Ποιο είναι το μέγιστο επιτρεπόμενο κατώφλι ρωγμής διάβρωσης καταπόνησης σουλφιδίου 316 από ανοξείδωτο χάλυβα Θερμαντήρα στο διάλυμα NACE TM0177 A στις 24 μοίρες και 80 μοίρες

Θερμοκρασία Εξάρτηση SSC Ευαισθησία ωστενιτικού ανοξείδωτου χάλυβα

Ο έλεγχος της θερμοκρασίας-του κινδύνου διάβρωσης με θειούχα τάση (SSC) των ηλεκτρικών σωλήνων θέρμανσης σε περιβάλλοντα όξινης λειτουργίας (θερμοσίφωνες πετρελαίου, γεωθερμικά συστήματα ή θερμαντήρες διεργασιών διυλιστηρίου) δεν είναι-μονοτονικός, δηλαδή ο κίνδυνος δεν είναι απλώς συνάρτηση της θερμοκρασίας. Διαφορετικό από το SCC που προκαλείται από χλωρίδιο που είναι πιο σοβαρό με την αύξηση της θερμοκρασίας, το SSC των ωστενιτικών ανοξείδωτων χάλυβων όπως το 316 έχει μέγιστη ευαισθησία σε θερμοκρασία περιβάλλοντος (20-30 βαθμοί ) και μειώνεται σημαντικά σε υψηλές θερμοκρασίες (πάνω από 80 μοίρες). 316 σε NACE TM05{177 w% w%C οξύ, κορεσμένο με H2S σε 1 atm, pH ~ 2,7-3,0) έχει οριακή τάση για SSC περίπου 60-70% της αντοχής διαρροής του στους 24 βαθμούς. Αυτό σημαίνει ότι τάσεις μεγαλύτερες από 120-140 MPa (για ανόπτηση 316 με αντοχή διαρροής ~ 205 MPa) θα οδηγήσουν σε ρωγμές σε 720 ώρες. Στις 80 μοίρες το κατώφλι μετατοπίζεται προς τα πάνω για να φτάσει την αντοχή διαρροής (κοντά στα 200 MPa) δείχνοντας σημαντικά μικρότερη ευαισθησία SSC. Σε αυτό το έγγραφο, τα κατώφλια SSC για 316 περιβλήματα ποσοτικοποιούνται ως συνάρτηση της θερμοκρασίας.

Προέλευση της θερμοκρασίας-Εξαρτημένη ευαισθησία SSC

Η ρωγμή λόγω διάβρωσης από θειώδη τάση συμβαίνει όταν το ατομικό υδρογόνο που σχηματίζεται από την αντίδραση διάβρωσης (Fe + H2S → FeS + 2H) διαχέεται στον χάλυβα και ευθραυστεύει τη μικροδομή. Για τους ωστενιτικούς ανοξείδωτους χάλυβες, όπως ο 316, η διάχυση του υδρογόνου είναι αργή σε θερμοκρασία δωματίου, καθώς η κεντραρισμένη κυβική δομή (FCC) έχει ως αποτέλεσμα χαμηλή διάχυση υδρογόνου (περίπου 10-12 έως 10-11 cm2/s στους 25 βαθμούς έναντι 10-6 cm2/s για το fe). Ωστόσο, η ψυχρή εργασία, σε συνδυασμό με την υψηλή σκληρότητα και την υψηλή πυκνότητα εξάρθρωσης, μπορεί να κάνει το 316 ευαίσθητο. Σε υψηλότερες θερμοκρασίες (> 60-80 μοίρες) η ικανότητα διάχυσης του υδρογόνου αυξάνεται, αλλά η ανοχή στο υδρογόνο αυξάνεται επίσης επειδή οι εξαρθρώσεις μπορούν να μετατοπιστούν για να ανακουφίσουν τις τοπικές τάσεις. Επίσης ο ρυθμός διάβρωσης αυξάνεται με τη θερμοκρασία που οδηγεί σε περισσότερη παραγωγή υδρογόνου, αλλά η αντίδραση ανασυνδυασμού υδρογόνου είναι λιγότερο δηλητηριασμένη από H2S σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Ως εκ τούτου, η καθαρή συνέπεια είναι μια μέγιστη ευαισθησία για SSC μεταξύ 20 και 40 μοιρών και μια γρήγορη μείωση πάνω από 60 μοίρες.

Ποσοτικοποιημένα όρια SSC στις 24 μοίρες και 80 μοίρες

Η δοκιμή σταθερού φορτίου SSC του ανοπτημένου ανοξείδωτου χάλυβα 316, με σκληρότητα < 200 HV, στο διάλυμα Α NACE TM0177, έχει καθορίσει τις ακόλουθες οριακές τάσεις για ρωγμές κατά την κανονική περίοδο δοκιμής 720 ωρών.

