كيف تؤثر نسبة تخفيض سحب الأنبوب (15% مقابل . 30%) لسخان التيتانيوم غير الملحوم على ضغط عتبة الهيدروجين - الناتج عن التكسير في الخدمة الحامضة عند 60 درجة؟
ترك رسالة
يتم إنتاج أنابيب التسخين المصنوعة من التيتانيوم غير الملحوم عن طريق السحب من خلال القوالب، مع تخفيضات عادة تتراوح بين 15 إلى 30 بالمائة لكل تمريرة. وتحدد نسبة التخفيض مقدار العمل البارد وكثافة التفكك والنسيج البلوري في الأنبوب النهائي. يحدث التكسير الناجم عن الهيدروجين - (HIC) في بيئات الخدمة الحمضية بما في ذلك كبريتيد الهيدروجين (H2S) عند درجة 60 عندما يتجاوز تركيز الهيدروجين المحلي قابلية الذوبان الصلبة الطرفية. يعتمد إجهاد عتبة HIC، أي أقل إجهاد شد يحدث عنده التشقق عند تركيز هيدروجين معين، بشكل مباشر على البنية المجهرية للأنبوب. تؤدي زيادة نسبة التخفيض (30٪) إلى حجم حبيبي أصغر وكثافة خلع أعلى مما يزيد من مواقع احتجاز الهيدروجين ويزيد من إجهاد العتبة. تؤدي نسبة التخفيض المنخفضة البالغة 15% إلى حبيبات أكبر ومصائد أقل وبالتالي تقليل ضغط العتبة بمقدار 40-70 ميجا باسكال.
آلية احتجاز الهيدروجين وبدء الشقوق في الأنبوب المسحوب
في التيتانيوم، تتصرف عمليات الخلع وحدود الحبوب والشواغر كمصائد هيدروجين. توفر الحبوب الدقيقة الناتجة عن نسب الاختزال الأعلى مساحة أكبر لحدود الحبوب لكل وحدة حجم، مما يوزع الهيدروجين بشكل أكثر توازناً ويؤخر ترسيب الهيدريد. يتم إعطاء إجهاد العتبة لـ HIC من خلال العلاقة σ_th=σ_0 + k × ρ_dislocations^{0.5}، حيث σ_0 هي المقاومة الجوهرية و ρ_dislocations هي كثافة الخلع. كثافات الخلع هي \\sim 10^{14}-10^{15} m^{-2} لنسبة تخفيض 30% مقابل \\sim 10^{13}-10^{14} m^{-2} لتخفيض 15%. يرفع هذا الاختلاف σ_th بمقدار 30-50 ميجا باسكال. أيضًا، يقوم التركيب البلوري الناتج عن نسب الاختزال الأعلى بمحاذاة الحبوب لمقاومة انتشار الهيدروجين على طول المستويات القاعدية.
إجهاد العتبة لنسب التخفيض المختلفة - الكمية
تم تحديد ضغوط عتبة HIC لأنابيب التيتانيوم من الدرجة الثانية عن طريق اختبار متحكم فيه في محلول ملحي حامض (5% كلوريد الصوديوم، 0.5% حمض أسيتيك، مشبع بكبريتيد الهيدروجين، درجة الحموضة 3.5) عند 60 درجة مع الشحن الكاثودي. مع نسبة التخفيض 15% (العمل البارد المنخفض)، يكون ضغط العتبة 120-150 ميجا باسكال، وتركيز الهيدروجين عند الفشل هو 250-350 جزء في المليون وحجم الحبوب هو ASTM 6-7. مع تخفيض بنسبة 20%، يزيد ضغط العتبة إلى 150 ~ 180 ميجا باسكال، ويرتفع تركيز الهيدروجين عند الفشل إلى 300 ~ 400 جزء في المليون وحجم الحبوب هو ASTM 7 ~ 8. إجهاد العتبة عند تخفيض 25%: 170-200 ميجاباسكال؛ التركيز عند الفشل: 350-450 جزء في المليون H؛ حجم الحبوب: ASTM 8-9. إجهاد العتبة عند تقليل 30% (العمل البارد العالي)=190-220 ميجا باسكال تركيز الهيدروجين عند الفشل=400-500 جزء في المليون حجم الحبوب=ASTM 9-10 في المقابل، فإن الأنابيب الملدنة بالكامل مع العمل البارد بنسبة 0% لها ضغط عتبة يبلغ 80 إلى 110 ميجا باسكال فقط وحجم حبيبات ASTM 4 إلى 5.
