Bagaimana Pola Tegangan Residual Longitudinal dari Gambar Tabung Mempengaruhi Kerentanan terhadap Retak Tegangan Sulfida di Lingkungan Pelayanan Asam?
Tinggalkan pesan
Kondisi layanan asam yang mengandung hidrogen sulfida (H 2 S) adalah salah satu aplikasi yang paling menantang untuk komponen logam. Secara umum, paduan titanium lebih tahan terhadap retak tegangan sulfida (SSC) dibandingkan dengan baja karbon dan baja paduan-rendah. Namun, titanium bisa menjadi rentan dalam kondisi tertentu – pH rendah, konsentrasi klorida tinggi, suhu melebihi 80 derajat dan adanya tekanan tarik. Pola tegangan sisa memanjang yang ditimbulkan selama penarikan tabung sangat mempengaruhi kerentanan terhadap SSC. Mandrel yang ditarik melalui billet berongga mengurangi diameter dan ketebalan dinding pada gambar tabung. Metode tersebut menghasilkan pola karakteristik tegangan sisa dengan tegangan tarik pada permukaan luar dan tegangan tekan pada permukaan dalam atau sebaliknya, bergantung pada apakah tabung ditarik tanpa mandrel internal (gambar tenggelam) atau di atas mandrel tetap. Permukaan yang mengalami tegangan sisa tarik memiliki risiko yang meningkat secara signifikan untuk terjadinya SSC.
Mekanisme Inisiasi SSC di Lokasi Residu Stres
Penggetasan hidrogen, yang terjadi pada pengaturan yang mengandung H₂S, disebut perengkahan tegangan sulfida. Hidrogen sulfida meracuni proses rekombinasi hidrogen dan mendorong atom hidrogen ke dalam kisi logam. Hidrogen yang diserap di bawah tegangan tarik berdifusi ke lokasi konsentrasi tegangan triaksial, seperti batas butir, inklusi, atau cacat permukaan. Hidrogen mengurangi kekuatan kohesif batas butir titanium dan menyebabkan perambatan retakan antar- atau transgranular. Setiap tegangan yang diberikan dalam pelayanan (tekanan, ekspansi termal, pembatasan pemasangan) dijumlahkan dengan tegangan tarik sisa dari gambar tabung. Inisiasi SSC terjadi ketika jumlah tegangan tarik mencapai nilai ambang batas (sekitar 40–60% kekuatan luluh titanium dalam layanan asam). Arah memanjang menjadi perhatian khusus karena retakan pada arah aksial akan merambat ke arah tabung sehingga mengakibatkan perpecahan yang sangat besar.
Nilai Tegangan Residu Kuantitatif untuk Metode Penarikan Kawat yang Berbeda
Tegangan sisa yang diukur dengan difraksi sinar X-pada tabung titanium Kelas 2 menunjukkan pola tegangan permukaan memanjang yang khas:
Gambar tenggelam (tanpa mandrel internal, tabung dikurangi dengan cetakan eksternal saja) Permukaan luar menimbulkan tegangan sisa tarik sebesar 80 hingga 120 MPa. Tegangan sisa tekan (50 hingga 80 MPa) timbul pada permukaan bagian dalam. Paparan H2S dari luar dapat menyebabkan SSC pada permukaan luar yang tarik.
Gambar mandrel (tabung ditarik di atas mandrel internal tetap): Permukaan luar menimbulkan tegangan sisa tekan sebesar 40–70 MPa. Ini menghasilkan tegangan sisa tarik 100-150 MPa di permukaan bagian dalam. Permukaan tarik bagian dalam rentan terhadap SSC akibat paparan H2S internal.
Gambar sumbat (mandrel mengambang, reduksi sedang) Pola tegangan sisa seimbang dengan kedua sisi pada 20 hingga 50 MPa (tarik atau tekan tergantung pada rasio reduksi). Terbaik untuk layanan asam.
Penarikan dingin + anil pelepas tegangan (540 derajat, 30 menit): regangan sisa menurun hingga <15 MPa pada kedua permukaan, tidak bergantung pada proses penarikan. Baik untuk layanan asam parah.
Kerentanan SSC berdasarkan pola tegangan sisa
Setelah pengujian terkontrol dalam NACE TM0177 Larutan A (NaCl 5%, asam asetat 0,5%, jenuh dengan H₂S, pH 2,7, 25 derajat), ambang batas SSC berikut telah ditentukan:
Tegangan tarik permukaan<30 MPa: No SSC initiation after 1000 hours. Safe for any sour service.
Tegangan tarik permukaan 30-60MPa: waktu permulaan SSC 500-1.000 jam. Cocok untuk servis non-kritis dengan pemeriksaan berkala.