Temperature (°C) Material Condition Yield Strength (0.2% offset, MPa) Threshold Stress for SSC (MPa, 720h)Threshold Stress as % of Yield SSC Susceptibility Rating 24 Annealed (150-180 HV) 205 120-140 60-70% Moderate 24 Cold-worked (20%, 250-300 HV) 400-500 80-120 (absolute) 20-30% High 24 Hard-drawn (>35% CW, >350 HV) 550-700<50 (absolute) <10%Severe 80Annealed 190 (derated) 170-190 90-100% Low 80 Cold-worked (20%) 350-450 250-350 70-80% Moderate 80 Hard-drawn (>35% CW) 500-650 300-500 60-70% Μέτρια
Η κρίσιμη αλληλεπίδραση της σκληρότητας-Αντίσταση SSC

Επιτρέπεται μέγιστη σκληρότητα 22 HRC (περίπου 250 HV) για ωστενιτικούς ανοξείδωτους χάλυβες σε ξινή υπηρεσία σύμφωνα με το NACE MR0175/ISO 15156 (η προδιαγραφή για υλικά σε περιβάλλοντα που περιέχουν H2S{{4}). Αυτό το όριο σκληρότητας αντιστοιχεί σε μέγιστο κρύο έργο περίπου 15-20%. Ο παρακάτω πίνακας παρέχει περιορισμούς σκληρότητας και τις επιπτώσεις τους στο SSC σε θερμοκρασία δωματίου.

Μέγιστη σκληρότητα (HRC) Μέγιστη σκληρότητα (HV) Ισοδύναμη Τάση κατωφλίου SSC ψυχρής εργασίας (MPa, 24 μοίρες, ανοπτημένη βάση) 316 Αποδεκτή ανά NACE MR0175<15 <180 0-5% (annealed) 140 Yes (with qualification)
15-20 180-230 5-12% 120 Ναι (περιορισμένο)
20-22 230-250 12-18% 100 Οριακό
22-25 250-280 18-25% 80 Unacceptable 25-30 280-330 25-35% 50 Unacceptable >30 >330 >35% <50 (extremely low) Unacceptable
Πρακτικές συστάσεις για εφαρμογές θερμαντήρα σέρβις ξινού

Οι ακόλουθες συστάσεις βασίζονται στη θερμοκρασία λειτουργίας για θερμαντήρες 316 με μανδύα για χρήση σε σέρβις H2S (μερική πίεση H2S πάνω από 0,05 psia ή συγκέντρωση πάνω από 10 ppm σε υγρό νερό).

Θερμοκρασία λειτουργίας ( βαθμός ) μερική πίεση H2S (psia) Μέγιστη σκληρότητα (HRC/HV) Συνιστώμενη θερμική επεξεργασία μετά την-διαμόρφωση Εναλλακτικό κράμα<30 <0.05 22/250 Stress relief 400-450°C 316 acceptable <30 0.05-0.5 20/230 Full solution anneal + stress relief 316L preferred <30 >0.5 18/210 Full solution anneal Duplex 2205 recommended 30-60 Any 22/250No need (reduced susceptibility) 316 acceptable 60-80 Any 25/280316 accept None necessary (low susceptibility) >80 Οποιοδήποτε Οποιοδήποτε (χωρίς κίνδυνο SSC)316 απολύτως αποδεκτό Δεν απαιτείται
Διάγνωση Πεδίου δυσλειτουργίας SSC

Η ρωγμή από SSC σε θηκάρια θερμαντήρα 316 είναι συνήθως διακοκκώδης (μέσω των κόκκων) και όχι διακοκκώδης, συχνά με διακλάδωση όπως το χλωριούχο SCC αλλά λόγω έλλειψης ουσιαστικών χλωριδίων. Υπάρχει μικρή πλαστική παραμόρφωση της επιφάνειας του κατάγματος που μπορεί να είναι επίπεδη και πολυεπίπεδη. Τα πιο πιθανά σημεία για ρωγμές είναι-κρύες επεξεργασμένες περιοχές (π.χ. η εξωτερική ακτίνα των στροφών) και οι θερμοκρασίες κάτω των 60 βαθμών . Εάν ένας θερμαντήρας αποτύχει από ένα σύστημα όξινου νερού, συμπεριλαμβανομένου του H 2 S, και η βλάβη είναι σε καμπή ή κρύα-εργαζόμενη περιοχή και η θερμοκρασία λειτουργίας είναι περιβάλλοντος στους 50 βαθμούς , θα πρέπει να υποψιαστείτε το SSC εάν η σκληρότητα ξεπερνά τα 250 HV, ανεξάρτητα από τη σκληρότητα.

Συμπέρασμα: Έλεγχος κινδύνου SSC μέσω ελέγχου θερμοκρασίας και σκληρότητας

316 stainless steel encased heaters in sour service (H2S-containing environments) have peak vulnerability to SSC at ambient to 40°C, and drops dramatically above 60°C. The threshold stress for SSC in NACE TM0177 Solution A at 24°C is about 60-70% of yield strength (120-140 MPa for annealed 316). At 80C the threshold climbs to near yield strength (170-190 MPa) suggesting substantially lesser danger. For sour service with 316 sheaths, NACE MR0175 requires that the hardness does not exceed 22 HRC (250 HV) when operating below 60°C. Hardness is less important for higher temperature operations (>60 μοίρες ) επομένως το 316 μπορεί να χρησιμοποιηθεί με ασφάλεια ακόμη και σε υψηλότερα επίπεδα ψυχρής εργασίας. Αυτό το πλαίσιο που περιγράφεται εδώ επιτρέπει στους αγοραστές να επιλέξουν 316 περιβλήματα ανθεκτικά στη διάβρωση από θειούχες καταπονήσεις σε ξινές συνθήκες σχετίζοντας τη θερμοκρασία, τη σκληρότητα και την οριακή τάση SSC.