Σε έναν θερμαντήρα αφαλάτωσης για προεπεξεργασία αργού πετρελαίου (Περιέχει 5% νερό πλύσης με άλμη στους 130 βαθμούς ), Πώς αλληλεπιδρά το πάχος του τοιχώματος του σωλήνα τιτανίου με την παρουσία υδρόθειου για να προκαλέσει ρωγμές καταπόνησης σουλφιδίου στις συγκολλήσεις;

Σχεδιασμός θερμαντήρα τιτανίου για υπηρεσία ακατέργαστου αφαλάτωσης - Ο βασικός συμβιβασμός
Οι αφαλατητές αργού πετρελαίου εγχέουν νερό πλύσης (5% άλμη) σε ακατέργαστο λάδι στους 130 C για να αφαιρέσουν το αλάτι και τα σωματίδια. Η άλμη περιλαμβάνει χλωρίδια και υδρόθειο (H 2 S) από ξινό ακατέργαστο λάδι. Ο συνδυασμός ακατέργαστου-άλμης προθερμαίνεται σε σωλήνες τιτανίου. Τα κριτήρια για την πυρόλυση από καταπόνηση σουλφιδίου (SSC) είναι η παρουσία H 2 S, χλωριδίων, αυξημένης θερμοκρασίας και υπολειπόμενων καταπονήσεων εφελκυσμού στους συγκολλημένους αρμούς. Το SSC είναι ένα είδος ευθραυστότητας υδρογόνου όπου το ατομικό υδρογόνο από τη διάβρωση H2S διαχέεται στο τιτάνιο για να σχηματίσει εύθραυστα υδρίδια. Το πάχος του τοιχώματος επηρεάζει το επίπεδο υπολειπόμενης τάσης στις συγκολλήσεις και τη βαθμίδα συγκέντρωσης υδρογόνου. Όσο πιο παχύ είναι το τοίχωμα, τόσο περισσότερες υπολειμματικές τάσεις από τη συγκόλληση (περισσότερος περιορισμός) και τόσο μεγαλύτερες είναι οι διαδρομές διάχυσης - μια πολύπλοκη αλληλεπίδραση.

Αυτή η έρευνα περιγράφει την επίδραση του πάχους τοιχώματος στην ευαισθησία SSC σε συγκολλημένες αρθρώσεις σε υπηρεσία αφαλατωτή.

SSC Mechanism at Welds: Impact on Mechanical Integrity
Titanium is progressively corroded in the presence of H₂S at 130°C: Ti + 2H_2S ->TiS_2 + 2H_2 Το ατομικό υδρογόνο που παράγεται μπορεί να διεισδύσει στο πλέγμα τιτανίου. Όταν η συγκέντρωση του υδρογόνου πλησιάζει τα 150–200 ppm σε μια περιοχή εφελκυστικής τάσης, το υδρίδιο του τιτανίου (TiH2) καθιζάνει στα όρια των κόκκων. Το υδρίδιο είναι εύθραυστο και θα σπάσει με υπολειπόμενη τάση. Οι συγκολλημένοι σύνδεσμοι είναι ιδιαίτερα ευάλωτοι σε αυτό, καθώς η συγκόλληση παράγει υπολειμματικές τάσεις εφελκυσμού 150-250 MPa στη ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα (HAZ). Επιπλέον, το HAZ έχει μια ξεχωριστή μικροδομή, βελονοειδή άλφα-πρώτο μαρτενσίτη, ο οποίος απορροφά πιο εύκολα το υδρογόνο από το βασικό μέταλλο.

Το πάχος του τοιχώματος επηρεάζει την υπολειμματική τάση συγκόλλησης. Για μια συγκεκριμένη διάμετρο σωλήνα, ένα παχύτερο τοίχωμα έχει ως αποτέλεσμα υψηλότερο ρυθμό ψύξης μετά τη συγκόλληση (λόγω της υψηλότερης θερμικής μάζας) που αυξάνει την υπολειμματική τάση. Η μελέτη πεπερασμένων στοιχείων δείχνει ότι η μέγιστη υπολειμματική τάση στο HAZ συγκόλλησης ενός σωλήνα OD 20 mm είναι:

Τοίχος 1,0 mm: 180 MPa

220 MPa για τοίχο 1,5 mm

Τοίχωμα 2,0 mm: 260 MPa (κοντά στην απόδοση)

Η υψηλότερη υπολειμματική τάση μειώνει την κρίσιμη συγκέντρωση υδρογόνου για τη διάσπαση. Ένα τοίχωμα 1,0 mm μπορεί να αντέξει 200 ​​ppm υδρογόνου πριν από τη ρωγμή, ενώ ένα τοίχωμα 2,0 mm μπορεί να ραγίσει μόνο στα 120 ppm λόγω της αυξημένης τάσης.

Επίδραση Θερμικής Απόδοσης: Διάχυση και Διαβάθμιση θερμοκρασίας
Η διάχυση του υδρογόνου επηρεάζεται από τη διαφορά θερμότητας κατά μήκος του τοίχου. Σε θερμοκρασία όγκου 130 μοιρών, η θερμοκρασία εσωτερικής επιφάνειας ενός τοίχου 1,0 mm είναι περίπου 133 μοίρες για 2,0 W/cm 2 ενώ αυτή ενός τοίχου 2,0 mm είναι 136 μοίρες. Η διαφορά 3 μοιρών αυξάνει τον συντελεστή διάχυσης του υδρογόνου κατά ~15%, επιταχύνοντας έτσι οριακά την είσοδο υδρογόνου για το παχύτερο τοίχωμα. Αυτή η επίδραση είναι δευτερεύουσα στη διαφορά της υπολειπόμενης τάσης.

