Hvordan virker veggtykkelsen på titanrørets veggtykkelse med tilstedeværelsen av hydrogensulfid i en avsaltningsvarmer for -forbehandling av råolje (inneholder 5 % saltvannsvaskevann ved 130 grader) og forårsaker sulfidspenningssprekker ved sveiser?
Legg igjen en beskjed
Titanium Heater Design for Crude Desalter Service - The Basic Compromise
Råoljeavsaltere sprøyter vaskevann (5 % saltlake) inn i råolje ved 130 C for å fjerne salt og partikler. Saltlaken består av klorider og hydrogensulfid (H 2 S) fra sur råolje. Rå-saltlakekombinasjonen forvarmes i titanrør. Kriteriene for sulfidspenningssprekker (SSC) er tilstedeværelsen av H 2 S, klorider, økt temperatur og gjenværende strekktøyninger ved de sveisede skjøtene. SSC er en slags hydrogensprøhet der atomært hydrogen fra H2S-korrosjon diffunderer inn i titanet for å danne sprø hydrider. Veggtykkelsen påvirker restspenningsnivået i sveiser og hydrogenkonsentrasjonsgradienten. Jo tykkere veggen er, jo flere gjenværende spenninger fra sveising (mer restriksjon) og jo lengre diffusjonsruter - er en kompleks interaksjon.
Denne undersøkelsen beskriver effekten av veggtykkelse på SSC-følsomhet ved sveisede skjøter i avsaltertjeneste.
SSC Mechanism at Welds: Impact on Mechanical Integrity
Titanium is progressively corroded in the presence of H₂S at 130°C: Ti + 2H_2S ->TiS_2 + 2H_2 Atomhydrogenet som produseres på denne måten kan trenge gjennom titangitteret. Når konsentrasjonen av hydrogen nærmer seg 150–200 ppm i et område med strekkspenning, utfelles titanhydrid (TiH2) ved korngrensene. Hydridet er sprøtt og vil sprekke med gjenværende spenning. Sveisede skjøter er spesielt sårbare for dette siden sveising gir gjenværende strekkbelastninger på 150 -250 MPa i den varmepåvirkede sonen (HAZ). I tillegg har HAZ en distinkt mikrostruktur, nålformet alfa-prime martensitt, som lettere absorberer hydrogen enn basismetallet.
Tykkelsen på veggen påvirker sveisens restspenning. For en bestemt rørdiameter resulterer en tykkere vegg i en høyere avkjølingshastighet etter sveisingen (på grunn av den høyere termiske massen) som øker restspenningen. Finite element-studien viser at den maksimale gjenværende spenningen ved sveise-HAZ til et 20 mm OD-rør er:
Vegg 1,0 mm: 180 MPa
220 MPa for 1,5 mm vegg
2,0 mm vegg: 260 MPa (nær kapasitet)
Høyere restspenning reduserer den kritiske hydrogenkonsentrasjonen for sprekking. En 1,0 mm vegg kan tåle 200 ppm hydrogen før sprekkdannelse, mens en 2,0 mm vegg kun kan sprekke ved 120 ppm på grunn av den økte spenningen.
Termisk ytelseseffekt: Diffusjon og temperaturgradient
Hydrogendiffusjonen påvirkes av varmeforskjellen over veggen. Ved bulktemperatur 130 grader er den indre overflatetemperaturen til en 1,0 mm vegg omtrent 133 grader for 2,0 W/cm 2 mens den til en 2,0 mm vegg er 136 grader. Differansen på 3 grader øker diffusjonskoeffisienten til hydrogen med ~15%, og øker dermed marginalt hydrogeninntrengning for den tykkere veggen. Denne effekten er sekundær til differensialen av gjenværende spenning.
Syntese av bytte-av: Veggtykkelse vs. SSC-motstand
Veggtykkelse (mm) Sveisrestspenning (MPa) Kritisk H-konsentrasjon for sprekker (ppm) Tid til kritisk H ved HAZ (måneder ved 10 ppm/måned absorpsjon)Risiko SSC
1,0 mm 180 MPa 200 ppm 20 måneder Moderat
1,2 mm 195 MPa 180 ppm 18 måneder Middels
1,5 mm 220 MPa 150 ppm 15 måneder.Høy 1,8 mm 245 MPa 130 ppm 13 måneder Høy 2,0 mm 260 MPa 120 ppm 12 måneder Høy (varer ikke 1 år)
Bredere vegger er vanligvis mer sårbare for SSC fordi de er mer sårbare for sveiserestspenninger som senker den nødvendige hydrogenkonsentrasjonen for brudd. En 1,0 mm vegg har sterkere motstand mot SSC enn en 2,0 mm vegg.
Sveisavlastning og legeringsoppgradering: Engineering Beyond the Fence
Siden problemet er den større restspenningen, brukes spenningsavlastende gløding (540 grader i 1 time) for å senke restspenningen med 70–80 % uavhengig av veggtykkelse. En 2,0 mm vegg som er spenningsavlastet har en restspenning på 50 -70 MPa og er svært SSC-bestandig. På grunn av størrelsesbegrensninger kan imidlertid mange avsaltningsovner ikke utglødes. For sveisede varmeovner anbefales tynnere vegger (1,0–1,2 mm) for å redusere restspenningen. Oppgraderingen av titan (Ti-0,3% Mo-0,8% Ni) fra grad 2 til grad 12 forbedrer SSC-motstanden fordi molybden stabiliserer den passive filmen og reduserer hydrogenabsorpsjonen. Et Grade 12 sveiset rør med 1,5 mm vegg og ingen utglødning har en SCC-motstand som ligner på et Grade 2 rør med 1,0 mm vegg.
Konklusjon: Tynnere vegg (1,0 til 1,2 mm) er å foretrekke for SSC-motstand i avsalterservice.
Forholdet mellom veggtykkelsen til titanrør i en råoljeforbehandlingsavsaltningsovn som bruker et 5 % saltvannsvaskevann som inneholder H2S ved 130 grader og sulfidspenningssprekker ved sveiser er kontraintuitivt: tykkere vegger øker følsomheten for SSC, fordi sveising gir høyere restspenninger som senker den kritiske hydrogenkonsentrasjonen for sprekk. SSC-risiko var lavere for en 1,0 mm vegg med restspenning på 180 MPa enn for en 2,0 mm vegg med restspenning på 260 MPa som sviktet innen 12 måneder. Anbefalt standard er grad 2 titanrør, veggtykkelse 1,0–1,2 mm, som-sveiset (ingen utglødning) med etter-sveising for å fjerne overflateforurensninger. Unngå bruk av tykkere vegger med mindre ettersveising av spenningsavlastning utføres. For varmeovner for sure råavsaltningstjenester, krev måling av restspenning (<200 MPa) or specify Grade 12 titanium for higher inherent SSC resistance. Wall thickness isn't a safety margin SSC-thinner is better.
