1. لبه متالورژیکی: چه چیزی باعث متمایز شدن لوله سیم پیچ Hastelloy C از لوله های فولادی ضد زنگ استاندارد در محیط های{1}}کلرید با دمای بالا می شود؟
س: ما در حال بازسازی یک مبدل حرارتی در واحد گوگردزدایی گازهای دودکش (FGD) هستیم. ما معمولاً از فولاد ضد زنگ Super Duplex یا 316L استفاده می کنیم، اما تنها پس از 18 ماه، گودال شدید را تجربه می کنیم. چرا Hastelloy C-276 جایگزین توصیه شده برای لوله های سیم پیچ است و در سطح متالورژیکی که 316L فاقد آن است چه اتفاقی می افتد؟
A: تغییر از فولاد ضد زنگ استاندارد به Hastelloy C-276 در محیط هایی مانند اسکرابرهای FGD در درجه اول یک نبرد در برابر خوردگی موضعی ناشی از کلریدها و pH پایین است.
در سطح متالورژیکی، تفاوت در عدد معادل مقاومت حفره ای (PREN) و پایداری ماتریس آلیاژ است.
فاکتور PREN: فولاد ضد زنگ 316L دارای PREN حدود 24-26 است. Super Duplex بالاتر است، حدود 38-40. با این حال، Hastelloy C-276 دارای PREN اغلب بیش از 65 است. این عدد بر اساس محتوای کروم، مولیبدن و نیتروژن محاسبه می شود. محتوای بالای مولیبدن (15-17٪) و تنگستن (3-4٪) در C-276 مقاومت استثنایی در برابر خوردگی شکاف و سوراخ شدن ایجاد می کند. در یک محیط FGD، کلریدها لایه غیرفعال را در 316L تجزیه می کنند. هنگامی که آن لایه غیرفعال شکسته شد، آخال های سولفیدی که معمولاً در 316L یافت می شوند به عنوان محل شروع برای حفره شدن سریع عمل می کنند.
ماتریس نیکل: Hastelloy C-276 یک آلیاژ مبتنی بر نیکل- است (با نیکل ترکیب را متعادل میکند)، در حالی که 316L بر پایه آهن است. محتوای بالای نیکل (معمولاً 57٪) ساختار آستنیتی را تثبیت می کند و آن را در برابر ترک خوردگی ناشی از استرس کلرید (SCC) ایمن می کند. در پیکربندی لوله سیم پیچ، تنش های پسماند ناشی از سیم پیچی می تواند باعث ایجاد SCC در فولادهای زنگ نزن سری 300 در صورت وجود کلرید شود که منجر به ترک های فاجعه بار می شود. ماتریس C-276 تحت دمای معمولی FGD به سادگی تسلیم این مکانیسم نمی شود.
جنبه جوشکاری: هنگام ساخت لوله های سیم پیچ، جوشکاری اجتناب ناپذیر است. 316اگر محتوای کربن کاملاً کنترل نشود، L مستعد حساس شدن در ناحیه تحت تأثیر گرما- (HAZ) است که منجر به بارش کاربید کروم و خوردگی بین دانه ای می شود. Hastelloy C{4}}276 برای استفاده در حالت جوشی طراحی شده است. ترکیب شیمیایی آن برای مقاومت در برابر تشکیل رسوبات مضر مرز دانه ای متعادل است و این اطمینان را می دهد که سیم پیچ مقاومت در برابر خوردگی خود را حتی در درزهای جوش داده شده حفظ می کند.
2. لجستیک کویلینگ: محدودیتهای مکانیکی و بهترین روشها برای خمش سرد Hastelloy C-276 به کویلهایی با قطر محکم چیست؟
س: ما باید یک لوله سیم پیچ با شعاع خمشی 3 بعدی (سه برابر قطر خارجی) با استفاده از لوله 40 Hastelloy C-276 1 اینچی بسازیم. مغازه ما معمولاً فولاد کربنی دارد. Hastelloy در هنگام خمش سرد چه چالشهای خاصی را ایجاد میکند و چگونه از نازک شدن یا بیضی شدن دیوار جلوگیری کنیم؟
A: خم شدن Hastelloy C{1}}276 به دلیل سرعت کار سخت و استحکام تسلیم بالا به طور قابل توجهی از فولاد کربنی چالش برانگیزتر است. تلاش برای شعاع سهبعدی با تکنیکهای خمشی استاندارد، خطر پارگی در اکسترادوس (دیوار خارجی) و چروک شدن روی اینترادوس (دیوار داخلی) را به همراه دارد.
