ट्यूब ड्राइंग से अनुदैर्ध्य अवशिष्ट तनाव पैटर्न खट्टा सेवा वातावरण में सल्फाइड तनाव क्रैकिंग की संवेदनशीलता को कैसे प्रभावित करता है?

हाइड्रोजन सल्फाइड (एच 2 एस) युक्त खट्टा सेवा की स्थिति धातु घटकों के लिए सबसे चुनौतीपूर्ण अनुप्रयोगों में से एक है। आम तौर पर, टाइटेनियम मिश्र धातुएं कार्बन और निम्न मिश्र धातु स्टील्स के विपरीत सल्फाइड स्ट्रेस क्रैकिंग (एसएससी) के प्रति प्रतिरोधी होती हैं। हालाँकि, टाइटेनियम कुछ शर्तों के तहत कमजोर हो सकता है - कम पीएच, उच्च क्लोराइड सांद्रता, 80 डिग्री से अधिक तापमान और तन्य तनाव की उपस्थिति। ट्यूब ड्राइंग के दौरान प्रेरित अनुदैर्ध्य अवशिष्ट तनाव का पैटर्न एसएससी के प्रति संवेदनशीलता को काफी प्रभावित करता है। एक खोखले बिलेट के माध्यम से खींचा गया खराद का धुरा ट्यूब ड्राइंग में व्यास और दीवार की मोटाई को कम कर देता है। विधि बाहरी सतह में तन्य तनाव और आंतरिक सतह में संपीड़न तनाव के साथ अवशिष्ट तनाव का एक विशिष्ट पैटर्न उत्पन्न करती है या इसके विपरीत, यह इस बात पर निर्भर करता है कि ट्यूब को आंतरिक खराद के बिना (सनक ड्राइंग) खींचा गया है या एक निश्चित खराद के ऊपर। तन्य अवशिष्ट तनाव के तहत सतह पर एसएससी आरंभ होने का जोखिम काफी बढ़ जाता है।

अवशिष्ट तनाव स्थलों पर एसएससी आरंभ का तंत्र

हाइड्रोजन उत्सर्जन, जो H₂S युक्त सेटिंग्स में होता है, को सल्फाइड स्ट्रेस क्रैकिंग कहा जाता है। हाइड्रोजन सल्फाइड हाइड्रोजन पुनर्संयोजन प्रक्रिया को विषाक्त कर देता है और परमाणु हाइड्रोजन को धातु की जाली में चला देता है। तन्य तनाव के तहत अवशोषित हाइड्रोजन त्रिअक्षीय तनाव एकाग्रता के स्थानों, जैसे अनाज की सीमाओं, समावेशन, या सतह दोषों तक फैल जाती है। हाइड्रोजन टाइटेनियम अनाज की सीमाओं की एकजुट ताकत को कम कर देता है और अंतर - या ट्रांसग्रेनुलर दरार प्रसार का कारण बनता है। सेवा में लगाए गए किसी भी तनाव (दबाव, थर्मल विस्तार, बढ़ते प्रतिबंध) को ट्यूब ड्राइंग से अवशिष्ट तन्य तनाव के साथ जोड़ा जाता है। एसएससी की शुरुआत तब होती है जब तन्य तनाव का योग एक सीमा मूल्य (खट्टी सेवा में टाइटेनियम के लिए उपज शक्ति का लगभग 40-60%) तक पहुंच जाता है। अनुदैर्ध्य दिशा विशेष चिंता का विषय है क्योंकि अक्षीय दिशा में दरारें ट्यूब दिशा में फैल जाएंगी जिसके परिणामस्वरूप भयावह विभाजन होगा।

विभिन्न तार खींचने की विधियों के लिए मात्रात्मक अवशिष्ट तनाव मान

ग्रेड 2 टाइटेनियम ट्यूबों पर एक्स-रे विवर्तन द्वारा मापे गए अवशिष्ट तनाव से विशिष्ट अनुदैर्ध्य सतह तनाव पैटर्न का पता चला:

