนำเกี่ยวกับการเลือกอัตราส่วนการลดการวาดท่อสำหรับเครื่องทำความร้อนไร้ตะเข็บไทเทเนียมเกรด 2 ในงานที่มีฤทธิ์เปรี้ยว โดยพิจารณาจากแรงดันย่อย H 2 S ความเค้นที่ใช้ และอายุการใช้งานที่คาดหวัง

H2S ความดันบางส่วน (บาร์) สารละลาย pH ความเค้นประยุกต์สูงสุด (MPa) อัตราส่วนลดที่แนะนำ ขนาดเกรนขั้นต่ำ (ASTM) ความเค้นเกณฑ์ HIC ที่คาดหวัง (MPa)<0.05 >4.0 <100 15–20% 6 >150 0.05–0.10 3.5–4.0 100–150 20–25% 7 >180 0.10–0.20 3.0–3.5 150–200 25–30% 8 >200 0.20–0.50 2.5–3.0 150–180 30% plus Grade 7 9 >220 >0.50 <2.5 >150 ไม่แนะนำสำหรับเกรด 2 N/AN/A
วิศวกรรมที่เหนือกว่าตัวเลือกอัตราส่วนการลด

เกรดไทเทเนียมมีผลกระทบอย่างมากต่อความต้านทาน HIC โดยไม่คำนึงถึงอัตราส่วนการลด แพลเลเดียม-เกรด 7 ที่เสถียรมีเกณฑ์ความเค้นสูงกว่าเกรด 2 50–100 MPa ที่อัตราส่วนการรีดักชันเท่ากัน ซึ่งเกิดจากการรวมตัวกันของแพลเลเดียม-ที่เร่งปฏิกิริยาไฮโดรเจน เกรด 12 มีการปรับปรุงปานกลางที่ 30-50 MPa การหลอมหลังการวาด (บรรเทาความเครียดที่ 540 องศาเป็นเวลา 30 นาที) ช่วยลดความหนาแน่นของการเคลื่อนที่และลดเกณฑ์ HIC ดึงเย็นโดยไม่ต้องอบอ่อนภายหลัง จึงเป็นสภาวะที่แนะนำสำหรับท่อสำหรับการให้บริการที่มีรสเปรี้ยว ความเค้นตามเกณฑ์ไม่ขึ้นอยู่กับความหนาของผนัง แม้ว่าจะเปลี่ยนแปลงระยะเวลาในการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวก็ตาม ผนังที่มีรอยแตกร้าวขนาด 2.0 มม. อาจมีอายุยืนยาวจนกว่าจะเกิดการเจาะมากกว่าผนังที่มีขนาด 1.2 มม.

ระบุด้วยความมั่นใจ

• สำหรับท่อทำความร้อนไทเทเนียมไร้ตะเข็บในบริการเปรี้ยวที่ 60 องศา ให้ระบุอัตราส่วนการลดการดึงเย็นที่ 25-30% โดยไม่ต้องอบอ่อนเพิ่มเติม ต้องใช้ขนาดเกรนขั้นต่ำ ASTM 8 และต้องมีการรับรองความหนาแน่นของการเคลื่อนที่โดยการวิเคราะห์การขยายจุดสูงสุดของการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ สำหรับบริการที่มีรสเปรี้ยวจัดโดยมีความดันย่อย H₂S > 0.2 บาร์ ให้ระบุไทเทเนียมเกรด 7 ที่มีอัตราส่วนการลดลง 30% การทดสอบการชาร์จไฮโดรเจนในส่วนตัวอย่างระหว่างการตรวจสอบขาเข้า: ชาร์จไฮโดรเจน 400 ppm จากนั้นใช้ 80% ของความเครียดครากที่ระบุ ปฏิเสธล็อตหากเกิดการแตกร้าวภายใน 100 ชั่วโมง ด้วยการเลือกอัตราส่วนการลดที่มากขึ้นที่ 30% แทนที่จะเป็น 15% วิศวกรจะปรับปรุงความเครียดตามเกณฑ์สำหรับการแตกร้าวที่เกิดจากไฮโดรเจนได้ 40–70 MPa ซึ่งเพิ่มขอบเขตด้านความปลอดภัยอย่างมีนัยสำคัญในสถานการณ์การให้บริการที่มีรสเปรี้ยว