Kā garenvirziena atlikušā sprieguma modelis no caurules vilkšanas ietekmē uzņēmību pret sulfīda spriedzes plaisāšanu skābā pakalpojuma vidē?

Slikti ekspluatācijas apstākļi, kas satur sērūdeņradi (H 2 S), ir viens no sarežģītākajiem metāla komponentu lietojumiem. Parasti titāna sakausējumi ir izturīgi pret sulfīda spriegumu plaisāšanu (SSC) pretstatā oglekļa un zema{2}}leģētajiem tēraudiem. Tomēr titāns var būt neaizsargāts noteiktos apstākļos – zems pH līmenis, augsta hlorīdu koncentrācija, temperatūra, kas pārsniedz 80 grādus, un stiepes spriegumu klātbūtne. Gareniskā atlikušā sprieguma modelis, kas rodas cauruļu vilkšanas laikā, ievērojami ietekmē jutību pret SSC. Caur dobu sagatavi izvilkta serde samazina diametru un sienas biezumu caurules vilkšanā. Metode rada raksturīgu atlikušo spriegumu modeli ar stiepes spriegumiem ārējā virsmā un spiedes spriegumiem iekšējā virsmā vai otrādi, atkarībā no tā, vai caurule ir vilkta bez iekšējā serdeņa (iegremdēta stiepšana) vai pār fiksētu serdi. Virsmai, kas pakļauta stiepes atlikušajam spriegumam, ir ievērojami palielināts SSC ierosināšanas risks.

SSC ierosināšanas mehānisms atlikušā stresa vietās

Ūdeņraža trauslumu, kas rodas H₂S saturošos iestatījumos, sauc par sulfīda spriegumu plaisāšanu. Sērūdeņradis saindē ūdeņraža rekombinācijas procesu un virza atomu ūdeņradi metāla režģī. Ūdeņradis, kas absorbēts zem stiepes sprieguma, izkliedējas triaksiālās sprieguma koncentrācijas vietās, piemēram, graudu robežās, ieslēgumos vai virsmas defektos. Ūdeņradis samazina titāna graudu robežu kohēzijas stiprību un izraisa starp- vai transgranulāru plaisu izplatīšanos. Jebkuri ekspluatācijas laikā radītie spriegumi (spiediens, termiskā izplešanās, montāžas ierobežojumi) tiek summēti ar atlikušajiem stiepes spriegumiem no caurules vilkšanas. SSC iniciācija notiek, kad stiepes sprieguma summa sasniedz sliekšņa vērtību (apmēram 40–60% no tecēšanas robežas titānam skābā režīmā). Gareniskais virziens rada īpašas bažas, jo plaisas aksiālā virzienā izplatīsies caurules virzienā, izraisot katastrofālu šķelšanos.

Kvantitatīvās atlikušā sprieguma vērtības dažādām stiepļu vilkšanas metodēm

Atlikušie spriegumi, kas izmērīti ar rentgenstaru difrakciju uz 2. pakāpes titāna caurulēm, atklāja tipiskus garenvirziena virsmas sprieguma modeļus:

Iegremdēta stiepšana (bez iekšējā serdeņa, caurule samazināta tikai ar ārējiem presformiem) Ārējā virsma rada stiepes atlikušo spriegumu no 80 līdz 120 MPa. Uz iekšējās virsmas rodas spiedes atlikušie spriegumi (50 līdz 80 MPa). Ārēja H2S iedarbība var izraisīt SSC stiepes ārējā virsmā.

Stieņa vilkšana (caurule novilkta pār fiksētu iekšējo serdi): ārējā virsma rada spiedes atlikušo spriegumu 40–70 MPa. Tas rada stiepes atlikušo spriegumu 100-150 MPa iekšējā virsmā. Iekšējā stiepes virsma ir jutīga pret SSC iekšējās H2S iedarbības dēļ.

Spraudņa vilkšana (peldošā serdeņa, mērena samazināšana) Līdzsvarots atlikušā sprieguma modelis ar abām pusēm pie 20 līdz 50 MPa (stiepes vai spiedes atkarībā no samazināšanas pakāpes). Vislabāk skābam pakalpojumam.

Aukstā vilkšana + spriedzes mazināšanas atkvēlināšana (540 grādi, 30 min): atlikušie deformācijas samazinājušies līdz < 15 MPa uz abām virsmām neatkarīgi no vilkšanas procesa. Piemērots smagai skābai kalpošanai.

Uz atlikušā sprieguma modeļa balstīta SSC jutība

Pēc kontrolētas testēšanas NACE TM0177 šķīdumā A (5% NaCl, 0,5% etiķskābe, piesātināta ar H₂S, pH 2,7, 25 grādi) tika noteikti šādi SSC sliekšņi:

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

30-60 MPa virsmas stiepes spriegums: 500-1000 h SSC sākuma laiks. Piemērots nekritiskam pakalpojumam ar periodisku pārbaudi.

