Ako ovplyvňuje vzor pozdĺžneho zvyškového napätia z ťahania trubice náchylnosť na praskanie sulfidovým napätím v kyslých prevádzkových prostrediach?

Kyslé prevádzkové podmienky s obsahom sírovodíka (H 2 S) patria medzi najnáročnejšie aplikácie kovových komponentov. Vo všeobecnosti sú zliatiny titánu odolné voči praskaniu sulfidovým napätím (SSC) na rozdiel od uhlíkových a nízkolegovaných ocelí. Titán však môže byť za určitých podmienok zraniteľný – nízke pH, vysoké koncentrácie chloridov, teploty presahujúce 80 stupňov a prítomnosť ťahových napätí. Vzor pozdĺžneho zvyškového napätia vyvolaného počas ťahania rúr značne ovplyvňuje náchylnosť na SSC. Tŕň ťahaný cez dutý predvalok znižuje priemer a hrúbku steny pri ťahaní rúr. Metóda vytvára charakteristický vzor zvyškových napätí s ťahovými napätiami na vonkajšom povrchu a tlakovými napätiami na vnútornom povrchu alebo naopak, v závislosti od toho, či je rúrka ťahaná bez vnútorného tŕňa (zapustený ťah) alebo cez pevný tŕň. Povrch pod zvyškovým napätím v ťahu má výrazne zvýšené riziko iniciácie SSC.

Mechanizmus iniciácie SSC na miestach zvyškového stresu

Vodíkové skrehnutie, ku ktorému dochádza v nastaveniach obsahujúcich H₂S, sa nazýva sulfidové praskanie pod napätím. Sírovodík otrávi proces rekombinácie vodíka a vháňa atómový vodík do kovovej mriežky. Vodík absorbovaný pod napätím v ťahu difunduje do miest koncentrácie trojosového napätia, ako sú hranice zŕn, inklúzie alebo povrchové defekty. Vodík znižuje kohéznu pevnosť hraníc titánových zŕn a spôsobuje inter{3}} alebo transgranulárne šírenie trhlín. Akékoľvek napätia pôsobiace v prevádzke (tlak, tepelná rozťažnosť, obmedzenia montáže) sú sčítané so zvyškovými ťahovými napätiami z ťahania rúry. K iniciácii SSC dochádza, keď súčet ťahových napätí dosiahne prahovú hodnotu (asi 40–60 % medze klzu pre titán v kyslom prostredí). Pozdĺžny smer je obzvlášť dôležitý, pretože trhliny v axiálnom smere sa budú šíriť v smere rúrky, čo bude mať za následok katastrofické štiepenie.

Kvantitatívne hodnoty zvyškového napätia pre rôzne metódy ťahania drôtu

Zvyškové napätia merané pomocou röntgenovej difrakcie na titánových trubiciach 2. stupňa odhalili typické vzory pozdĺžneho povrchového napätia:

Zapustený ťah (bez vnútorného tŕňa, rúrka redukovaná iba vonkajšími lisovníkmi) Vonkajší povrch vyvíja zvyškové napätie v ťahu 80 až 120 MPa. Na vnútornom povrchu vznikajú zvyškové napätia v tlaku (50 až 80 MPa). Externá expozícia H2S môže spôsobiť SSC na vonkajšom povrchu ťahanom.

Ťahanie tŕňa (rúrka ťahaná cez pevný vnútorný tŕň): Vonkajší povrch vyvíja zvyškové napätie v tlaku 40–70 MPa. Na vnútornom povrchu vytvára zvyškové napätie v ťahu 100-150 MPa. Vnútorný ťahový povrch je citlivý na SSC vnútorným vystavením H2S.

Ťahanie zátky (plávajúci tŕň, mierna redukcia) Vyvážený vzor zvyškového napätia s obojstrannými 20 až 50 MPa (ťah alebo tlak v závislosti od pomeru redukcie). Najlepšie na kyslú obsluhu.

Ťahanie za studena + žíhanie na uvoľnenie napätia (540 stupňov, 30 min): zvyškové deformácie klesli na < 15 MPa na oboch povrchoch nezávisle od procesu ťahania. Dobré pre ťažké kyslé služby.

Citlivosť SSC založená na vzore zvyškového napätia

Po kontrolovanom testovaní v roztoku A NACE TM0177 (5 % NaCl, 0,5 % kyselina octová, nasýtená H₂S, pH 2,7, 25 stupňov) boli stanovené nasledujúce prahové hodnoty SSC:

Povrchové napätie v ťahu<30 MPa: No SSC initiation after 1000 hours. Safe for any sour service.

30-60MPa povrchové napätie v ťahu: 500-1000 h SSC čas nábehu. Vhodné pre nekritické služby s pravidelnou kontrolou.

