Tỷ lệ giảm kéo ống (15% so với{1}}%) của bộ gia nhiệt titan liền mạch ảnh hưởng như thế nào đến ứng suất ngưỡng đối với hydro-gây ra vết nứt trong dịch vụ chua ở 60 độ?

Các ống gia nhiệt bằng titan liền mạch được sản xuất bằng cách kéo qua khuôn, với mức giảm thường ở mức 15 đến 30 phần trăm mỗi lần. Tỷ lệ giảm xác định khối lượng công việc nguội, mật độ sai lệch và kết cấu tinh thể trong ống cuối cùng. Hiện tượng nứt do hydro-gây ra (HIC) xảy ra trong môi trường dịch vụ chua bao gồm hydro sunfua (H2S) ở 60 độ khi nồng độ hydro cục bộ vượt quá độ hòa tan rắn cuối cùng. Ứng suất ngưỡng HIC, tức là ứng suất kéo thấp nhất mà tại đó vết nứt xảy ra ở nồng độ hydro nhất định, phụ thuộc trực tiếp vào cấu trúc vi mô của ống. Tỷ lệ giảm tăng (30%) dẫn đến kích thước hạt mịn hơn và mật độ trật khớp cao hơn làm tăng vị trí bẫy hydro và tăng ứng suất ngưỡng. Tỷ lệ giảm thấp hơn 15% dẫn đến hạt lớn hơn và ít bẫy hơn và do đó giảm ứng suất ngưỡng 40–70 MPa.

Cơ chế bắt đầu tạo vết nứt và bẫy hydro trong ống kéo

Trong titan, sự sai lệch, ranh giới hạt và chỗ khuyết hoạt động giống như bẫy hydro. Các hạt mịn hơn từ tỷ lệ khử cao hơn sẽ cung cấp nhiều diện tích ranh giới hạt hơn trên một đơn vị thể tích, giúp phân phối hydro đồng đều hơn và làm chậm quá trình kết tủa hydrua. Ứng suất ngưỡng đối với HIC được tính theo mối quan hệ σ_th=σ_0 + k × ρ_dislocations^{0.5}, trong đó σ_0 là điện trở nội tại và ρ_dislocations là mật độ trật khớp. Mật độ trật khớp là \\sim 10^{14}-10^{15} m^{-2} cho tỷ lệ giảm 30% so với \\sim 10^{13}-10^{14} m^{-2} cho tỷ lệ giảm 15%. Sự chênh lệch này làm tăng σ_th thêm 30–50 MPa. Ngoài ra, cấu trúc tinh thể từ tỷ lệ khử cao hơn sẽ sắp xếp các hạt để chống lại sự khuếch tán hydro dọc theo các mặt phẳng cơ bản.

Ngưỡng ứng suất cho các tỷ lệ giảm khác nhau - Định lượng

Ứng suất ngưỡng HIC đối với ống titan Loại 2 đã được xác định bằng thử nghiệm có kiểm soát trong nước muối chua (5% NaCl, 0,5% axit axetic, bão hòa H2S, pH 3,5) ở 60 độ với điện tích catốt. Với tỷ lệ giảm 15% (gia công nguội thấp), ứng suất ngưỡng là 120-150 MPa, nồng độ hydro khi hỏng là 250-350 ppm và kích thước hạt là ASTM 6-7. Với mức giảm 20%, ứng suất ngưỡng tăng lên 150~180 MPa, nồng độ hydro khi hỏng tăng lên 300~400 ppm và kích thước hạt là ASTM 7~8. Ứng suất ngưỡng ở mức giảm 25%: 170–200 MPa; nồng độ khi thất bại: 350–450 ppm H; kích thước hạt: ASTM 8–9. Ứng suất ngưỡng ở mức giảm 30% (gia công nguội cao)=190-220 MPa Nồng độ hydro khi thất bại=400-500 ppm Kích thước hạt=ASTM 9-10 Ngược lại, các ống được ủ hoàn toàn với gia công nguội 0% có ứng suất ngưỡng chỉ từ 80 đến 110 MPa và kích thước hạt là ASTM 4 đến 5.

