Boru Çekmeden Kaynaklanan Boyuna Artık Gerilme Modeli, Ekşi Hizmet Ortamlarında Sülfür Gerilme Çatlamasına Duyarlılığı Nasıl Etkiler?

Hidrojen sülfit (H 2 S) içeren ekşi servis koşulları, metalik bileşenler için en zorlu uygulamalar arasındadır. Genel olarak titanyum alaşımları, karbon ve düşük- alaşımlı çeliklerin aksine sülfür gerilim çatlamasına (SSC) karşı dayanıklıdır. Ancak titanyum belirli koşullar altında hassas olabilir: düşük pH, yüksek klorür konsantrasyonları, 80 dereceyi aşan sıcaklıklar ve çekme gerilmelerinin varlığı. Boru çekme sırasında oluşan uzunlamasına artık gerilimin şekli, SSC'ye duyarlılığı önemli ölçüde etkiler. İçi boş bir kütük içinden çekilen bir mandrel, boru çekmede çapı ve et kalınlığını azaltır. Yöntem, tüpün bir iç mandrel olmadan (batık çizim) veya sabit bir mandrel üzerinden çekilmesine bağlı olarak, dış yüzeyde çekme gerilimleri ve iç yüzeyde basınç gerilimleri veya bunun tersi ile karakteristik bir artık gerilim modeli üretir. Artık çekme gerilimi altındaki yüzey, SSC'nin başlatılması açısından önemli ölçüde artan risk altındadır.

Artık Stres Bölgelerinde SSC Başlatma Mekanizması

H₂S içeren ortamlarda meydana gelen hidrojen kırılganlığına sülfit stres çatlaması denir. Hidrojen sülfür, hidrojen rekombinasyon sürecini zehirler ve atomik hidrojeni metal kafesin içine doğru iter. Çekme gerilimi altında emilen hidrojen, tane sınırları, kalıntılar veya yüzey kusurları gibi üç eksenli gerilim konsantrasyonunun bulunduğu yerlere yayılır. Hidrojen, titanyum tane sınırlarının yapışma mukavemetini azaltır ve - arası veya tanecikler arası çatlak yayılmasına neden olur. Hizmet sırasında ortaya çıkan her türlü gerilim (basınç, termal genleşme, montaj kısıtlamaları), boru çekme işleminden kaynaklanan artık çekme gerilimleri ile toplanır. SSC başlangıcı, çekme geriliminin toplamı bir eşik değerine ulaştığında meydana gelir (ekşi serviste titanyum için akma mukavemetinin yaklaşık %40-60'ı). Boyuna yön özel bir öneme sahiptir çünkü eksenel yöndeki çatlaklar tüp yönünde ilerleyerek yıkıcı yarılmalara yol açacaktır.

Farklı Tel Çekme Yöntemleri için Kantitatif Artık Gerilme Değerleri

2. Derece titanyum tüpler üzerinde X-ışını kırınımıyla ölçülen artık gerilimler, tipik uzunlamasına yüzey gerilimi modellerini ortaya çıkardı:

Batık çekme (dahili mandrel olmadan, boru yalnızca dış kalıplarla azaltılmıştır) Dış yüzey 80 ila 120 MPa'lık artık çekme gerilimi geliştirir. İç yüzeyde artık basınç gerilmeleri (50 ila 80 MPa) ortaya çıkar. Harici H2S'ye maruz kalma, çekme dış yüzeyinde SSC'ye neden olabilir.

Mandrel çizimi (sabit iç mandrel üzerine çekilen tüp): Dış yüzey 40-70 MPa'lık artık basınç gerilimi geliştirir. İç yüzeyde 100-150 MPa değerinde artık çekme gerilimi oluşturur. İç çekme yüzeyi, dahili H2S'ye maruz kalma nedeniyle SSC'ye duyarlıdır.

Tapa çekme (yüzer mandrel, orta derecede azaltma) Her iki tarafta 20 ila 50 MPa'da dengeli artık gerilim modeli (indirgeme oranına bağlı olarak çekme veya sıkıştırma). Ekşi servis için en iyisi.

Soğuk çekme + gerilim giderme tavlaması (540 derece, 30 dakika): artık gerinimler, çekme işleminden bağımsız olarak her iki yüzeyde < 15 MPa'ya düştü. Şiddetli ekşi servis için iyi.

Artık stres desenine dayalı SSC duyarlılığı

NACE TM0177 Solüsyon A'da (%5 NaCl, %0,5 asetik asit, H₂S ile doyurulmuş, pH 2,7, 25 derece) kontrollü testin ardından aşağıdaki SSC eşikleri belirlenmiştir:

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

30-60MPa yüzey çekme gerilimi: 500-1.000 sa SSC başlangıç ​​süresi. Periyodik muayene ile kritik olmayan servislere uygundur.