धँसी हुई ड्राइंग (आंतरिक खराद के बिना, ट्यूब केवल बाहरी डाई द्वारा कम हो जाती है) बाहरी सतह पर 80 से 120 एमपीए का तन्य अवशिष्ट तनाव विकसित होता है। आंतरिक सतह पर संपीड़ित अवशिष्ट तनाव (50 से 80 एमपीए) उत्पन्न होते हैं। बाहरी H2S एक्सपोज़र तन्य बाहरी सतह में SSC का कारण बन सकता है।

मेन्ड्रेल ड्राइंग (स्थिर आंतरिक मेन्ड्रेल पर खींची गई ट्यूब): बाहरी सतह पर 40-70 एमपीए का संपीड़ित अवशिष्ट तनाव विकसित होता है। यह आंतरिक सतह पर 100-150 एमपीए का तन्य अवशिष्ट तनाव उत्पन्न करता है। आंतरिक तन्य सतह आंतरिक H2S एक्सपोज़र द्वारा SSC के प्रति संवेदनशील है।

प्लग ड्राइंग (फ्लोटिंग मैंड्रेल, मध्यम कटौती) 20 से 50 एमपीए पर दोनों पक्षों के साथ संतुलित अवशिष्ट तनाव पैटर्न (कमी अनुपात के आधार पर तन्य या संपीड़ित)। खट्टी सेवा के लिए सर्वोत्तम.

कोल्ड ड्राइंग + तनाव राहत एनीलिंग (540 डिग्री, 30 मिनट): ड्राइंग प्रक्रिया से स्वतंत्र दोनों सतहों पर अवशिष्ट तनाव <15 एमपीए तक कम हो गया। गंभीर खट्टा सेवा के लिए अच्छा है.

अवशिष्ट तनाव पैटर्न आधारित एसएससी संवेदनशीलता

NACE TM0177 सॉल्यूशन A (5% NaCl, 0.5% एसिटिक एसिड, H₂S से संतृप्त, pH 2.7, 25 डिग्री) में नियंत्रित परीक्षण के बाद, निम्नलिखित SSC सीमाएँ निर्धारित की गई हैं:

सतह तन्यता तनाव<30 MPa: No SSC initiation after 1000 hours. Safe for any sour service.

30-60एमपीए सतह तन्य तनाव: 500-1,000 घंटे एसएससी शुरुआत का समय। आवधिक निरीक्षण के साथ गैर-महत्वपूर्ण सेवा के लिए उपयुक्त।

सतह तन्यता तनाव 60-100 एमपीए: एसएससी प्रारंभ समय 100-500 घंटे। एक बार स्थापित होने पर दरार प्रसार दर 0.1 से 0.5 मिमी/घंटा होती है।

सतह तन्य तनाव पर एसएससी दीक्षा > 100 एमपीए <24-100 घंटे में। तेजी से दरार फैलने के कारण कुछ ही हफ्तों में ट्यूब में खराबी आ जाती है।

खट्टा सेवा ड्राइंग विधि चयन गाइड

नीचे दी गई तालिका खट्टा सेवा की गंभीरता और तनाव जोखिम की दिशा के आधार पर ट्यूब ड्राइंग प्रक्रियाओं के लिए एक निर्णय मैट्रिक्स है।

खट्टा सेवा शर्त और एच₂एस एक्सपोजर स्थान अनुशंसित ड्राइंग विधि अवशिष्ट तनाव पैटर्न और एसएससी जोखिम न्यूनीकरण
केवल बाहरी H₂S एक्सपोज़र (खट्टी नमकीन पानी, आंतरिक शुष्क या अक्रिय गैस में डूबी ट्यूब) तनाव राहत एनीलिंग के साथ प्लग ड्राइंग बाहरी सतह संपीड़न या कम तनाव के साथ। अवशिष्ट तनाव<30 MPa. Max SSC resist.
केवल आंतरिक H2S एक्सपोज़र (ट्यूब के अंदर खट्टी गैस, बाहरी स्वच्छ वातावरण) सनक ड्राइंग (अंदर की सतह संपीड़ित) आंतरिक सतह पर संपीड़न तनाव (50 से 80 एमपीए)। बाहरी सतह तन्य, उजागर नहीं। यह सब ठीक है।
दोनों सतहें H2S (खट्टे तरल, आंतरिक खट्टी गैस में डूबी हुई ट्यूब) द्वारा संपर्क की गईं, साथ ही प्लग ड्रा, पूर्ण तनाव से राहत, दोनों सतहों पर अवशिष्ट तनाव<15 MPa. Needed for double exposure. More expensive, but necessary.
कम H2S आंशिक दबाव (<0.1 psi), high pH (>4.5) मानक मेन्ड्रेल ड्रा से कोई तनाव कम नहीं होता है। एसएससी के कम खतरे के कारण आंतरिक सतह तन्यता तनाव की अनुमति है। त्रैमासिक पीएच निगरानी।
High H2S partial pressure (>1 पीएसआई), कम पीएच (<4), Temperature >80oC प्लग ड्राइंग, तनाव मुक्ति प्लस सतह शॉट पीनिंगशॉट पीनिंग ड्राइंग प्रक्रिया के बावजूद संपीड़न (150-200 एमपीए) की एक परत बनाता है। सबसे भरोसेमंद.
अवशिष्ट तनाव इंजीनियरिंग से परे -