Virsmas stiepes spriegums 60-100 MPa: SSC sākuma laiks 100-500 stundas. Plaisu izplatīšanās ātrums ir no 0,1 līdz 0,5 mm/h, kad tas ir izveidots.

SSC iniciācija pie virsmas stiepes sprieguma > 100 MPa < 24-100 h. Caurules atteice notiek dažu nedēļu laikā straujas plaisu izplatīšanās dēļ.

Sour Service zīmēšanas metodes izvēles rokasgrāmata

Tālāk esošajā tabulā ir pieņemta lēmumu matrica cauruļu vilkšanas procedūrām, pamatojoties uz sliktā pakalpojuma smagumu un sprieguma iedarbības virzienu.

Slikts apkalpošanas stāvoklis un H₂S iedarbības vieta Ieteicamā zīmēšanas metode Atlikušā stresa modelis un SSC riska mazināšana
Tikai ārēja H₂S iedarbība (caurule iegremdēta skābā sālījumā, iekšējā sausā vai inertā gāzē) Kontaktdakšas ievilkšana ar spriedzes samazināšanas atlaidināšanu Ārējā virsma ar kompresiju vai zemu spriegumu. Atlikušais stress<30 MPa. Max SSC resist.
Tikai iekšējai H2S iedarbībai (skābā gāze caurulē, tīra vide ārējā) Nogrimšana (iekšējās virsmas saspiešana) Spiedes spriegums uz iekšējo virsmu (50 līdz 80 MPa). Stiepes ārējā virsma, nav atklāta. Viss kārtībā.
Abas virsmas saskaras ar H2S (caurule iegremdēta skābā šķidrumā, iekšējā skābā gāze) Plus aizbāžņa izvilkšana, pilnīga spriegojuma samazināšana Atlikušais spriegums uz abām virsmām<15 MPa. Needed for double exposure. More expensive, but necessary.
Zems H2S daļējais spiediens (<0.1 psi), high pH (>4.5) Standarta serdeņa vilkšana bez spriedzes mazināšanas Iekšējās virsmas stiepes spriegums ir pieļaujams mazākas SSC bīstamības dēļ. Ceturkšņa pH monitorings.
High H2S partial pressure (>1 psi), zems pH (<4), Temperature >80oC spraudņa vilkšana, spriedzes atbrīvošana plus virsmas skrotis. Šāviens rada kompresijas slāni (150-200 MPa) neatkarīgi no zīmēšanas procedūras. Visuzticamākā.
Ārpus atlikušā stresa inženierijas -

SSC izplatīšanās laiks ir atkarīgs no sienas biezuma, nevis no SSC sākuma. Siena, kas ir biezāka (1,5 mm) un ar lielu atlikušo stiepes spriegumu (100 MPa), var arī saplaisāt, taču ir nepieciešams ilgāks laiks, lai plaisa tiktu cauri. Svarīgs ir arī caurules diametrs: lai panāktu tādu pašu vilkšanas samazinājumu, lielāki diametri (50 mm pret 20 mm) uzrāda lielāku atlikušo spriegumu, jo ir lielāka diferenciālā deformācija. Sliekšņa H2S koncentrācija SSC titānā ir aptuveni 0,01 psi parciālais spiediens 25 grādu temperatūrā un samazinās līdz 0,001 psi pie 80 grādiem. Leģēšanas piedevas 7. un 12. pakāpes titāna sakausējumos nodrošina daudz spēcīgāku SSC pretestību nekā 2. pakāpē ar par 50–100% augstāku atlikušā sprieguma toleranci.

Zinošas specifikācijas izveidošana

Sliktiem pakalpojumiem, norādot titāna sildītāja cauruli, iekļaujiet nepieciešamību izmērīt atlikušo spriegumu reprezentatīvā paraugā, izmantojot rentgenstaru difrakcijas vai caurumu{1}}urbšanas metodi. Ražošanas procedūra: - spraudņa rasējums - spriedzes samazināšanas atkvēlināšana (540 grādi, 30 minūtes, argona atmosfēra) Pieprasīt apstiprinājumu, ka garenvirsmas atlikušais spriegums ir mazāks vai vienāds ar 30 MPa (stiepe) uz jebkuras virsmas, kas pakļauta H2S iedarbībai. Norādiet 7. pakāpes titānu smagai skābuma iedarbībai (pH<3.5, H2S >0.1 psi, temperature >60 grādi) neatkarīgi no atlikušā sprieguma, ar virsmas apstrādi, lai nodrošinātu saspiešanas slāni. Pārbaudiet sildītāja cauruli reizi ceturksnī, izmantojot ekspluatācijā esošo elektriskās pretestības paņēmienu. Palielinājums par 5 līdz 10 procentiem norāda uz iespējamu SSC lūzuma sākumu un prasa ātru ultraskaņas pārbaudi. Inženieris izmanto zīmēšanas metodes atlasi un pēc{6}}apstrādi, lai regulētu atlikušās spriedzes modeļus un novērstu sulfīda spriegumu plaisāšanu, kas ir viens no sarežģītākajiem titāna skābuma apkalpošanas iekārtu atteices mehānismiem.