Ako interaguje hrúbka steny titánovej rúrky s prítomnosťou sírovodíka na predúpravu surového oleja- (obsahuje 5 % slanej vody s teplotou 130 stupňov) a spôsobuje praskanie sulfidového napätia vo zvaroch?

Návrh titánového ohrievača pre službu Crude Desalter - Základný kompromis
Odsoľovacie zariadenia na surovú ropu vstrekujú premývaciu vodu (5 % soľanku) do ropy pri teplote 130 C, aby sa odstránili soli a častice. Soľanka obsahuje chloridy a sírovodík (H2S) z kyslej ropy. Kombinácia surovej-soľanky sa predhrieva v titánových rúrach. Kritériá pre praskanie sulfidovým napätím (SSC) sú prítomnosť H2S, chloridov, zvýšená teplota a zvyškové ťahové deformácie vo zvarových spojoch. SSC je druh vodíkového skrehnutia, pri ktorom atómový vodík z korózie H2S difunduje do titánu a vytvára krehké hydridy. Hrúbka steny ovplyvňuje úroveň zvyškového napätia vo zvaroch a gradient koncentrácie vodíka. Čím je stena hrubšia, tým väčšie sú zvyškové napätia zo zvárania (viac obmedzení) a čím dlhšie sú difúzne cesty - komplexnej interakcie.

Toto skúmanie popisuje vplyv hrúbky steny na náchylnosť SSC na zvarových spojoch v odsoľovacej prevádzke.

Mechanizmus SSC pri zvaroch: Vplyv na mechanickú integritu
Titanium is progressively corroded in the presence of H₂S at 130°C: Ti + 2H_2S ->TiS_2 + 2H_2 Takto vyrobený atómový vodík môže preniknúť do titánovej mriežky. Keď sa koncentrácia vodíka priblíži k 150–200 ppm v oblasti ťahového napätia, na hraniciach zŕn sa vyzráža hydrid titánu (TiH2). Hydrid je krehký a pri zvyškovom napätí sa zlomí. Zvarové spoje sú na to obzvlášť citlivé, pretože zváranie vytvára v tepelne ovplyvnenej zóne (HAZ) zvyškové namáhanie v ťahu 150-250 MPa. Okrem toho má HAZ výraznú mikroštruktúru, ihličkovitý alfa-primárny martenzit, ktorý ľahšie absorbuje vodík ako základný kov.

Hrúbka steny ovplyvňuje zvyškové napätie zvaru. Pre konkrétny priemer rúrky má hrubšia stena za následok vyššiu rýchlosť ochladzovania po zváraní (v dôsledku vyššej tepelnej hmotnosti), čo zvyšuje zvyškové napätie. Štúdia konečných prvkov ukazuje, že maximálne zvyškové napätie v HAZ zvaru rúry s vonkajším priemerom 20 mm je:

Stena 1,0 mm: 180 MPa

220 MPa pre 1,5 mm stenu

2,0 mm stena: 260 MPa (takmer výťažnosti)

Vyššie zvyškové napätie znižuje kritickú koncentráciu vodíka pre praskanie. 1,0 mm stena môže odolať 200 ppm vodíka pred prasknutím, zatiaľ čo 2,0 mm stena môže prasknúť len pri 120 ppm v dôsledku zvýšeného napätia.

Vplyv tepelného výkonu: difúzia a teplotný gradient
Difúzia vodíka je ovplyvnená tepelným rozdielom cez stenu. Pri objemovej teplote 130 stupňov je teplota vnútorného povrchu steny s hrúbkou 1,0 mm približne 133 stupňov pre 2,0 W/cm2, zatiaľ čo teplota steny s hrúbkou 2,0 mm je 136 stupňov. 3-stupňový rozdiel zvyšuje koeficient difúzie vodíka o ~15%, čím sa mierne zrýchľuje vstup vodíka do hrubšej steny. Tento efekt je sekundárny k rozdielu zvyškového napätia.

Synthesis of Trade-off: Hrúbka steny vs. SSC odpor
Hrúbka steny (mm) Zvyškové napätie zvaru (MPa) Kritická koncentrácia H pre praskanie (ppm) Čas do kritického H pri HAZ (mesiace pri absorpcii 10 ppm/mesiac) Riziko SSC
1,0 mm 180 MPa 200 ppm 20 mesiacov Stredná
1,2 mm 195 MPa 180 ppm 18 mesiacov Stred
1,5 mm 220 MPa 150 ppm 15 mesiacov Vysoká 1,8 mm 245 MPa 130 ppm 13 mesiacov Vysoká 2,0 mm 260 MPa 120 ppm 12 mesiacov Vysoká (nevydrží 1 rok)
Širšie steny sú zvyčajne náchylnejšie na SSC, pretože sú náchylnejšie na zvyškové napätia zvaru, ktoré znižujú požadovanú koncentráciu vodíka na rozbitie. 1,0 mm stena má väčšiu odolnosť voči SSC ako 2,0 mm stena.

Uvoľnenie napätia pri zváraní a modernizácia zliatiny: Technika za plotom
Keďže problémom je väčšie zvyškové napätie, používa sa žíhanie na uvoľnenie napätia (540 stupňov po dobu 1 hodiny) na zníženie zvyškového napätia zvaru o 70–80 % bez ohľadu na hrúbku steny. Stena s hrúbkou 2,0 mm, ktorá je odľahčená, má zvyškové napätie 50-70 MPa a je veľmi odolná voči SSC. Avšak kvôli veľkostným obmedzeniam sa mnohé ohrievače odsoľovania nedajú žíhať. Pre zvárané ohrievače sa odporúčajú tenšie steny (1,0–1,2 mm), aby sa znížilo zvyškové napätie. Upgrade titánu (Ti-0,3 % Mo-0,8 % Ni) zo stupňa 2 na stupeň 12 zvyšuje odolnosť SSC, pretože molybdén stabilizuje pasívny film a znižuje absorpciu vodíka. Zváraná rúra triedy 12 so stenou 1,5 mm a bez žíhania má odolnosť voči SCC podobnú rúre triedy 2 so stenou 1,0 mm.

Záver: Pre odolnosť SSC v odsoľovacej prevádzke sa uprednostňuje tenšia stena (1,0 až 1,2 mm).
Vzťah medzi hrúbkou steny titánových rúrok v ohrievači odsoľovania na predúpravu ropy s použitím 5 % soľanky obsahujúcej H2S pri 130 stupňoch a praskaním sulfidovým napätím vo zvaroch je kontraintuitívny: hrubšie steny zvyšujú náchylnosť na SSC, pretože zváranie vytvára vyššie zvyškové napätia, ktoré znižujú kritickú koncentráciu vodíka pre praskanie. Riziko SSC bolo nižšie pre 1,0 mm stenu so zvyškovým napätím 180 MPa ako pre 2,0 mm stenu so zvyškovým napätím 260 MPa, ktorá zlyhala do 12 mesiacov. Odporúčaný štandard je titánová rúrka 2. stupňa, hrúbka steny 1,0 – 1,2 mm, ako-zvarená (bez žíhania) s morením po-zvare na odstránenie povrchových nečistôt. Vyhnite sa používaniu hrubších stien, pokiaľ sa nevykonáva žíhanie na uvoľnenie napätia po zváraní. Pre servisné ohrievače kyslého surového odsoľovania si vyžiadajte meranie zvyškového napätia zvaru (<200 MPa) or specify Grade 12 titanium for higher inherent SSC resistance. Wall thickness isn't a safety margin SSC-thinner is better.