एसएससी प्रसार का समय दीवार की मोटाई पर निर्भर करता है, एसएससी की शुरुआत पर नहीं। एक दीवार जो अधिक मोटी (1.5 मिमी) है और जिसमें एक बड़ा अवशिष्ट तन्य तनाव (100 एमपीए) है, वह भी टूट सकती है, लेकिन दरार पड़ने में अधिक समय लगता है। ट्यूब का व्यास भी महत्वपूर्ण है: समान ड्राइंग कमी के लिए, बड़े व्यास (50 मिमी बनाम 20 मिमी) उच्च अंतर विरूपण के कारण अवशिष्ट तनाव के उच्च परिमाण दिखाते हैं। टाइटेनियम में एसएससी के लिए थ्रेशोल्ड एच2एस सांद्रता 25 डिग्री पर लगभग 0.01 पीएसआई आंशिक दबाव है और 80 डिग्री पर घटकर 0.001 पीएसआई हो जाती है। ग्रेड 7 और ग्रेड 12 टाइटेनियम मिश्र धातुओं में मिश्र धातु जोड़ने से ग्रेड 2 की तुलना में कहीं अधिक मजबूत एसएससी प्रतिरोध होता है, जिसमें 50-100% अधिक अवशिष्ट तनाव सहनशीलता होती है।

एक ज्ञानपूर्ण विशिष्टता बनाना

खट्टा सेवा के लिए, टाइटेनियम हीटर ट्यूब को निर्दिष्ट करते समय, एक प्रतिनिधि नमूने में एक्स {{0} किरण विवर्तन या छेद - ड्रिलिंग विधि द्वारा अवशिष्ट तनाव को मापने की आवश्यकता शामिल करें। विनिर्माण प्रक्रिया: - प्लग ड्राइंग - तनाव राहत एनीलिंग (540 डिग्री, 30 मिनट, आर्गन वातावरण) पुष्टि का अनुरोध करें कि अनुदैर्ध्य सतह अवशिष्ट तनाव एच2एस के संपर्क में आने वाली किसी भी सतह पर 30 एमपीए (तन्यता) से कम या उसके बराबर है। गंभीर खट्टापन (पीएच) के लिए ग्रेड 7 टाइटेनियम निर्दिष्ट करें<3.5, H2S >0.1 psi, temperature >60 डिग्री) अवशिष्ट तनाव से स्वतंत्र, एक संपीड़ित परत प्रदान करने के लिए सतह शॉट पीनिंग उपचार के साथ। सेवा में विद्युत प्रतिरोध तकनीक का उपयोग करके हीटर ट्यूब का त्रैमासिक निरीक्षण करें। 5 से 10 प्रतिशत की वृद्धि संभावित एसएससी फ्रैक्चर की शुरुआत का संकेत देती है और इसके लिए तेजी से अल्ट्रासोनिक निरीक्षण की आवश्यकता होती है। इंजीनियर अवशिष्ट तनाव पैटर्न को विनियमित करने और सल्फाइड तनाव क्रैकिंग को रोकने के लिए ड्राइंग विधि चयन और पोस्ट प्रोसेसिंग का उपयोग करता है, जो टाइटेनियम खट्टा सेवा उपकरण के लिए सबसे कठिन विफलता तंत्रों में से एक है।