كيف يؤثر نمط الإجهاد الطولي المتبقي من سحب الأنبوب على القابلية لتكسير إجهاد الكبريتيد في بيئات الخدمة الحامضة؟

تعد ظروف الخدمة الحامضة التي تحتوي على كبريتيد الهيدروجين (H 2 S) من بين التطبيقات الأكثر تحديًا للمكونات المعدنية. بشكل عام، تكون سبائك التيتانيوم مقاومة للتكسير الناتج عن إجهاد الكبريتيد (SSC) مقارنةً بالفولاذ الكربوني والفولاذ ذو السبائك المنخفضة-. ومع ذلك، يمكن أن يكون التيتانيوم عرضة للخطر في ظل ظروف معينة - انخفاض الرقم الهيدروجيني، وتركيزات عالية من الكلوريد، ودرجات حرارة تتجاوز 80 درجة ووجود ضغوط الشد. يؤثر نمط الإجهاد الطولي المتبقي الناتج أثناء سحب الأنبوب على قابلية الإصابة بالـ SSC بشكل كبير. الشياق الذي يتم سحبه من خلال قطعة معدنية مجوفة يقلل من القطر وسمك الجدار في سحب الأنبوب. تنتج الطريقة نمطًا مميزًا من الضغوط المتبقية مع ضغوط الشد في السطح الخارجي وضغوط الضغط في السطح الداخلي أو العكس، اعتمادًا على ما إذا كان الأنبوب مسحوبًا بدون شياق داخلي (سحب غاطس) أو فوق شياق ثابت. السطح تحت إجهاد الشد المتبقي معرض لخطر متزايد بشكل كبير لبدء SSC.

آلية بدء SSC في مواقع الإجهاد المتبقية

يُطلق على التقصف الهيدروجيني، الذي يحدث في الإعدادات المحتوية على H₂S، اسم تكسير إجهاد الكبريتيد. يسمم كبريتيد الهيدروجين عملية إعادة تركيب الهيدروجين ويدفع الهيدروجين الذري إلى الشبكة المعدنية. ينتشر الهيدروجين الممتص تحت إجهاد الشد إلى مواقع تركيز الإجهاد ثلاثي المحاور، مثل حدود الحبوب أو الشوائب أو العيوب السطحية. يقلل الهيدروجين من قوة التماسك لحدود حبيبات التيتانيوم ويسبب انتشار الشقوق بين - أو عبر الحبيبات. يتم جمع أي ضغوط تمارس أثناء الخدمة (الضغط، التمدد الحراري، قيود التركيب) مع ضغوط الشد المتبقية من سحب الأنبوب. يحدث بدء SSC عندما يصل مجموع إجهاد الشد إلى قيمة عتبة (حوالي 40-60% من قوة الخضوع للتيتانيوم في الخدمة الحامضة). يعد الاتجاه الطولي مصدر قلق خاص لأن الشقوق في الاتجاه المحوري سوف تنتشر في اتجاه الأنبوب مما يؤدي إلى انقسام كارثي.

قيم الإجهاد المتبقي الكمي لطرق سحب الأسلاك المختلفة

كشفت الضغوط المتبقية التي تم قياسها بواسطة -حيود الأشعة السينية على أنابيب التيتانيوم من الدرجة الثانية عن أنماط إجهاد سطحية طولية نموذجية:

السحب الغائر (بدون الشياق الداخلي، يتم تقليل الأنبوب بواسطة القوالب الخارجية فقط) ويطور السطح الخارجي إجهاد شد متبقٍ يتراوح من 80 إلى 120 ميجا باسكال. تنشأ الضغوط الضاغطة المتبقية (50 إلى 80 ميجا باسكال) على السطح الداخلي. يمكن أن يؤدي التعرض الخارجي لكبريتيد الهيدروجين إلى حدوث SSC في السطح الخارجي القابل للشد.

رسم الشياق (أنبوب مرسوم فوق الشياق الداخلي الثابت): يطور السطح الخارجي إجهادًا ضاغطًا متبقيًا يتراوح بين 40-70 ميجا باسكال. إنه يولد إجهاد الشد المتبقي من 100-150 ميجا باسكال على السطح الداخلي. يكون سطح الشد الداخلي عرضة لـ SSC عن طريق التعرض الداخلي لكبريتيد الهيدروجين.

رسم التوصيل (شياق عائم، تخفيض متوسط) نمط الإجهاد المتبقي المتوازن مع كلا الجانبين عند 20 إلى 50 ميجا باسكال (الشد أو الضغط اعتمادًا على نسبة التخفيض). الأفضل للخدمة الحامضة.

السحب على البارد + التلدين لتخفيف الإجهاد (540 درجة، 30 دقيقة): انخفضت السلالات المتبقية إلى <15 ميجاباسكال على كلا السطحين بشكل مستقل عن عملية السحب. جيد للخدمة الحامضة الشديدة.

نمط الإجهاد المتبقي على أساس قابلية SSC

بعد الاختبار الخاضع للرقابة في محلول NACE TM0177 A (5% كلوريد الصوديوم، 0.5% حمض أسيتيك، مشبع بـ H₂S، درجة الحموضة 2.7، 25 درجة)، تم تحديد عتبات SSC التالية:

إجهاد الشد السطحي<30 MPa: No SSC initiation after 1000 hours. Safe for any sour service.

30-60MPa إجهاد الشد السطحي: 500-1000 ساعة وقت بداية SSC. مناسبة للخدمة غير الحرجة مع الفحص الدوري.

