В нагревател за обезсоляване за пред{0}}третиране на суров нефт (съдържа 5% промивна вода със солен разтвор при 130 градуса), как дебелината на стената на титаниевата тръба взаимодейства с наличието на сероводород, за да причини напукване от напрежение на сулфид при заваръчните шевове?

Дизайн на титаниев нагревател за обслужване на обезсолител за суров петрол - Основният компромис
Обезсолителите за суров нефт инжектират промивна вода (5% солен разтвор) в суровия нефт при 130 C, за да отстранят солта и частиците. Солният разтвор се състои от хлориди и сероводород (H 2 S) от кисел суров нефт. Суровата-комбинация от саламура се загрява предварително в титаниеви тръби. Критериите за сулфидно напукване под напрежение (SSC) са наличието на H 2 S, хлориди, повишена температура и остатъчни деформации на опън в заваръчните съединения. SSC е вид водородна крехкост, при която атомният водород от H2S корозия дифундира в титана, за да образува крехки хидриди. Дебелината на стената оказва влияние върху нивото на остатъчното напрежение в заваръчните шевове и градиента на концентрацията на водород. Колкото по-дебела е стената, толкова повече са остатъчните напрежения от заваряването (по-голямо ограничение) и толкова по-дълги са пътищата на дифузия - сложно взаимодействие.

Това изследване описва ефекта от дебелината на стената върху чувствителността на SSC ​​при заварени съединения в услугата обезсолител.

SSC механизъм при заварки: въздействие върху механичната цялост
Titanium is progressively corroded in the presence of H₂S at 130°C: Ti + 2H_2S ->TiS_2 + 2H_2 Така произведеният атомен водород може да проникне през титановата решетка. Когато концентрацията на водород се доближи до 150–200 ppm в зона на напрежение на опън, титановият хидрид (TiH2) се утаява по границите на зърната. Хидридът е крехък и ще се счупи с остатъчно напрежение. Заварените съединения са особено уязвими на това, тъй като заваряването създава остатъчни деформации на опън от 150-250 MPa в зоната на топлинно въздействие (HAZ). В допълнение, HAZ има отчетлива микроструктура, игловиден алфа-прайм мартензит, който абсорбира по-лесно водород от основния метал.

Дебелината на стената влияе върху остатъчното напрежение на заваръчния шев. За конкретен диаметър на тръбата по-дебелата стена води до по-висока скорост на охлаждане след заваряването (поради по-голямата топлинна маса), което повишава остатъчното напрежение. Изследването на крайните елементи показва, че максималното остатъчно напрежение при HAZ на заварката на тръба с OD 20 mm е:

Стена 1,0 mm: 180 MPa

220 MPa за 1,5 mm стена

2,0 mm стена: 260 MPa (близко до провлачване)

По-високото остатъчно напрежение намалява критичната концентрация на водород за напукване. Стена от 1,0 mm може да издържи 200 ppm водород преди да се напука, докато стена от 2,0 mm може да се напука само при 120 ppm поради повишеното напрежение.

Ефект на топлинна ефективност: дифузия и температурен градиент
Водородната дифузия се влияе от топлинния диференциал през стената. При обемна температура 130 градуса, температурата на вътрешната повърхност на стена от 1,0 mm е около 133 градуса за 2,0 W/cm 2 , докато тази на стена от 2,0 mm е 136 градуса. Разликата от 3 градуса повишава коефициента на дифузия на водорода с ~15%, като по този начин незначително ускорява навлизането на водород за по-дебелата стена. Този ефект е вторичен спрямо диференциала на остатъчното напрежение.

Синтез на компромис-: дебелина на стената спрямо устойчивост на SSC
Дебелина на стената (mm) Остатъчно напрежение при заваряване (MPa) Критична H концентрация за напукване (ppm) Време до критична H при HAZ (месеци при 10 ppm/месец абсорбция) Риск SSC
1,0 mm 180 MPa 200 ppm 20 месеца Умерен
1,2 mm 195 MPa 180 ppm 18 месеца Среден
1,5 mm 220 MPa 150 ppm 15 месеца. Висока 1,8 mm 245 MPa 130 ppm 13 месеца Висока 2,0 mm 260 MPa 120 ppm 12 месеца Висока (не продължава 1 година)
По-широките стени обикновено са по-уязвими към SSC, тъй като са по-уязвими към остатъчните напрежения при заваряване, които намаляват необходимата концентрация на водород за счупване. Стена от 1,0 mm има по-голяма устойчивост на SSC ​​от стена от 2,0 mm.

Облекчаване на напреженията при заваряване и надграждане на сплавта: Инженерство отвъд оградата
Тъй като проблемът е в по-голямото остатъчно напрежение, се използва отгряване за освобождаване на напрежението (540 градуса за 1 час), за да се намали остатъчното напрежение на заваръчния шев със 70–80%, независимо от дебелината на стената. Стена от 2,0 mm, която е облекчена, има остатъчно напрежение от 50-70 MPa и е много устойчива на SSC. Въпреки това, поради ограничения на размера, много нагреватели за обезсоляване не могат да бъдат закалени. За заварените нагреватели се препоръчват по-тънки стени (1,0–1,2 mm), за да се намали остатъчното напрежение. Надграждането на титан (Ti-0,3% Mo-0,8% Ni) от клас 2 до клас 12 повишава устойчивостта на SSC, тъй като молибденът стабилизира пасивния филм и намалява абсорбцията на водород. Заварена тръба от степен 12 със стена 1,5 mm и без отгряване има устойчивост на SCC, подобна на тръба от степен 2 с дебелина на стената 1,0 mm.

Заключение: По-тънка стена (1,0 до 1,2 mm) е за предпочитане за устойчивост на SSC ​​при обслужване на обезсолител.
Връзката между дебелината на стените на титаниеви тръби в нагревател за обезсоляване за предварителна обработка на суров нефт, използващ 5% промивна вода със солен разтвор, съдържаща H2S при 130 градуса, и напукване от сулфидно напрежение при заваръчните шевове е противологично: по-дебелите стени увеличават чувствителността към SSC, тъй като заваряването произвежда по-високи остатъчни напрежения, които понижават критичната концентрация на водород за напукване. Рискът от SSC е по-нисък за стена от 1,0 mm с остатъчно напрежение от 180 MPa, отколкото за стена от 2,0 mm с остатъчно напрежение от 260 MPa, която се повреди в рамките на 12 месеца. Препоръчителният стандарт е титаниева тръба от клас 2, дебелина на стената 1,0–1,2 mm, като-заварена (без отгряване) с ецване след-заваряване за отстраняване на повърхностните замърсявания. Избягвайте използването на по-дебели стени, освен ако не е предприето отгряване за освобождаване на напрежението след заваряване. За сервизни нагреватели за обезсоляване на кисел суров нефт изисквайте измерване на остатъчното напрежение на заваръчния шев (<200 MPa) or specify Grade 12 titanium for higher inherent SSC resistance. Wall thickness isn't a safety margin SSC-thinner is better.