Σύνθεση εμπορίου-απενεργοποιημένη: Πάχος τοιχώματος έναντι αντίστασης SSC
Πάχος τοιχώματος (mm) Υπολειμματική τάση συγκόλλησης (MPa) Κρίσιμη συγκέντρωση H για ρωγμές (ppm) Χρόνος έως το κρίσιμο H σε HAZ (μήνες σε 10 ppm/μήνα απορρόφηση) Κίνδυνος SSC
1,0 mm 180 MPa 200 ppm 20 μήνες Μέτρια
1,2 mm 195 MPa 180 ppm 18 μήνες Μεσ
1,5 mm 220 MPa 150 ppm 15 μήνες. Υψηλό 1,8 mm 245 MPa 130 ppm 13 μήνες Υψηλό 2,0 mm 260 MPa 120 ppm 12 μήνες Υψηλό (δεν διαρκεί 1 έτος)
Τα ευρύτερα τοιχώματα είναι συνήθως πιο ευάλωτα στο SSC επειδή είναι πιο ευάλωτα σε υπολειμματικές τάσεις συγκόλλησης που μειώνουν την απαιτούμενη συγκέντρωση υδρογόνου για θραύση. Ένας τοίχος 1,0 mm έχει ισχυρότερη αντίσταση στο SSC από έναν τοίχο 2,0 mm.

Ανακούφιση καταπόνησης συγκόλλησης και αναβάθμιση κραμάτων: Μηχανική πέρα ​​από το φράχτη
Δεδομένου ότι το πρόβλημα είναι η μεγαλύτερη υπολειμματική τάση, χρησιμοποιείται ανόπτηση ανακούφισης τάσης (540 μοίρες για 1 ώρα) για τη μείωση της υπολειπόμενης τάσης συγκόλλησης κατά 70-80% ανεξάρτητα από το πάχος του τοιχώματος. Ένας τοίχος 2,0 mm που εκτονώνεται από τάσεις έχει υπολειπόμενη τάση 50-70 MPa και είναι πολύ ανθεκτικός σε SSC. Ωστόσο, λόγω περιορισμών μεγέθους, πολλοί θερμαντήρες αφαλάτωσης δεν μπορούν να ανόπτονται. Για θερμαντήρες με συγκόλληση, συνιστώνται λεπτότερα τοιχώματα (1,0–1,2 mm) για μείωση της υπολειπόμενης τάσης. Η αναβάθμιση του τιτανίου (Ti-0,3% Mo-0,8% Ni) από Βαθμού 2 σε Βαθμού 12 ενισχύει την αντίσταση SSC επειδή το μολυβδαίνιο σταθεροποιεί το παθητικό φιλμ και μειώνει την απορρόφηση υδρογόνου. Ένας συγκολλημένος σωλήνας βαθμού 12 με τοίχωμα 1,5 mm και χωρίς ανόπτηση έχει αντίσταση SCC παρόμοια με έναν σωλήνα Βαθμού 2 με τοίχωμα 1,0 mm.

Συμπέρασμα: Το λεπτότερο τοίχωμα (1,0 έως 1,2 mm) προτιμάται για αντοχή σε SSC στην υπηρεσία αφαλάτωσης.
Η σχέση μεταξύ του πάχους τοιχώματος των σωλήνων τιτανίου σε έναν θερμαντήρα αφαλάτωσης προεπεξεργασίας αργού πετρελαίου που χρησιμοποιεί νερό πλύσης με άλμη 5% που περιέχει H2S στους 130 βαθμούς και της ρωγμής με τάση σουλφιδίου στις συγκολλήσεις είναι αντίθετη: τα παχύτερα τοιχώματα αυξάνουν την ευαισθησία στο SSC, επειδή η συγκόλληση παράγει υψηλότερες υπολειμματικές τάσεις που μειώνουν την κρίσιμη ρωγμή. Ο κίνδυνος SSC ήταν χαμηλότερος για τοίχο 1,0 mm με υπολειπόμενη τάση 180 MPa από ό,τι για τοίχο 2,0 mm με υπολειπόμενη τάση 260 MPa που απέτυχε μέσα σε 12 μήνες. Το συνιστώμενο πρότυπο είναι ο σωλήνας τιτανίου Βαθμού 2, πάχους τοιχώματος 1,0–1,2 mm, όπως-συγκολλημένος (χωρίς ανόπτηση) με αποκόλληση μετά{14}συγκόλλησης για την αφαίρεση επιφανειακών ρύπων. Αποφύγετε τη χρήση παχύτερων τοίχων, εκτός εάν πραγματοποιηθεί ανόπτηση ανακούφισης από την τάση μετά τη συγκόλληση. Για θερμαντήρες υπηρεσίας αφαλατωτή ξινής ακατέργαστης ποσότητας, απαιτήστε μέτρηση υπολειπόμενης τάσης συγκόλλησης (<200 MPa) or specify Grade 12 titanium for higher inherent SSC resistance. Wall thickness isn't a safety margin SSC-thinner is better.