إجهاد الشد السطحي 60-100 ميجا باسكال: وقت بدء SSC 100-500 ساعة. تتراوح معدلات انتشار التشققات من 0.1 إلى 0.5 ملم/ساعة بمجرد إنشائها.

بدء SSC عند إجهاد الشد السطحي > 100 ميجا باسكال في أقل من 24-100 ساعة. يحدث فشل الأنبوب في غضون بضعة أسابيع بسبب الانتشار السريع للشقوق.

دليل اختيار طريقة رسم الخدمة الحامضة

الجدول أدناه عبارة عن مصفوفة قرارات لإجراءات سحب الأنابيب بناءً على شدة الخدمة الحامضة واتجاه التعرض للإجهاد.

حالة الخدمة الحامضة وموقع التعرض لـ H₂S طريقة الرسم الموصى بها نمط الإجهاد المتبقي وتخفيف مخاطر SSC
التعرض الخارجي لـ H₂S فقط (أنبوب مغمور في محلول ملحي حامض أو غاز داخلي جاف أو خامل) يتم سحب التوصيل مع تخفيف الضغط وتليين السطح الخارجي بالضغط أو التوتر المنخفض. الإجهاد المتبقي<30 MPa. Max SSC resist.
التعرض الداخلي لكبريتيد الهيدروجين فقط (الغاز الحامض داخل الأنبوب، البيئة النظيفة الخارجية) السحب الغارق (ضغط السطح الداخلي) الضغط الضاغط على السطح الداخلي (50 إلى 80 ميجا باسكال). الشد السطح الخارجي، غير مكشوف. هذا كل الحق.
كلا السطحين يتلامسان مع كبريتيد الهيدروجين (أنبوب مغمور في سائل حامض، غاز حامض داخلي) بالإضافة إلى سحب القابس، تخفيف التوتر الكامل، الضغط المتبقي على كلا السطحين<15 MPa. Needed for double exposure. More expensive, but necessary.
انخفاض الضغط الجزئي لغاز H2S (<0.1 psi), high pH (>4.5) شياق قياسي لا يسحب أي تخفيف للضغط، يُسمح بإجهاد شد السطح الداخلي بسبب انخفاض خطر SSC. مراقبة درجة الحموضة ربع سنوية.
High H2S partial pressure (>1 رطل لكل بوصة مربعة)، درجة حموضة منخفضة (<4), Temperature >رسم المكونات 80 درجة مئوية، تحرير الإجهاد بالإضافة إلى الصقل السطحي بالرصاص يخلق طبقة من الضغط (150-200 ميجا باسكال) بغض النظر عن إجراء الرسم. الأكثر موثوقية.
ما وراء هندسة الإجهاد المتبقي -

يعتمد وقت انتشار SSC على سمك الجدار، وليس على بداية SSC. يمكن أيضًا أن يتشقق الجدار الذي يكون أكثر سمكًا (1.5 مم) والذي يحتوي على إجهاد شد متبقي كبير (100 ميجا باسكال)، لكن الأمر يستغرق وقتًا أطول حتى يمر الشق. قطر الأنبوب مهم أيضًا: بالنسبة لنفس تقليل الرسم، تظهر الأقطار الأكبر (50 مم مقابل 20 مم) مقادير أعلى من الإجهاد المتبقي، بسبب التشوه التفاضلي العالي. يبلغ تركيز عتبة H2S لـ SSC في التيتانيوم حوالي 0.01 رطل لكل بوصة مربعة من الضغط الجزئي عند 25 درجة وينخفض ​​إلى 0.001 رطل لكل بوصة مربعة عند 80 درجة. تؤدي إضافات صناعة السبائك في سبائك التيتانيوم من الدرجة 7 والصف 12 إلى مقاومة SSC أقوى بكثير مما كانت عليه في الدرجة 2، مع قدرة تحمل أعلى للضغط المتبقي بنسبة 50-100%.

صنع مواصفات المعرفة

بالنسبة للخدمة الحامضة، عند تحديد أنبوب سخان من التيتانيوم، يجب تضمين الحاجة إلى قياس الضغط المتبقي في عينة تمثيلية عن طريق حيود الأشعة السينية أو طريقة الحفر-. إجراءات التصنيع: - رسم سدادة - التلدين لتخفيف الإجهاد (540 درجة، 30 دقيقة، جو الأرجون) طلب تأكيد بأن الإجهاد الطولي المتبقي للسطح أقل من أو يساوي 30 ميجا باسكال (الشد) على أي سطح معرض لكبريتيد الهيدروجين. تحديد التيتانيوم من الدرجة 7 للخدمة الحامضية الشديدة (درجة الحموضة<3.5, H2S >0.1 psi, temperature >60 درجة) مستقلة عن الإجهاد المتبقي، مع معالجة السطح بالرصاص لتوفير طبقة ضاغطة. فحص أنبوب السخان بشكل ربع سنوي باستخدام تقنية المقاومة الكهربائية الموجودة في الخدمة. تشير الزيادة بنسبة 5 إلى 10 بالمائة إلى احتمال بداية كسر في SSC وتتطلب فحصًا سريعًا بالموجات فوق الصوتية. يستخدم المهندس اختيار طريقة الرسم والمعالجة اللاحقة- لتنظيم أنماط الإجهاد المتبقية ومنع التشقق الناتج عن إجهاد الكبريتيد، والذي يعد واحدًا من أصعب آليات الفشل لمعدات خدمة حامض التيتانيوم.