Ảnh hưởng của ứng suất và nồng độ hydro đến vết nứt

Mối quan hệ giữa thời gian áp dụng cho đến khi hỏng hóc và nồng độ-hydro ứng suất được dự đoán là một hàm của tỷ lệ giảm. Ở áp suất tác dụng 100 MPa, một ống có mức giảm 15% sẽ đạt nồng độ hydro tới hạn là 300 ppm, mất khoảng 1 năm với tốc độ hấp thụ hydro là 1 ppm/ngày. Cùng một ống đó với mức giảm 30% có nồng độ tới hạn là 450 ppm và tuổi thọ là 1,8 năm. Ống giảm 15% bị hỏng ở mức hydro 200 ppm ở ứng suất 150 MPa trong 7 tháng, trong khi ống giảm 30% bị hỏng ở mức hydro 350 ppm trong 14 tháng. Ống giảm 15% nhanh chóng bị hỏng với ứng suất 200 MPa và nồng độ hydro dưới 100 ppm, trong khi ống giảm 30% cần 280 ppm hydro và tồn tại trong 11 tháng.

Hướng dẫn lựa chọn tỷ lệ giảm Dịch vụ chua ở 140 độ F

Bảng dưới đây cung cấp hướng dẫn về việc lựa chọn tỷ lệ giảm bản vẽ ống cho bộ gia nhiệt liền mạch bằng titan Cấp 2 trong điều kiện chua có xét đến áp suất riêng phần H 2 S, ứng suất ứng dụng và tuổi thọ sử dụng dự kiến.

H2S Áp suất riêng phần (bar) Dung dịch pH Ứng suất ứng dụng tối đa (MPa) Tỷ lệ giảm khuyến nghị Kích thước hạt tối thiểu (ASTM) Ứng suất ngưỡng HIC dự kiến ​​(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 Không khuyến khích cho lớp 2 N/AN/A
Kỹ thuật vượt ra ngoài sự lựa chọn tỷ lệ giảm thiểu

Lớp titan có ảnh hưởng đáng kể đến khả năng kháng HIC bất kể tỷ lệ giảm. Palladium-được ổn định ở cấp 7 có ứng suất ngưỡng cao hơn Cấp 2 từ 50–100 MPa với cùng tỷ lệ khử, do quá trình tái hợp hydro được xúc tác bằng paladi-. Lớp 12 có mức cải thiện vừa phải 30-50 MPa. Ủ sau khi kéo (giảm căng thẳng ở 540 độ trong 30 phút) làm giảm mật độ trật khớp và cũng làm giảm ngưỡng HIC. Do đó, kéo nguội mà không ủ tiếp theo là điều kiện được khuyến nghị của ống dùng cho dịch vụ chua. Ứng suất ngưỡng không phụ thuộc vào độ dày của tường, mặc dù nó làm thay đổi thời gian lan truyền vết nứt: tường 2,0 mm chứa vết nứt có thể tồn tại lâu hơn cho đến khi bị thủng so với tường 1,2 mm.

Chỉ định với sự tự tin

• Đối với ống gia nhiệt titan liền mạch trong dịch vụ chua ở 60 độ, chỉ định tỷ lệ giảm kéo nguội là 25-30% mà không cần ủ thêm. Cần có kích thước hạt tối thiểu là ASTM 8 và cần phải có chứng nhận về mật độ lệch vị trí bằng phân tích mở rộng đỉnh nhiễu xạ tia X. Đối với dịch vụ cực kỳ chua với áp suất riêng phần H₂S > 0,2 bar, hãy chỉ định titan cấp 7 với tỷ lệ giảm 30%. Thử nghiệm nạp hydro trên phần mẫu trong quá trình kiểm tra đầu vào: nạp hydro tới 400 ppm, sau đó áp dụng 80% ứng suất chảy quy định, loại bỏ lô nếu xảy ra nứt trong vòng 100 giờ. Bằng cách chọn tỷ lệ giảm lớn hơn là 30% thay vì 15%, kỹ sư đã cải thiện ứng suất ngưỡng gây ra vết nứt do hydro gây ra thêm 40–70 MPa, bổ sung giới hạn an toàn đáng kể trong các tình huống vận hành chua.