تأثير الإجهاد المطبق وتركيز الهيدروجين على التشقق
يتم التنبؤ بالعلاقات بين الوقت المطبق حتى الفشل وتركيز الهيدروجين الإجهادي-كدالة لنسبة الاختزال. عند ضغط مطبق قدره 100 ميجا باسكال، يصل الأنبوب الذي تم تقليله بنسبة 15% إلى تركيز هيدروجين حرج يبلغ 300 جزء في المليون، وهو ما يستغرق حوالي عام واحد بمعدل امتصاص هيدروجين قدره 1 جزء في المليون/اليوم. نفس الأنبوب ذو التخفيض بنسبة 30% له تركيز حرج يبلغ 450 جزء في المليون وعمره 1.8 سنة. يفشل أنبوب الاختزال بنسبة 15% عند مستوى هيدروجين 200 جزء في المليون عند ضغط مطبق 150 ميجاباسكال خلال 7 أشهر، بينما يفشل أنبوب الاختزال بنسبة 30% عند مستوى هيدروجين 350 جزء في المليون خلال 14 شهرًا. يفشل الأنبوب ذو التخفيض بنسبة 15% بسرعة عند الضغط المطبق بمقدار 200 ميجا باسكال وتركيز الهيدروجين أقل من 100 جزء في المليون، في حين أن الأنبوب ذو التخفيض بنسبة 30% يتطلب 280 جزء في المليون من الهيدروجين ويستمر لمدة 11 شهرًا.
دليل اختيار نسبة التخفيض: الخدمة الحامضة عند 140 درجة فهرنهايت
يقدم الجدول أدناه إرشادات حول اختيار نسبة تخفيض سحب الأنبوب للسخانات غير الملحومة المصنوعة من التيتانيوم من الدرجة 2 في الخدمة الحامضة مع الأخذ في الاعتبار الضغط الجزئي لكبريتيد الهيدروجين والضغط المطبق وعمر الخدمة المتوقع.
الضغط الجزئي لكبريتيد الهيدروجين (بار) المحلول الرقم الهيدروجيني الحد الأقصى للإجهاد المطبق (MPa) نسبة التخفيض الموصى بها الحد الأدنى لحجم الحبوب (ASTM) إجهاد عتبة HIC المتوقع (MPa)<0.05 >4.0 <100 15–20% 6 >150 0.05–0.10 3.5–4.0 100–150 20–25% 7 >180 0.10–0.20 3.0–3.5 150–200 25–30% 8 >200 0.20–0.50 2.5–3.0 150–180 30% plus Grade 7 9 >220 >0.50 <2.5 >150 غير موصى به للصف الثاني N/AN/A
الهندسة وراء اختيار نسبة التخفيض
درجة التيتانيوم لها تأثير كبير على مقاومة HIC بغض النظر عن نسبة التخفيض. البلاديوم-الدرجة 7 المستقرة له ضغوط عتبة أعلى بمقدار 50-100 ميجاباسكال من الدرجة 2 بنفس نسبة التخفيض، المنسوبة إلى البلاديوم-إعادة تركيب الهيدروجين المحفز. الصف 12 لديه تحسن معتدل من 30-50 ميجا باسكال. التلدين بعد الرسم (تخفيف الضغط عند 540 درجة لمدة 30 دقيقة) يقلل من كثافة الخلع ويقلل أيضًا من عتبة HIC. لذلك فإن السحب على البارد، دون التلدين اللاحق، هو الشرط الموصى به للأنبوب للخدمة الحامضة. إن إجهاد العتبة مستقل عن سماكة الجدار، على الرغم من أنه يغير مدة انتشار الكسر: جدار 2.0 ملم يحتوي على صدع قد يعيش لفترة أطول حتى ثقب من جدار 1.2 ملم.
حدد بثقة
• بالنسبة لأنبوب سخان التيتانيوم غير الملحوم في الخدمة الحامضة عند 60 درجة، حدد نسبة تخفيض مسحوبة على البارد تبلغ 25-30% بدون تلدين إضافي. مطلوب الحد الأدنى لحجم الحبوب ASTM 8، كما يلزم الحصول على شهادة كثافة الخلع عن طريق تحليل توسيع ذروة حيود الأشعة السينية. للحصول على خدمة شديدة الحموضة مع ضغط جزئي لـ H₂S > 0.2 بار، حدد التيتانيوم من الدرجة 7 بنسبة تخفيض 30%. اختبار شحن الهيدروجين على قسم العينة أثناء الفحص الوارد: اشحن حتى 400 جزء في المليون من الهيدروجين، ثم طبق 80% من إجهاد الخضوع المحدد، وارفض الدفعة في حالة حدوث تشقق خلال 100 ساعة. ومن خلال اختيار نسبة تخفيض أكبر تبلغ 30% بدلاً من 15%، يقوم المهندس بتحسين ضغط العتبة للتكسير الناتج عن الهيدروجين بمقدار 40-70 ميجا باسكال، مما يضيف هامش أمان كبير في حالات الخدمة الحامضة.
