0

متریال، خوردگی، رنگ، پوشش و حفاظت کاتدی

ورق های مقاوم به خوردگی HIC

آذر ۲۸, ۱۳۹۴ ۲:۴۵ ب.ظ


تبلیغات شما اینجا درج می شود

اگرچه نخستین شکست ناشی از کار در محیط های اسیدی در مخازن تحت فشار چندین دهه پیش گزارش شده است، همچنان برای بهبود بخشیدن به ایمنی تأسیسات ادامه دارد. پدیده خوردگی تنش سولفایدی(SSC) و ترک هیدروژنی(HIC) به خوبی شناخته شده است.
در استانداردهای متعددی(NACE TM 0248, EFC 16, NACE TM 0177) وجود دارند که به کاربرها برای انتخاب ورقهای فولادی مناسب جهت کار در محیط های اسیدی کمک می کند. اما وجود پدیده (SOHIC) که اخیراً شناخته شده است همچنان مورد بحث و بررسی است. روشهایی که اخیراً برای تست حساسیت نسبت به (SOHIC) معرفی شده اند به علت نبود تجربه کافی هنوز کارایی لازم را ندارند. بسیاری از مقاله های منتشر شده مانند روشهای تست یا توصیه هایی که در استانداردهایی از قبیل ISO,NACE یا EFC آمده است با هم ادغام شده اند تا پاسخگوی نیاز روز افزون شرکتهای نفت و گاز باشند. بنابراین دستورالعملهای متنوعی برای خرید ورقهای مناسب برای کارکرد در محیط های اسیدی وجود دارد. با وجود این تنوع ، تولیدکنندگان فولاد ناچار به پیدا کردن روشهای مناسب و آسان جهت تولید ورق با کیفیت بالا و مقاومت یکنواخت در برابر ترک خوردگی هیدروژنی(HIC) می باشند.

مکانیزم خوردگی

شرط اصلی، یک واکنش خوردگی می باشد که باعث ایجاد یک منبع اتمی در یک محیط مرطوب و اسیدی شده و منجر به جذب هیدروژن به وسیله ورق می گردد در این بین حضور H2S به عنوان کاتالیزور الزامی است. هیدروژن جذب شده به درون عیوب موجود در فلز رخنه می کند تا اینکه به شکل H2آزاد می گردد. این منجر به فشارهای زیاد می گردد که در نهایت باعث ایجاد ترک در شبکه (Lattice) فولاد که در اثر جذب هیدروژن ترد شده است می گردد. اصول فرآیند تخریب به طور شماتیک در شکل ۱ نشان داده شده است. در این شرایط نمونه های متنوع ای از مکانیزم های تخریب را می توان یافت.
ساده ترین و قابل فهم ترین مورد خوردگی(HIC) می باشد که هیچ تنش خارجی برای تخریب نیاز نیست. ترک های این نمونه مسطح بوده و گاهی به تدریج آشکار می شوند. آنها اغلب در صفحه میانی ورق در راستای ضخامت قرار می گیرند. طبله شدن(Blistering) در اثر هیدروژن یک نوع خاص از خوردگی (HIC) است که در اثر نزدیکی ترک ها به سطح فلز ایجاد می شود.
مرحله دوم حمله خوردگی ترکیب شده با تنش است که به عنوان ترک خوردگی تنش سولفایدی شناخته می شود(SSC) . اغلب انتظار می رود (SSC) در مناطق سخت شده در اثر حرارت (HAZ) در مجاورت جوشها به وجود آید. در سالهای اخیر مکانیزم خوردگی دیگری تحت بررسی بود که به عنوان ترکیبSSC, HIC شناخته شده است. این پدیده با نام ترک هیدروژنی تحت تنش(SOHIC) شناخته می شود.


تست HIC

نمونه های بریده شده از ورق جهت آزمایش مطابق روش تست در معرض محلول آبی خورنده اشباع H2S قرار می گیرد. بعد از قرار گرفتن در معرض این محلول هر نمونه در سه مقطع بریده می شود. سپس جهت تعیین تعداد ترکها مورد بررسی قرار می گیرند(شکل ۲)مرسوم ترین استاندارد برای ارزیابی حساسیت (HIC) استاندارد (NACE TM 0248, 2003) می باشد.

