एनएसीई टीएम0177 सॉल्यूशन ए में 316 स्टेनलेस स्टील हीटर शीथ प्रदर्शनी 24 डिग्री और 80 डिग्री पर अधिकतम स्वीकार्य सल्फाइड तनाव संक्षारण क्रैकिंग थ्रेशोल्ड क्या करता है

ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील की एसएससी संवेदनशीलता की तापमान निर्भरता

खट्टा सेवा वातावरण (तेल क्षेत्र वॉटर हीटर, भू-तापीय प्रणाली, या रिफाइनरी प्रक्रिया हीटर) में इलेक्ट्रिक हीटिंग ट्यूबों के सल्फाइड तनाव संक्षारण क्रैकिंग (एसएससी) के जोखिम का तापमान नियंत्रण गैर-{1}मोनोटोनिक है, यानी जोखिम केवल तापमान का कार्य नहीं है। क्लोराइड प्रेरित एससीसी से भिन्न जो तापमान बढ़ने के साथ अधिक गंभीर है, 316 जैसे ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील्स के एसएससी में परिवेश के तापमान (20-30 डिग्री) पर अधिकतम संवेदनशीलता होती है, और ऊंचे तापमान (80 डिग्री से अधिक) पर बहुत कम हो जाती है। ~ 2.7-3.0) में एसएससी के लिए 24 डिग्री पर इसकी उपज शक्ति का लगभग 60-70% थ्रेसहोल्ड तनाव है। इसका मतलब यह है कि 120-140 एमपीए (उपज क्षमता ~ 205 एमपीए के साथ एनील्ड 316 के लिए) से अधिक तनाव 720 घंटों में दरार का कारण बनेगा। 80 डिग्री पर थ्रेशोल्ड उपज शक्ति (200 एमपीए के करीब) तक पहुंचने के लिए ऊपर की ओर स्थानांतरित हो जाता है, जो काफी कम एसएससी संवेदनशीलता दर्शाता है। इस पेपर में, 316 शीथ के लिए एसएससी थ्रेसहोल्ड को तापमान के एक फ़ंक्शन के रूप में निर्धारित किया गया है।

तापमान की उत्पत्ति-निर्भर एसएससी संवेदनशीलता

सल्फाइड तनाव संक्षारण क्रैकिंग तब होती है जब संक्षारण प्रतिक्रिया (Fe + H2S → FeS + 2H) से बनने वाला परमाणु हाइड्रोजन स्टील में फैल जाता है और सूक्ष्म संरचना को भंगुर कर देता है। 316 जैसे ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील के लिए, कमरे के तापमान पर हाइड्रोजन का प्रसार धीमा होता है क्योंकि सतह केंद्रित घन (एफसीसी) संरचना के परिणामस्वरूप कम हाइड्रोजन प्रसार होता है (25 डिग्री पर लगभग 10-12 से 10-11 सेमी2/सेकेंड जबकि फेरिटिक स्टील के लिए 10-6 सेमी2/सेकेंड)। हालाँकि, उच्च कठोरता और उच्च अव्यवस्था घनत्व के साथ मिलकर ठंडा काम, 316 को अतिसंवेदनशील बना सकता है। उच्च तापमान (> 60-80 डिग्री) पर हाइड्रोजन की विसरणशीलता बढ़ जाती है, लेकिन हाइड्रोजन के प्रति सहनशीलता भी बढ़ जाती है क्योंकि स्थानीय तनाव को दूर करने के लिए अव्यवस्थाएं स्थानांतरित हो सकती हैं। इसके अलावा तापमान के साथ संक्षारण दर भी बढ़ती है जिससे अधिक हाइड्रोजन उत्पादन होता है, लेकिन उच्च तापमान पर एच 2 एस द्वारा हाइड्रोजन पुनर्संयोजन प्रतिक्रिया कम जहरीली होती है। इसलिए शुद्ध परिणाम 20 और 40 डिग्री के बीच एसएससी के लिए अधिकतम संवेदनशीलता और 60 डिग्री से ऊपर त्वरित कमी है।

24 डिग्री और 80 डिग्री पर परिमाणित एसएससी सीमाएं

एनएसीई टीएम0177 सॉल्यूशन ए में <200 एचवी की कठोरता के साथ एनील्ड 316 स्टेनलेस स्टील के निरंतर लोड एसएससी परीक्षण ने सामान्य 720 घंटे की परीक्षण अवधि में क्रैकिंग के लिए निम्नलिखित सीमा तनाव स्थापित किए हैं।

Temperature (°C) Material Condition Yield Strength (0.2% offset, MPa) Threshold Stress for SSC (MPa, 720h)Threshold Stress as % of Yield SSC Susceptibility Rating 24 Annealed (150-180 HV) 205 120-140 60-70% Moderate 24 Cold-worked (20%, 250-300 HV) 400-500 80-120 (absolute) 20-30% High 24 Hard-drawn (>35% CW, >350 एचवी) 550-700<50 (absolute) <10%Severe 80Annealed 190 (derated) 170-190 90-100% Low 80 Cold-worked (20%) 350-450 250-350 70-80% Moderate 80 Hard-drawn (>35% सीडब्ल्यू) 500-650 300-500 60-70% मध्यम
कठोरता की महत्वपूर्ण अंतःक्रिया-एसएससी प्रतिरोध