در اینجا ملاحظات حیاتی برای این عملیات آمده است:
فنر-پشت و کشش: Hastelloy C-276 دارای ضریب پشت فنری{{3} بسیار بالاتر از فولاد کربنی-اغلب 2 تا 3 برابر بیشتر است. ابزار شما باید این را جبران کند. برای یک شعاع سه بعدی محکم، خمش چرخشی با سنبه غیرقابل مذاکره است.
طراحی سنبه: باید از سنبه نزدیک{0}}تلرانسی و مارپیچ با پیروان توپ استفاده کنید. این لوله را به صورت داخلی در نقطه خمش پشتیبانی می کند تا از فراتر رفتن بیضی از استانداردهای API یا ASME جلوگیری کند (معمولا<8% for coil tubes).
عملکرد تقویت: در حالت ایده آل، خم کن باید یک عملکرد "تقویت کننده" بر روی قالب فشار داشته باشد تا مواد را به سمت خم فشار دهد، تنش کششی روی دیواره بیرونی را کاهش دهد و نازک شدن را به حداقل برساند.
روغن کاری: به دلیل داشتن نیکل بالا، هاستلوی "صمغی" و مستعد گاز زدگی است. روغن های برش استاندارد کافی نیستند. شما به روان کننده های سنگین-و کلر-بدون فشار شدید (EP) نیاز دارید. باید از روان کننده های کلردار اجتناب شود زیرا کلریدهای باقیمانده می توانند بعداً باعث خوردگی شوند، اگر پست ها به دقت تمیز نشوند-.
تأیید برگشت بهار-: به محاسبات فولادی تکیه نکنید. شما باید یک خم آزمایشی را روی یک قطعه نمونه از همان مقدار گرما انجام دهید. زاویه را اندازه گیری کنید، فنر را دقیقاً حساب کنید-و بر اساس آن ابزار خود را برش دهید.
سفت کاری: اگر بخواهید مجدداً-قسمتی را که قبلاً خم شده است خم کنید یا صاف کنید، ماده به میزان قابل توجهی سخت شده-و ممکن است ترک بخورد. قانون Hastelloy این است: "دوبار اندازه گیری کنید، یک بار خم شوید."
3. چرخه حرارتی: لوله سیم پیچ Hastelloy C در خدمات چرخه ای مانند راکتورهای شیمیایی دسته ای چگونه عمل می کند؟
س: ما در حال طراحی یک سیم پیچ گرمایش/خنک کننده برای یک راکتور دسته ای هستیم که در عرض 45 دقیقه از 20- درجه تا +200 درجه می چرخد. ما نگران ترک خوردگی خستگی حرارتی هستیم. آیا Hastelloy C مزیت مقاومت در برابر خستگی نسبت به 304L یا Incoloy 825 در این کاربرد لوله سیم پیچ خاص دارد؟
A: برای کاربردهای شدید چرخه حرارتی مانند سیم پیچ های راکتور دسته ای، انتخاب ماده توسط ضریب انبساط حرارتی (CTE) و مقاومت در برابر خستگی حرارتی کنترل می شود.
Hastelloy C-276 عملکرد تحسین برانگیزی دارد، اما درک آن بسیار مهم استچرانسبت به گزینه های شما:
ضریب انبساط: CTE Hastelloy C-276 تقریباً 11.2 میکرومتر بر متر درجه (در محدوده 20-200 درجه) است. این بین 304L (~17 میکرومتر بر متر درجه) و Incoloy 825 (~14 میکرومتر در متر درجه) قرار دارد. CTE پایین به این معنی است که برای هر چرخه حرارتی، لوله Hastelloy منبسط و منقبض می شودکمتربیش از 304 لیتر این به معنای کاهش تنش القایی در نقاط ثابت (جایی که سیم پیچ به دیواره راکتور یا بافل ها متصل می شود) است.
عمر خستگی: در چرخه کم،-خستگی با کرنش بالا (دقیقاً همان چیزی که راکتور شما توصیف میکند)، شکلپذیری و استحکام کششی ماده طول عمر آن را تعیین میکند. Hastelloy C{6}}276 انعطاف پذیری عالی را حتی پس از قرار گرفتن در معرض حداکثر دمای سرویس خود حفظ می کند. در برابر تشکیل فازهای بین فلزی سخت و شکننده که برخی آلیاژهای دیگر (مانند فاز سیگما در Duplex) را در طول چرخه حرارتی گرفتار می کند، مقاومت می کند. این به سیم پیچ اجازه می دهد تا فشار پلاستیک چرخه را بدون ایجاد ریزترک جذب کند.
