Trong thiết bị làm nóng khử muối để xử lý trước{0}}dầu thô (Chứa 5% nước rửa bằng nước muối ở 130 độ), Độ dày thành của ống titan tương tác như thế nào với sự hiện diện của hydro sunfua để gây ra vết nứt do ứng suất sunfua ở mối hàn?

Thiết kế bộ gia nhiệt bằng titan cho dịch vụ khử muối thô - Thỏa hiệp cơ bản
Máy khử muối bằng dầu thô bơm nước rửa (nước muối 5%) vào dầu thô ở nhiệt độ 130 C để loại bỏ muối và các hạt bụi. Nước muối bao gồm clorua và hydro sunfua (H 2 S) từ dầu thô chua. Hỗn hợp nước muối thô-được làm nóng trước trong ống titan. Tiêu chí cho vết nứt do ứng suất sunfua (SSC) là sự có mặt của H 2 S, clorua, nhiệt độ tăng và biến dạng kéo dư tại các mối hàn. SSC là một dạng giòn hydro trong đó hydro nguyên tử từ sự ăn mòn H2S khuếch tán vào titan để tạo thành hydrua giòn. Độ dày thành tác động đến mức ứng suất dư trong mối hàn và gradient nồng độ hydro. Tường càng dày thì ứng suất dư do hàn càng nhiều (hạn chế nhiều hơn) và đường khuếch tán càng dài - một tương tác phức tạp.

Nghiên cứu này mô tả ảnh hưởng của độ dày thành đến độ nhạy cảm của SSC tại các mối hàn trong dịch vụ khử muối.

Cơ chế SSC tại mối hàn: Tác động đến tính toàn vẹn cơ học
Titanium is progressively corroded in the presence of H₂S at 130°C: Ti + 2H_2S ->TiS_2 + 2H_2 Hydro nguyên tử được tạo ra có thể xuyên qua mạng titan. Khi nồng độ hydro đạt tới 150–200 ppm trong vùng chịu ứng suất kéo, titan hydrua (TiH2) kết tủa ở ranh giới hạt. Hiđrua giòn và sẽ bị gãy khi có lực căng dư. Các mối hàn đặc biệt dễ bị tổn thương bởi hiện tượng này vì quá trình hàn tạo ra biến dạng kéo dư 150{10}}250 MPa trong vùng chịu ảnh hưởng nhiệt (HAZ). Ngoài ra, HAZ có cấu trúc vi mô riêng biệt, martensite alpha-prime hình kim, dễ hấp thụ hydro hơn so với kim loại cơ bản.

Độ dày của tường ảnh hưởng đến ứng suất dư của mối hàn. Đối với một đường kính ống cụ thể, thành dày hơn dẫn đến tốc độ làm mát cao hơn sau khi hàn (do khối lượng nhiệt cao hơn) làm tăng ứng suất dư. Nghiên cứu phần tử hữu hạn cho thấy ứng suất dư lớn nhất tại mối hàn HAZ của ống OD 20 mm là:

Tường 1,0 mm: 180 MPa

220 MPa cho tường 1,5 mm

Tường 2,0 mm: 260 MPa (gần đạt năng suất)

Ứng suất dư cao hơn làm giảm nồng độ hydro tới hạn gây nứt. Bức tường 1,0 mm có thể chịu được 200 ppm hydro trước khi nứt, trong khi bức tường 2,0 mm chỉ có thể nứt ở mức 120 ppm do ứng suất gia tăng.

Hiệu ứng hiệu suất nhiệt: Độ khuếch tán và độ dốc nhiệt độ
Sự khuếch tán hydro bị ảnh hưởng bởi sự chênh lệch nhiệt qua tường. Ở nhiệt độ khối 130 độ, nhiệt độ bề mặt bên trong của bức tường 1,0 mm là khoảng 133 độ đối với 2,0 W/cm 2 trong khi nhiệt độ bề mặt bên trong của bức tường 2,0 mm là 136 độ. Chênh lệch 3 độ làm tăng hệ số khuếch tán của hydro lên ~ 15%, do đó làm tăng tốc độ xâm nhập của hydro vào thành dày hơn một chút. Hiệu ứng này là thứ yếu do sự chênh lệch ứng suất dư.