Tegangan tarik permukaan 60-100 MPa: Waktu mulai SSC 100-500 jam. Kecepatan perambatan retakan adalah 0,1 hingga 0,5 mm/jam setelah terbentuk.
Inisiasi SSC pada tegangan tarik permukaan > 100 MPa dalam < 24-100 jam. Kegagalan tabung terjadi dalam beberapa minggu karena penyebaran retakan yang cepat.
Panduan Pemilihan Metode Menggambar Layanan Asam
Tabel di bawah ini merupakan matriks keputusan prosedur penarikan tabung berdasarkan tingkat keparahan layanan asam dan arah paparan stres.
Kondisi Layanan Asam & Lokasi Paparan H₂S Metode Penarikan yang Direkomendasikan Pola Stres Residu & Mitigasi Resiko SSC
Hanya paparan H₂S eksternal (tabung direndam dalam air garam asam, gas kering atau inert internal) Gambar sumbat dengan anil pelepas tegangan Permukaan luar dengan kompresi atau tegangan rendah. Stres sisa<30 MPa. Max SSC resist.
Hanya paparan H2S internal (gas asam di dalam tabung, lingkungan luar bersih) Gambar tenggelam (tekanan permukaan bagian dalam) Tegangan tekan pada permukaan bagian dalam (50 hingga 80 MPa). Permukaan luar yang tarik, tidak terbuka. Tidak apa-apa.
Kedua permukaan bersentuhan dengan H2S (tabung direndam dalam cairan asam, gas asam internal) Ditambah penarikan sumbat, pelepas tegangan penuh Tegangan sisa pada kedua permukaan<15 MPa. Needed for double exposure. More expensive, but necessary.
Tekanan parsial H2S rendah (<0.1 psi), high pH (>4.5) Penarikan mandrel standar tanpa pengurangan tegangan Tegangan tarik permukaan bagian dalam diperbolehkan karena bahaya SSC yang lebih rendah. Pemantauan pH triwulanan.
High H2S partial pressure (>1 psi), pH rendah (<4), Temperature >Gambar colokan 80oC, Pelepasan tegangan plus peening tembakan permukaanPeening tembakan menciptakan lapisan kompresi (150-200 MPa) apa pun prosedur penarikannya. Paling bisa diandalkan.
Melampaui Rekayasa Stres Residual -
Waktu perambatan SSC tergantung pada ketebalan dinding, bukan timbulnya SSC. Dinding yang lebih tebal (1,5 mm) dan mempunyai tegangan tarik sisa yang besar (100 MPa) juga dapat retak, namun membutuhkan waktu lebih lama untuk tembusnya retakan tersebut. Diameter tabung juga penting: untuk reduksi gambar yang sama, diameter yang lebih besar (50 mm versus 20 mm) menunjukkan besaran tegangan sisa yang lebih tinggi, karena deformasi diferensial yang lebih tinggi. Batas konsentrasi H2S untuk SSC dalam titanium adalah sekitar 0,01 psi pada tekanan parsial 25 derajat dan menurun menjadi 0,001 psi pada 80 derajat. Penambahan paduan pada paduan titanium Kelas 7 dan Kelas 12 menghasilkan ketahanan SSC yang jauh lebih kuat dibandingkan pada Kelas 2, dengan toleransi tegangan sisa 50–100% lebih tinggi.
Membuat spesifikasi yang luas
Untuk layanan masam, saat menentukan tabung pemanas titanium, sertakan kebutuhan untuk mengukur tegangan sisa dalam sampel representatif dengan metode-difraksi sinar X atau-pengeboran lubang. Prosedur pembuatan : - gambar sumbat - anil pelepas tegangan (540 derajat, 30 menit, atmosfer argon) Meminta konfirmasi bahwa tegangan sisa permukaan memanjang Kurang dari atau sama dengan 30 MPa (tarik) pada setiap permukaan yang terpapar H2S. Tentukan titanium Kelas 7 untuk layanan asam parah (pH<3.5, H2S >0.1 psi, temperature >60 derajat) tidak bergantung pada tegangan sisa, dengan perlakuan peening tembakan permukaan untuk menghasilkan lapisan tekan. Periksa tabung pemanas setiap tiga bulan menggunakan teknik hambatan listrik dalam servis. Peningkatan sebesar 5 sampai 10 persen menunjukkan kemungkinan awal terjadinya fraktur SSC dan memerlukan pemeriksaan ultrasonik yang cepat. Insinyur menggunakan pemilihan metode gambar dan-pemrosesan pasca untuk mengatur pola tegangan sisa dan mencegah retak tegangan sulfida, yang merupakan salah satu mekanisme kegagalan tersulit pada peralatan servis asam titanium.