مقایسه:
در مقابل{0}}L: اگر کلریدها در چرخه وجود داشته باشند، 304L به دلیل تنش حرارتی بالاتر و SCC بالقوه، احتمالاً زودتر از بین میرود.
در مقابل Incoloy 825: 825 آلیاژ خوبی است، اما مولیبدن کمتری دارد. در یک محیط دوچرخهسواری که دما به زیر نقطه شبنم میرسد، محیطهای خورنده میتوانند روی سطح سیم پیچ متراکم شوند. در اینجا، مقاومت به خوردگی موضعی برتر C-276 از سطح محافظت میکند و از ایجاد ترک در حفرههای خوردگی جلوگیری میکند - یک حالت خرابی رایج برای 825 در خدمات متراکم سیکلی.
برای نوسان 220 درجه خاص شما، Hastelloy C{2}}276 یک انتخاب ممتاز است که حاشیه ایمنی بالایی در برابر خستگی حرارتی ارائه میکند، مشروط بر اینکه سیمپیچ پس از ساخت بهدرستی استرسزدایی شود.
4. یکپارچگی جوشکاری: چه فلز پرکننده ای باید برای جوش GTAW لوله های سیم پیچ Hastelloy C-276 به لوله های فولادی ضد زنگ استفاده شود و خطرات رقیق سازی چیست؟
س: ما باید انتهای یک لوله سیم پیچ Hastelloy C-276 را به منیفولد فولادی ضد زنگ موجود 316L متصل کنیم. ما قصد داریم از جوش لب به لب استفاده کنیم. ما میله های پرکننده ERNiCrMo-4 در دسترس داریم. آیا این انتخاب درستی است و با توجه به این دو فلز پایه متفاوت باید به دنبال چه عیوب جوش باشیم؟
پاسخ: شما در مسیر درستی با ERNiCrMo-4 (فلز پرکننده معادل C-276) هستید. این پرکننده استاندارد و توصیه شده برای اتصال C-276 به خود یا فولادهای ضد زنگ است.
با این حال، جوشکاری فلزات غیرمشابه مانند C-276 و 316L مجموعهای از چالشهای منحصر به فرد را در مورد رقتسازی و بارش کاربید ایجاد میکند.
منطقه رقت: هنگامی که فلز پایه 316L را ذوب کرده و با پرکننده ERNiCrMo{4}}4 مخلوط میکنید، ترکیب شیمیایی حوضچه جوش حاصل ترکیبی است. آهن 316L فیلر مبتنی بر نیکل را رقیق می کند.
خطر: اگر رقت خیلی زیاد باشد (یعنی 316 لیتر بیش از حد ذوب شود و پرکننده کافی نباشد)، رسوب جوش می تواند به جای آلیاژ نیکل، به ترکیب فولاد ضد زنگ آستنیتی تبدیل شود. این منطقه فاقد محتوای مولیبدن مورد نیاز برای مقاومت در برابر خوردگی است و ممکن است مستعد ترک خوردن باشد.
کاهش: از یک گرمای ورودی کم و یک تکنیک «کرهزنی» جزئی استفاده کنید. شما باید سعی کنید کمی بیشتر از سمت C-276 را با هم ترکیب کنید یا قوس را دستکاری کنید تا مطمئن شوید که فلز پرکننده بر گودال تسلط دارد. حد رقت 35-45٪ معمولی است. فراتر از این خطر، خواص مفصل را تخریب می کند.
بارش کاربید: 316L حاوی کربن است. هنگامی که در معرض گرمای جوش قرار می گیرد، این کربن می تواند به منطقه جوش غنی{2} نیکل مهاجرت کند و اگر سرعت سرد شدن آهسته باشد، به صورت کاربید رسوب کند. این می تواند خط همجوشی را شکننده کند.
چالش های NDT: شما باید روش صحیح NDT را مشخص کنید. در صورت استفاده از PT (Dye Penetrant)، مطمئن شوید که پاک کننده با آلیاژ نیکل واکنش نشان نمی دهد. در صورت استفاده از RT (-اشعه ایکس)، تفسیر نشانهها در سطح مشترک غیرمشابه نیاز به تخصص دارد، زیرا چگالیهای مختلف فلزات میتواند اثرات سایه ایجاد کند.
