Kuidas mõjutab titaantoru seina paksus koostoimes vesiniksulfiidiga toornafta eeltöötlemise{0}}soojendis (sisaldab 5% soolveega pesuvett 130 kraadi juures) ja põhjustab keevisõmblustes sulfiidist tingitud lõhenemist?

Titaanküttekeha disain toornafta mahasaatmise teenuse jaoks - Põhiline kompromiss
Toornafta soolade eemaldajad süstivad pesuvett (5% soolvees) toornafta 130 C juures, et eemaldada sool ja tahked osakesed. Soolvesi sisaldab kloriide ja vesiniksulfiidi (H 2 S) hapu toornaftast. Toor-soolvee kombinatsioon on eelkuumutatud titaantorudes. Sulfiidipinge pragunemise (SSC) kriteeriumid on H 2 S, kloriidide, kõrgendatud temperatuuri ja tõmbejälgede olemasolu keevisliidetes. SSC on omamoodi vesiniku rabestumine, kus H2S korrosioonist tekkinud aatomvesinik difundeerub titaani, moodustades rabedaid hüdriide. Seina paksus mõjutab keevisõmbluste jääkpinge taset ja vesiniku kontsentratsiooni gradienti. Mida paksem on sein, seda rohkem on keevitamisel tekkivaid jääkpingeid (rohkem piiranguid) ja seda pikemad on difusiooniteed - keeruline vastastikmõju.

See uurimine kirjeldab seina paksuse mõju SSC tundlikkusele keevisliidete korral soolaeemaldusteenuses.

SSC mehhanism keevisõmblustes: mõju mehaanilisele terviklikkusele
Titanium is progressively corroded in the presence of H₂S at 130°C: Ti + 2H_2S ->TiS_2 + 2H_2 Nii toodetud vesinikuaatom võib tungida läbi titaanvõre. Kui vesiniku kontsentratsioon läheneb tõmbepinge piirkonnas 150–200 ppm-le, sadestub tera piiridel titaanhüdriid (TiH2). Hüdriid on rabe ja puruneb jääkpinge korral. Keevisliited on selle suhtes eriti tundlikud, kuna keevitamine tekitab kuumusest mõjutatud tsoonis (HAZ) jääktõmbejõu 150-250 MPa. Lisaks on HAZ-il selge mikrostruktuur, nõelakujuline alfa-prime martensiit, mis neelab vesinikku kergemini kui mitteväärismetall.

Seina paksus mõjutab keevisõmbluse jääkpinget. Konkreetse toru läbimõõdu korral põhjustab paksem sein pärast keevitamist suuremat jahutuskiirust (suurema soojusmassi tõttu), mis suurendab jääkpinget. Lõplike elementide uuring näitab, et 20 mm läbimõõduga toru keevisõmbluse HAZ maksimaalne jääkpinge on:

Sein 1,0 mm: 180 MPa

220 MPa 1,5 mm seina jaoks

2,0 mm sein: 260 MPa (lähedane tootlikkusele)

Suurem jääkpinge vähendab pragunemise kriitilist vesiniku kontsentratsiooni. 1,0 mm sein võib enne pragunemist taluda 200 ppm vesinikku, samas kui 2,0 mm sein võib suurenenud pinge tõttu praguneda ainult 120 ppm juures.

Termilise jõudluse efekt: difusioon ja temperatuurigradient
Vesiniku difusiooni mõjutab soojusdiferentsiaal üle seina. Puistetemperatuuril 130 kraadi on 1,0 mm seina sisepinna temperatuur 2,0 W/cm 2 korral umbes 133 kraadi, 2,0 mm seina puhul aga 136 kraadi. 3-kraadine erinevus tõstab vesiniku difusioonikoefitsienti ~ 15%, kiirendades sellega veidi vesiniku sisenemist paksemasse seina. See mõju on sekundaarne jääkpinge erinevusest.

Kaubanduse süntees{0}}väljas: seina paksus vs. SSC takistus
Seina paksus (mm) Keevisõmbluse jääkpinge (MPa) Kriitiline H kontsentratsioon pragunemiseks (ppm) Aeg kriitilise H-ni HAZ-i juures (kuud 10 ppm/kuu neeldumisel) Risk SSC
1,0 mm 180 MPa 200 ppm 20 kuud Mõõdukas
1,2 mm 195 MPa 180 ppm 18 kuud Keskmine
1,5 mm 220 MPa 150 ppm 15 kuud. Kõrge 1,8 mm 245 MPa 130 ppm 13 kuud Kõrge 2,0 mm 260 MPa 120 ppm 12 kuud Kõrge (ei kesta 1 aasta)
Laiemad seinad on tavaliselt SSC suhtes tundlikumad, kuna need on tundlikumad keevisõmbluse jääkpingetele, mis vähendavad purunemiseks vajalikku vesiniku kontsentratsiooni. 1,0 mm seinal on tugevam vastupidavus SSC-le kui 2,0 mm seinal.

Keevisõmbluse pinge leevendamine ja sulamite täiustamine: tehniline aia taga
Kuna probleemiks on suurem jääkpinge, kasutatakse pingevaba lõõmutamist (540 kraadi 1 tund), et vähendada keevisõmbluse jääkpinget 70–80% sõltumata seina paksusest. 2,0 mm pingevaba seina jääkpinge on 50-70 MPa ja see on väga SSC-kindel. Suurusepiirangute tõttu ei saa aga paljusid soolaeemaldusseadmeid lõõmutada. Keevitatud küttekehade puhul on jääkpinge vähendamiseks soovitatav kasutada õhemaid seinu (1,0–1,2 mm). Titaani (Ti-0,3% Mo-0,8% Ni) täiendamine 2. klassist 12. klassini suurendab SSC vastupidavust, kuna molübdeen stabiliseerib passiivset kilet ja vähendab vesiniku neeldumist. 12. klassi keevitatud torul, millel on 1,5 mm seina ja ilma lõõmutamiseta, on SCC-takistus sarnane 1,0 mm seinaga 2. klassi torule.

Järeldus: SSC-kindluse jaoks eelistatakse soolaeemaldusteenuses õhemat seina (1,0–1,2 mm).
Seos titaantorude seina paksuse vahel toornafta eeltöötlemissoojendisoojendis, milles kasutatakse 5% soolveega pesuvett, mis sisaldab 130 kraadi H2S, ja keevisõmblustes tekkiva sulfiidpinge pragunemise vahel on vastuoluline: paksemad seinad suurendavad vastuvõtlikkust SSC-le, kuna keevitamine tekitab suurema jääkpinge, mis alandab praguneva kriitilise vesiniku kontsentratsiooni. SSC risk oli väiksem 1,0 mm seina puhul, mille jääkpinge oli 180 MPa, kui 2,0 mm seina puhul, mille jääkpinge oli 260 MPa, mis ebaõnnestus 12 kuu jooksul. Soovitatav standard on 2. klassi titaantoru, seinapaksus 1,0–1,2 mm, mis on-keevitatud (ilma lõõmutamiseta) koos keevisõmbluse järgse peitsimisega, et eemaldada pinnasaaste. Vältige paksemate seinte kasutamist, välja arvatud juhul, kui tehakse keevitusjärgset pinget leevendavat lõõmutamist. Hapu toorsoola eemaldamise teenindussoojendite puhul on vaja keevisõmbluse jääkpinge mõõtmist (<200 MPa) or specify Grade 12 titanium for higher inherent SSC resistance. Wall thickness isn't a safety margin SSC-thinner is better.