Yüzey çekme gerilimi 60-100 MPa: SSC başlangıç ​​süresi 100-500 saat. Çatlak yayılma hızları belirlendikten sonra 0,1 ila 0,5 mm/saattir.

Yüzey çekme geriliminde > 100 MPa'da SSC başlangıcı < 24-100 saatte. Çatlağın hızlı yayılması nedeniyle birkaç hafta içinde tüp arızası meydana gelir.

Ekşi Servis Çekme Yöntemi Seçim Kılavuzu

Aşağıdaki tablo, olumsuz hizmetin ciddiyetine ve strese maruz kalma yönüne dayalı olarak tüp çekme prosedürlerine yönelik bir karar matrisidir.

Ekşi Hizmet Durumu ve H₂S'ye Maruz Kalma Konumu Önerilen Çizim Yöntemi Artık Gerilim Modeli ve SSC Risk Azaltma
Yalnızca harici H₂S'ye maruz kalma (ekşi tuzlu suya, dahili kuru veya inert gaza batırılmış tüp) Gerilim giderme tavlamalı fiş çekme Sıkıştırma veya düşük gerilimli dış yüzey. Artık stres<30 MPa. Max SSC resist.
Yalnızca dahili H2S'ye maruz kalma (tüp içinde ekşi gaz, dışarıda temiz çevre) Batık çekme (iç yüzey sıkıştırıcı) İç yüzeyde basınç gerilimi (50 ila 80 MPa). Gerilebilir dış yüzey, açıkta değil. Tamam.
Her iki yüzey de H2S ile temas eder (ekşi sıvıya batırılmış tüp, dahili ekşi gaz) Ayrıca fiş çekme, tam gerilim giderme Her iki yüzeyde kalan gerilim<15 MPa. Needed for double exposure. More expensive, but necessary.
Düşük H2S kısmi basıncı (<0.1 psi), high pH (>4.5)Standart mandrel çekme gerilimi azaltmaz SSC tehlikesinin daha az olması nedeniyle iç yüzey çekme gerilimine izin verilir. Üç ayda bir pH izleme.
High H2S partial pressure (>1 psi), düşük pH (<4), Temperature >80oC Fiş çekme, Gerilim giderme artı yüzey bilyeli çekiçleme Bilyalı çekiçleme, çekme prosedüründen bağımsız olarak bir sıkıştırma katmanı (150-200 MPa) oluşturur. En güvenilir.
Artık Gerilim Mühendisliğinin Ötesinde -

SSC yayılma süresi SSC'nin başlangıcına değil duvar kalınlığına bağlıdır. Daha kalın (1,5 mm) ve daha büyük bir artık çekme gerilimine (100 MPa) sahip bir duvar da çatlayabilir, ancak çatlağın geçmesi daha uzun sürer. Boru çapı da önemlidir: aynı çekme azalması için, daha büyük çaplar (20 mm'ye karşı 50 mm), daha yüksek diferansiyel deformasyon nedeniyle daha yüksek büyüklükte artık gerilim gösterir. Titanyumdaki SSC için eşik H2S konsantrasyonu, 25 derecede kısmi basınç civarında 0,01 psi'dir ve 80 derecede 0,001 psi'ye düşer. Derece 7 ve Derece 12 titanyum alaşımlarına yapılan alaşım ilaveleri, %50-100 daha yüksek artık gerilim toleransı ile Derece 2'ye göre çok daha güçlü SSC direnci sağlar.

Bilgili bir spesifikasyon oluşturma

Ekşi hizmet için, bir titanyum ısıtıcı tüpü belirlerken, temsili bir numunedeki artık gerilimin X-ışını kırınımı veya delik-delme yöntemiyle ölçülmesi ihtiyacını dahil edin. Üretim prosedürü : - tapa çekme - gerilim giderme tavlaması (540 derece, 30 dakika, argon atmosferi) H2S'ye maruz kalan herhangi bir yüzeyde boyuna yüzey artık geriliminin 30 MPa'ya (gerilme) eşit veya daha az olduğunun onayını isteyin. Şiddetli ekşime durumu için Grade 7 titanyumu belirtin (pH<3.5, H2S >0.1 psi, temperature >60 derece) artık gerilimden bağımsız olarak, bir sıkıştırma tabakası sağlamak için yüzey bilyeli dövme işlemiyle uygulanır. Servisteki elektrik direnci tekniğini kullanarak ısıtıcı borusunu üç ayda bir inceleyin. Yüzde 5 ila 10'luk bir artış, SSC kırılmasının muhtemel başlangıcını gösterir ve hızlı ultrasonik inceleme gerektirir. Mühendis, artık gerilim modellerini düzenlemek ve titanyum ekşi servis ekipmanı için en zor arıza mekanizmalarından biri olan sülfür gerilim çatlağını önlemek için çizim yöntemi seçimini ve son-işlemeyi kullanır.