Povrchové napätie v ťahu 60-100 MPa: Čas štartu SSC 100-500 hodín. Rýchlosť šírenia trhlín je 0,1 až 0,5 mm/h po vytvorení.

Iniciácia SSC pri povrchovom ťahovom napätí > 100 MPa za < 24-100 h. Zlyhanie rúry nastáva v priebehu niekoľkých týždňov v dôsledku rýchleho šírenia trhlín.

Sprievodca výberom metódy kreslenia kyslých služieb

Nižšie uvedená tabuľka je rozhodovacou maticou pre postupy ťahania rúr na základe závažnosti kyslej prevádzky a smeru vystavenia stresu.

Podmienky kyslej prevádzky a miesto vystavenia H₂S Odporúčaná metóda kreslenia Vzor zvyškového napätia a zmiernenie rizika SSC
Len vonkajšia expozícia H₂S (rúrka ponorená do kyslej soľanky, vnútorného suchého alebo inertného plynu) Výťah zástrčky s žíhaním na odľahčenie napätia Vonkajší povrch s kompresiou alebo nízkym napätím. Zvyškový stres<30 MPa. Max SSC resist.
Len vnútorná expozícia H2S (kyslý plyn vo vnútri trubice, čisté prostredie zvonka) Potopenie (vnútro povrchu tlakové) Tlakové napätie na vnútornom povrchu (50 až 80 MPa). Pevný vonkajší povrch, neexponovaný. To je v poriadku.
Obidva povrchy sú v kontakte s H2S (rúrka ponorená do kyslej kvapaliny, vnútorný kyslý plyn) Plus zásuvka, úplné uvoľnenie napätia Zvyškové napätie na oboch povrchoch<15 MPa. Needed for double exposure. More expensive, but necessary.
Nízky parciálny tlak H2S (<0.1 psi), high pH (>4.5) Štandardné ťahanie tŕňa bez zmiernenia napätia Vnútorné povrchové ťahové napätie je povolené kvôli menšiemu nebezpečenstvu SSC. Štvrťročné monitorovanie pH.
High H2S partial pressure (>1 psi), nízke pH (<4), Temperature >80oC Ťahanie zátky, uvoľnenie napätia plus povrchové šmýkanie Čírenie šmýkaním vytvára vrstvu kompresie (150-200 MPa) bez ohľadu na postup ťahania. Najspoľahlivejšie.
Za inžinierstvom zvyškového napätia -

Čas šírenia SSC závisí od hrúbky steny, nie od začiatku SSC. Stena, ktorá je hrubšia (1,5 mm) a má veľké zvyškové napätie v ťahu (100 MPa), môže tiež prasknúť, ale trvá dlhšie, kým sa trhlina dostane. Priemer rúry je tiež dôležitý: pre rovnaké zníženie ťahu väčšie priemery (50 mm oproti 20 mm) vykazujú vyššie hodnoty zvyškového napätia v dôsledku vyššej diferenciálnej deformácie. Prahová koncentrácia H2S pre SSC v titáne je okolo 0,01 psi parciálneho tlaku pri 25 stupňoch a klesá na 0,001 psi pri 80 stupňoch. Prísady legovania do zliatin titánu triedy 7 a triedy 12 majú za následok oveľa silnejšiu odolnosť SSC ako pri triede 2, s o 50–100 % vyššou toleranciou zvyškového napätia.

Vytvorenie informovanej špecifikácie

Pri špecifikácii titánovej vyhrievacej trubice zahrňte potrebu merania zvyškového napätia v reprezentatívnej vzorke pomocou röntgenovej difrakcie alebo metódy vŕtania otvorov-. Výrobný postup: - nakreslenie zástrčky - žíhanie na uvoľnenie napätia (540 stupňov, 30 minút, argónová atmosféra) Požiadajte o potvrdenie, že zvyškové napätie pozdĺžneho povrchu je menšie alebo rovné 30 MPa (ťah) na akomkoľvek povrchu vystavenom H2S. Špecifikujte titán 7. stupňa pre silné kyslé prostredie (pH<3.5, H2S >0.1 psi, temperature >60 stupňov) nezávisle od zvyškového napätia, s povrchovou úpravou brokovaním na vytvorenie kompresnej vrstvy. Štvrťročne kontrolujte rúrku ohrievača pomocou techniky elektrického odporu v prevádzke. Nárast o 5 až 10 percent naznačuje pravdepodobný začiatok zlomeniny SSC a vyžaduje rýchlu ultrazvukovú kontrolu. Technik používa výber metódy kreslenia a následné{6}}spracovanie na reguláciu vzorcov zvyškového napätia a na zabránenie praskaniu sulfidovým napätím, čo je jeden z najťažších mechanizmov zlyhania pre servisné zariadenia s kyslým titánom.