NACE MR0175/ISO 15156 (H₂S युक्त वातावरण में सामग्रियों के लिए विनिर्देश) के अनुसार खट्टा सेवा में ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील्स के लिए 22 एचआरसी (लगभग 250 एचवी) की अधिकतम कठोरता की अनुमति है। यह कठोरता सीमा अधिकतम 15-20% ठंडे काम से मेल खाती है। नीचे दी गई तालिका कमरे के तापमान पर कठोरता की सीमाएं और एसएससी पर उनके प्रभाव प्रदान करती है।

अधिकतम कठोरता (एचआरसी) अधिकतम कठोरता (एचवी) समतुल्य कोल्ड वर्क एसएससी थ्रेसहोल्ड तनाव (एमपीए, 24 डिग्री, एनील्ड बेस) 316 एनएसीई एमआर0175 के अनुसार स्वीकार्य<15 <180 0-5% (annealed) 140 Yes (with qualification)
15-20 180-230 5-12% 120 हाँ (सीमित)
20-22 230-250 12-18% 100 सीमांत
22-25 250-280 18-25% 80 Unacceptable 25-30 280-330 25-35% 50 Unacceptable >30 >330 >35% <50 (extremely low) Unacceptable
सॉर सर्विस हीटर अनुप्रयोगों के लिए व्यावहारिक अनुशंसाएँ

निम्नलिखित सिफारिशें H2S सेवा में उपयोग के लिए 316 शीथेड हीटरों के ऑपरेटिंग तापमान (0.05 psia से ऊपर H2S का आंशिक दबाव या तरल पानी में 10 पीपीएम से ऊपर की सांद्रता) पर आधारित हैं।

ऑपरेटिंग तापमान (डिग्री) H2S आंशिक दबाव (psia) अधिकतम कठोरता (HRC/HV) अनुशंसित पोस्ट-फॉर्मिंग हीट ट्रीटमेंट वैकल्पिक मिश्र धातु<30 <0.05 22/250 Stress relief 400-450°C 316 acceptable <30 0.05-0.5 20/230 Full solution anneal + stress relief 316L preferred <30 >0.5 18/210 Full solution anneal Duplex 2205 recommended 30-60 Any 22/250No need (reduced susceptibility) 316 acceptable 60-80 Any 25/280316 accept None necessary (low susceptibility) >80 कोई भी कोई (कोई एसएससी जोखिम नहीं) 316 पूर्णतः स्वीकार्य कोई भी आवश्यक नहीं
एसएससी खराबी का फील्ड निदान

316 हीटर शीथ में एसएससी से क्रैकिंग आमतौर पर इंटरग्रेनुलर के बजाय ट्रांसग्रेनुलर (अनाज के माध्यम से) होती है, अक्सर क्लोराइड एससीसी की तरह शाखाओं में बंटी होती है लेकिन पर्याप्त क्लोराइड की कमी के कारण। फ्रैक्चर सतह का थोड़ा प्लास्टिक विरूपण है जो सपाट और पहलूदार हो सकता है। दरार पड़ने की सबसे अधिक संभावना वाले स्थान ठंडे काम वाले क्षेत्र (उदाहरण के लिए मोड़ की बाहरी त्रिज्या) और 60 डिग्री से कम तापमान हैं। यदि कोई हीटर एच 2 एस सहित खट्टे पानी की व्यवस्था से विफल हो जाता है, और ब्रेकडाउन मोड़ या ठंडे काम वाले क्षेत्र में होता है और सेवा का तापमान 50 डिग्री तक होता है, तो कठोरता के बावजूद, यदि कठोरता लगभग 250 एचवी से अधिक हो जाती है, तो एसएससी पर संदेह किया जाना चाहिए।

निष्कर्ष: तापमान और कठोरता नियंत्रण के माध्यम से एसएससी जोखिम नियंत्रण

316 stainless steel encased heaters in sour service (H2S-containing environments) have peak vulnerability to SSC at ambient to 40°C, and drops dramatically above 60°C. The threshold stress for SSC in NACE TM0177 Solution A at 24°C is about 60-70% of yield strength (120-140 MPa for annealed 316). At 80C the threshold climbs to near yield strength (170-190 MPa) suggesting substantially lesser danger. For sour service with 316 sheaths, NACE MR0175 requires that the hardness does not exceed 22 HRC (250 HV) when operating below 60°C. Hardness is less important for higher temperature operations (>60 डिग्री) इसलिए 316 को ठंडे काम के उच्च स्तर पर भी सुरक्षित रूप से उपयोग किया जा सकता है। यहां वर्णित यह ढांचा खरीदारों को तापमान, कठोरता और एसएससी थ्रेशोल्ड तनाव से संबंधित अम्लीय परिस्थितियों में सल्फाइड तनाव संक्षारण क्रैकिंग के प्रतिरोधी 316 शीथों का चयन करने की अनुमति देता है।