تست SSC

استاندارد (NACE TM 0177)مبین تست آزمایشگاهی فلزات برای تعیین مقاومت در مقابل نمونه های خاصی از ترک های محیطی در محیط های گاز ترش H2S است که در سال ۱۹۷۷ تدوین گردید و در حال حاضر آخرین ویرایش آن مربوط به سال ۱۹۹۶ می باشد. چهار روش تست برای تست SSC در این استاندارد شرح داده شده است: تست کشـش Tensile Test))، تست تیر خـمیده (Bent-Beam Test) ، تست حلقه(C-Ring Test)C و تست تیریک سرگیردار. (double-cantilever-beam test). مدت زمان تست ۷۲۰ ساعت بوده و گزارش آن شامل میزان تنش اعمال شده، زمان شکست، میزان حداکثر تنش بدون شکست بعد از سپری کردن زمان تست می باشد.
خواص مقاومت به شرایط SSC یا HIC برای مواد نرمالیزه Normalized)) تنها در صورتی قابل حصول است که این مواد از طریق فرآیند مشخصی تولید شده و عملیات حرارتی پس از جوشکاری (PWHT) لازم بر روی آن انجام شده باشد.
علاوه بر این متریال نرمالیزه باید عاری از عناصر میکرو آلیاژی که موجب ایجاد عدم موفقیت در انجام تست SSC می شود نیز باشد.


تست SOHIC

ترک نوع SOHIC پدیده نسبتاً جدیدی در زمینه خوردگی ناشی از گاز اسیدی می باشد. مستندات پراکنده ای از لوله های با جوش مارپیچ و مخازن تحت فشاری که به اندازه کافی عملیات حرارتی (PWHT) بر روی آنها انجام نشده گردآوری شده است. این ترک ها به صورت ترکیبی از ترکهای عمودی(نوع SSC) و ترک های موازی (نوع HIC)نسبت به سطح ورق در منطقه ای با میدان تنش چند بعدی ظاهر می شود. این میدانها معمولاً در ناحیه شکاف های (Notch) نزدیک به جوشهایی که PWHT به صورت مناسب انجام نشده است یا اینکه اصلاٌ انجام نشده ظاهر می شوند.
نخستین مشخصات فنی برای تست SOHIC در استاندارد جدید NACE TM 0103-2003 ارائه شده است. بر این اساس یک تست به صورت جفت تیر شکاف دار با چهار خم تعریف شده است. یک ناحیه از ترک های نوع SOHIC مشخصاً در مجاورت شکاف می تواند ایجاد شود. میزان تنش در زیر عیوب به خاطر شکل هندسی شکاف زیاد است و این می تواند بدان علت باشد که تنش مجازی ایجاد شده در آزمایش نسبت به تنشهایی که به طور واقع در مخازن تحت فشار وجود دارد زیاد است. بنابراین نوع ترکهای ایجاد شده بسته به نیروی وارد شده تغییر خواهد کرد. در نزدیکی عیوب، ترک های عمودی پیوسته(CCL) از نوع SSC ظاهر می شوند. با کم شدن نیروها و ترکهای موازی غیر پیوسته(DCL) از نوع HIC آشکار می شود. نواحی ترک ها به وسیله طول کلی (TCL) مشخص می شود. متأسفانه هنوز، نه معیار پذیرش مناسب برای طول ترک پیوسته(CCL) ، طول ترک ناپیوسته (DCL) و طول کلی ترک (TCL) گزارش شده است نه برای نیروی مورد نیاز تست. بنابراین کاربردهای عملی روش تست کماکان تحت بررسی است.
امروزه تحقیقات متعددی در این زمینه در شرکت های معتبر ساخت ورقهای فولادی در حال انجام است. از این نمونه می توان از شرکتDillinger و ورق نوع DICREST آن که ذاتاً در مقابل HIC مقاوم است.
جهت بررسی دقیق تر پدیده خوردگی موارد زیر باید مورد توجه قرارگیرند. شکاف توضیح داده شده در NACE TM 0103-2003 یک ناحیه تنش بسیار مخرب را ایجاد می کند. بر اساس این روش تست، به نظر می رسد متریال مقاوم به SOHIC نمی تواند به وسیله فولاد نرمالیزه با نتایج قابل قبول تولید و ارائه شود. مواد Q+T یا TMCP شده ممکن است این قابلیت را بدست آورند.