رویه: روش استاندارد GTAW (TIG) با ERNiCrMo-4 است که از تکنیک مهره رشته ای برای کنترل گرمای ورودی استفاده می کند. پس از{3}}جوش، ناحیه باید با برس سیمی فولادی ضد زنگ مسواک زده شودفقط به آلیاژهای نیکل اختصاص داده شده استبرای جلوگیری از آلودگی متقابل-از ذرات فولاد کربنی یا آهن، که باعث زنگ زدگی و ایجاد حفره می شود.
5. هزینه در مقابل طول عمر: در برنامه های تولید زیر دریا، آیا هزینه سرمایه اولیه برای یک لوله کویل کامل Hastelloy C بر روی لوله های فولادی آستردار یا روکش شده توجیه می شود؟
س: برای خط تزریق مواد شیمیایی زیر دریا، CRA (آلیاژ مقاوم در برابر خوردگی) مورد نیاز است. ما یک لوله سیم پیچ جامد Hastelloy C-276 را با یک لوله فولادی کربنی که در داخل با Hastelloy پوشانده شده است مقایسه می کنیم. Hastelloy جامد به طور قابل توجهی گران تر است. چرا یک اپراتور باید محلول جامد را انتخاب کند؟
پاسخ: این یک بحث کلاسیک CAPEX در مقابل OPEX است، اما در محیط های زیر دریا، مشخصات ریسک و لجستیک نصب اغلب مقیاس را به سمت لوله سیم پیچ جامد Hastelloy C-276 منحرف می کند. در اینجا منطق فنی برای انتخاب آلیاژ جامد به جای محلول روکش دار یا آستردار آمده است:
قابلیت اطمینان باند: در لوله های روکش دار یا اندود شده، اتصال متالورژیکی (در روکش) یا تداخل مکانیکی (در آستر) یک نقطه شکست بالقوه است. در زیر آبهای عمیق، اگر لاینر به دلیل فشردگی سریع یا چرخه حرارتی کمانش کند، فولاد کربنی در معرض مواد شیمیایی تزریقی خورنده (مثلاً متانول یا بازدارندههای خوردگی) قرار میگیرد. این منجر به خوردگی خارجی سریع لوله فولادی کربنی حامل بار می شود که فاجعه بار و غیرقابل بازیابی است. یک لوله جامد Hastelloy رابطی برای خرابی ندارد.
یکپارچگی جوش در پایان: بحرانی ترین نقطه در یک سیستم پوششی، انتقال جوش در انتهای (جایی که درخت زیر دریا به لوله متصل می شود) است. جوشکاری لوله های روکش دار به دنباله ای پیچیده نیاز دارد: پشت فولاد کربنی را جوش دهید، سپس یک لایه کره را جوش دهید، سپس لایه روکش را جوش دهید. این یک منطقه پیچیده متالورژیکی ایجاد می کند. با لوله سیم پیچ جامد Hastelloy C-276، کل ضخامت دیواره همگن است. جوش به سادگی از C-276 به C-276 (یا به یک توپی آلیاژ نیکل) است که یک فرآیند شناخته شده و قابل اعتماد با یک مانع خوردگی واحد است.
طول سیم پیچ و نصب: Solid Hastelloy C{2}}276 اغلب به عنوان لوله سیم پیچ پیوسته (تا چندین کیلومتر طول) روی یک قرقره عرضه می شود. این امکان را برای یک روش نصب قرقره با حداقل جوش در خارج از ساحل فراهم می کند.
لوله های روکش دارعموماً در اتصالات 12{3}} متری عرضه می شوند. این به طور تصاعدی تعداد جوش های دور مورد نیاز در خارج از ساحل را افزایش می دهد. هر جوش روی لولههای روکش دار، عملیاتی با خطر-بالا است که به گرمای پیش{{5}دقیق، کنترل بین گذر و NDT گسترده نیاز دارد. هزینه جوشکاری دریایی و آزمایش برای یک سیستم روکشی اغلب باعث کاهش صرفه جویی در هزینه مواد در مقایسه با یک سیم پیچ جامد پیوسته می شود.
سادگی بازرسی: بازرسی یک دیوار جامد ساده است. آزمایش اولتراسونیک (UT) روی لولههای روکشدار به تکنسینها نیاز دارد که بین لایه روکش و فلز پایه تمایز قائل شوند تا فرآیند بازرسی بسیار پیچیدهتر و کندتر را تشخیص دهند.
در حالی که هزینه اولیه بالاتر است، لوله سیم پیچ جامد Hastelloy C راه حلی را ارائه می دهد که خطر نصب را به شدت کاهش می دهد و خطر{0}دراز مدت ریزش لاینر یا خوردگی رابط را از بین می برد.