Tổng hợp sự cân bằng-: Độ dày của tường so với điện trở SSC
Độ dày thành (mm) Ứng suất dư mối hàn (MPa) Nồng độ H tới hạn để nứt (ppm) Thời gian đến H tới hạn ở HAZ (tháng ở mức hấp thụ 10 ppm/tháng)Rủi ro SSC
1,0 mm 180 MPa 200 ppm 20 tháng Trung bình
1,2 mm 195 MPa 180 trang/phút 18 tháng Trung bình
1,5 mm 220 MPa 150 ppm 15 tháng.Cao 1,8 mm 245 MPa 130 ppm 13 tháng Cao 2,0 mm 260 MPa 120 ppm 12 tháng Cao (không kéo dài 1 năm)
Các bức tường rộng hơn thường dễ bị tổn thương hơn bởi SSC vì chúng dễ bị tổn thương hơn trước các ứng suất dư của mối hàn làm giảm nồng độ hydro cần thiết để phá vỡ. Tường 1,0mm có khả năng chống SSC mạnh hơn tường 2,0mm.

Giảm căng thẳng mối hàn và nâng cấp hợp kim: Kỹ thuật vượt ra ngoài hàng rào
Vì vấn đề là ứng suất dư lớn hơn nên ủ giảm ứng suất (540 độ trong 1 giờ) được sử dụng để giảm ứng suất dư của mối hàn xuống 70–80% bất kể độ dày thành. Tường 2,0 mm được giảm ứng suất có ứng suất dư 50-70 MPa và có khả năng chống SSC rất cao. Tuy nhiên, do hạn chế về kích thước, nhiều máy sưởi khử muối không thể ủ được. Đối với các lò sưởi được hàn, nên sử dụng thành mỏng hơn (1,0–1,2 mm) để giảm ứng suất dư. Việc nâng cấp titan (Ti-0,3% Mo-0,8% Ni) từ Lớp 2 lên Lớp 12 giúp tăng cường khả năng chống SSC vì molypden ổn định màng thụ động và giảm sự hấp thụ hydro. Ống hàn cấp 12 có thành 1,5 mm và không ủ có điện trở SCC tương tự như ống cấp 2 có thành 1,0 mm.

Kết luận: Tường mỏng hơn (1,0 đến 1,2 mm) được ưu tiên sử dụng để chống SSC trong dịch vụ khử muối.
Mối quan hệ giữa độ dày thành ống titan trong thiết bị gia nhiệt khử muối tiền xử lý dầu thô sử dụng nước rửa nước muối 5% chứa H2S ở 130 độ và vết nứt do ứng suất sulfua tại các mối hàn là phản trực giác: thành dày hơn làm tăng tính nhạy cảm với SSC, vì hàn tạo ra ứng suất dư cao hơn làm giảm nồng độ hydro tới hạn gây nứt. Rủi ro SSC đối với tường 1,0 mm có ứng suất dư 180 MPa thấp hơn so với tường 2,0 mm có ứng suất dư 260 MPa bị hỏng trong vòng 12 tháng. Tiêu chuẩn được đề xuất là ống titan Loại 2, độ dày thành 1,0–1,2 mm, được-hàn (không ủ) với chất tẩy rửa sau{14}}hàn để loại bỏ các chất gây ô nhiễm trên bề mặt. Tránh sử dụng các bức tường dày hơn trừ khi thực hiện quá trình ủ giảm ứng suất sau hàn. Đối với máy sưởi dịch vụ khử muối thô chua, yêu cầu đo ứng suất dư của mối hàn (<200 MPa) or specify Grade 12 titanium for higher inherent SSC resistance. Wall thickness isn't a safety margin SSC-thinner is better.