ریخته گری و ساخت فولاد


تبلیغات شما اینجا درج می شود

فرآیندهای مختلف به کاربرده شده در کارخانه تولید فولاد در شکل ۴ نمایش داده شده است. بعد از عملیات به حداقل رساندن میزان سولفور زدایی اولیه، فرآیندهای کربن زدایی، نیتروژن زدایی و نیز فسفر زدایی در تبدیل کننده (Convertor) صورت می گیرد. سپس تنظیم ترکیب شیمیایی در پاتیل(Ladle) انجام می شود. در گام اول-دمای مواد در حالیکه از تبدیل کننده به پاتیل انتقال می یابد طوری تنظیم می شود که تقریباً برای عملیات ریخته گری که متعاقباً انجام خواهد شد، مناسب باشد.
تنظیم دقیق آنالیز شیمیایی تحت خلاء متعاقباً انجام می گیرد. عملیات جداسازی نیتروژن، هیدروژن و سولفور نیز در خلاء انجام می شود. مقدار خیلی کم سولفور، کمتر از ۱۰ ppm ، اجازه می دهد که حتی با حضور کلسیم در حد بسیار کم بین ۱۰-۴۰ ppm شکل سولفایدهای باقیمانده قابل کنترل باشد. قوانین گذشته در ارتباط با Ca/S برای فلزات با محتوای سولفور کمتر از ۱۰ ppm صحیح نمی باشد. نحوه انجام ریخته گری از عوامل موثر در کیفیت ورق تولید شده می باشد. جذب اکسیژن و نیتروژن بعد از خروج مواد در پاتیل موجب افزایش نا خالصیهای غیر فلزی می شود و باید از آن اجتناب کرد. همچنین باید از جدایش جلوگیری کرد. نوع ماشین ریخته گری به شدت بر توزیع نا خالصی در شمش (Slab) تأثیر می گذارد. ماشین های ریخته گری(Caster) پیوسته عمودی بهترین توزیع یکنواخت ناخالصی های غیر فلزی را بدست می دهند که برای مقاومت در برابر HIC ضروری است.
در ماشین ریخته گری عمودی بدنه ریخته شده تنها پس از انجماد کامل خم خواهد شد. این موضوع ناخالصیهای غیر فلزی در فلز مایع(اغلب اکسیدها) را به سطح هدایت می نماید در واقع این نا خالصی ها در خط انجماد تقریباً در ناحی? یک چهارم ضخامت شمش جمع می شواند. انحراف ؟؟خط مرکزی و حفره های ناشی از انقباض(عیوب ریخته گری) باید با تنظیم کردن دقیق غلطک های تکیه گاه بدنه ریخته گری شده به حداقل برسد. روش شمش ریزی پیچیده ای نیز برای تولید ورقهای با ضخامت بالا جهت ایجاد مقاومت نسبت به HIC مورد استفاده قرار می گیرد.


فرآیند ساخت ورق

تنها شمش ها با کیفیت بالا که روش خاص تولید می شوند برای تولید ورقهای مقاوم به HIC استفاده می شوند. اگر یکی از پارامترهای تولید به طور مناسب تنظیم نشود آنچه که خرابیهای ریخته گری (Casting incidents) نامیده می شود و موجب نا همگنی در شمش می گردد ممکن است اتفاق افتد. در هنگام کنترل کیفیت ورق صورت مشاهده این عیوب باید از بکارگیری آنها جلوگیری به عمل آید. بعد از پیش گرم شدن در کوره شمش ها تا حد ۱۱۰۰-۱۲۸۰?C به شکل ورق نورد می شوند. در واقع پروسه نورد با درصد تغییر شکل بالایی با اعمال نیروهای زیاد فرم دهی صورت می پذیرد. بعد از خارج هیدروژن از ورق، مرحله نهایی در کارخانه تولید ورق در عملیات نرمالایز کردن می باشد. با اینحال مقاوم کردن کامل ورق در برابر HIC تنها بعد از عملیات تنش زدایی حاصل می شود. لازم به ذکر است عملیات تنش زدایی معمولاً در کارگاه ساخت بعد از جوشکاری می بایست صورت پذیرد.
تست هایی برای نشان دادن اثرات روش های تولید خاص بر روی خواص HIC انجام شده است. میزان مقاومت به HIC در ورقهایی که به طور کامل بر اساس روش DICREST تولید شده اند با مقاومت ورقهای Pseudo-HIC که تنها با بکارگیری بعضی از الزامات روش DICREST نظیر سولفورکم، عملیات کلسیم (Ca-Treatment) ، فرآیند خلاء تولید می گردند مقایسه شده است.
ورقهای Pseudo-HICبا احتمال تقریبی ۳۷% دارای مقادیر CLR کمتر از ۲% می باشند در حالیکه ورقهایی که در هنگام تولید به طور کامل مطابق با روش تولید خاص ساخته شده اند تقریباً در ۸۸% موارد، مقادیر CLR کمتر از ۲% را دارا می باشند.

پیشنهادات سازنده فولاد

بازار تقاضا برای ورقهای مقاوم در برابر HIC بسیار پیچیده است، چرا که اکثر شرکتهای نفت و گاز و نیز شرکتهای مهندسی بزرگ برای ورقهای مقاوم به HIC ، مشخصات فنی مخصوص به خود را دارند. همچنین اغلب محدودیتهایی برای پارامترهای مختلف تولید در این مشخصات فنی وجود دارد. الزام تحت کنترل بودن پارامترهای تولید مانند سولفور، فسفر، نسبت کلسیم به سولفور، خواص Z-35 و غیره مشکلاتی را ایجاد می کند به طوریکه آزادی عمل تولیدکنندگان فولاد را در بهینه کردن طراحی فولاد بر اساس تجربه محدود می سازد. برای مثال، زمانی که از فولادسازان نسبت Ca/S خاصی درخواست می شود که در عمل آن نسبت به دست نمی آید در نتیجه طرفین معامله برای رفع مغایرت شروع به مذاکره می کنند که اغلب زمان زیادی صرف می شود. به جای اینکه با چنین توصیه هایی در کار سازنده اخلال ایجاد شود، بهتر است که به تولیدکنندگان این آزادی عمل داده شود که به هر روشی که می توانند ورق با سطح مقاومت HIC مورد درخواست را تولید کنند.
سازندگان ورق باید ورقهای مقاوم در برابر گاز اسیدی را با روش خاصی تولید کنند، تنها پس از آن مقاومت یکنواخت در برابرHIC در کل ورق تضمین می شود. سازنده میزان مقاومت به HIC استاندارد شده همچنین راه حل های ویژه را عرضه می کند. بعد از گذشت سالها دسترسی به خواص مربوط به ورق های فولادی که در محیط های اسیدی در صنعت مخازن تحت فشار کار می کنند هنوز یک هدف بوده وتحقیقات بیشتر جهت تلاش در بهبود بخشیدن به کیفیت ورقها ادامه خواهد داشت. وجود ارتباط دائم بین استفاده کنندگان، نویسندگان مشخصات فنی و تولید کنندگان فولاد در این راستا می تواند از اهمیت خاصی برخوردار می باشد.

منبع: پتروتک


تبلیغات شما اینجا درج می شود

@OilAndGas

مطالب مرتبط زیر را نیز مطالعه نمایید:


راهنمای دانلود یا خرید از وبسایت ایران پایپینگ:

  • آموزشهای رایگان: در هر نوشته وبسایت، فایلها به صورت شماره بندی شده ارائه شده است. کافی ست روی عنوان هر شماره کلیک نمایید تا دانلود مستقیم آن شروع گردد.
  • آموزشهای غیررایگان: دارای یک دکمه خرید هستند. روی آن کلیک کنید تا محصول مورد نظر به سبد خرید شما افزوده شود. میتوانید محصولات دیگر را نیز به سبد خرید خود بیفزایید.
  • پس از افزودن هر محصول به سبد خرید، دکمه خرید به دکمه پرداخت عوض می شود. روی دکمه پرداخت کلیک نمایید تا به صفحه پرداخت منتقل شوید.
  • در صفحه سبد خرید، نام و نام خانوادگی و آدرس صحیح ایمیل و در صورت تمایل شماره تلگرام خود را وارد نمایید.
  • پس از پرداخت، و برای تکمیل فرایند خرید، گزینه تکمیل فرایند خرید را کلیک کنید. توجه نمایید که پنجره آخر را نبندید تا به طور اتوماتیک به صفحه رسید منتقل شوید که نام و لینک دانلود فایلهای خریداری شده در آن موجود است. این صفحه را از دست ندهید.
  • یک نسخه از رسید و لینکهای دانلود برای آدرس ایمیل شما ارسال خواهد شد.
  • در صورت بروز هر گونه مشکل، آن را با ایمیل info@IranPiping.ir و یا اکانت OilAndGasAdm@ در تلگرام در میان بگذارید.

دیدگاهتان را بنویسید