1. تفاوتهای ترکیبی اساسی بین Incoloy 800، 800H، 800HT و Incoloy 825 چیست و چگونه این تفاوتها بخشهای اصلی کاربرد آنها را در صنایع نفت و گاز و فرآوری شیمیایی دیکته میکنند؟
در حالی که همه آلیاژهای نیکل-آهن-کروم هستند، ترکیبات خاص و ویژگیهای حاصل از آنها محیطهای خدماتی متمایز را هدف قرار میدهند.
سری Incoloy 800 برای استحکام{1}}در حرارت بالا و مقاومت در برابر اکسیداسیون طراحی شده است. ترکیب اصلی آن تقریباً 32.5٪ نیکل، 21٪ کروم، و آهن متعادل، با افزودن کنترل شده از تیتانیوم و آلومینیوم است.
Incoloy 800: درجه پایه با محتوای کربن استاندارد.
Incoloy 800H: "H" مخفف دمای بالا است. محتوای کربن بالاتری دارد (0.05{3}}0.10%) و برای ایجاد ساختار دانه درشت بازپخت میشود، که مقاومت خزشی برتر را در دماهای بالاتر از 540 درجه سانتیگراد (1000 درجه فارنهایت) ارائه میکند.
Incoloy 800HT: مشابه 800H اما با کنترلهای دقیقتر روی آلومینیوم و تیتانیوم (Al+Ti ≥ 0.85%) برای پایداری و استحکام در دمای بالا حتی{4}}.
برنامه های اصلی (800H/HT): جایگاه آنها در محیط های فرآیندی با دمای بالا و خورنده است. در نفت و گاز، این شامل لولههای پیرولیز، لولههای بخاری، و لولههای تابشی در کورههای ترک اتیلن میشود، جایی که در دمای 850 درجه سانتیگراد تا 1100 درجه سانتیگراد در اتمسفرهای کربورکننده و اکسیدکننده مقاومت میکنند. در فرآوری شیمیایی، آنها در مجموعههای اصلاحکننده متان بخار، نیروگاههای هیدروژنی و سیستمهای سوزاندن زباله استفاده میشوند.
در مقابل، Incoloy 825 برای مقاومت در برابر خوردگی آبی استثنایی، به ویژه در برابر اسیدهای کاهنده بهینه شده است. ترکیب آن (تقریباً{2}}٪ نیکل، 21.5٪ کروم، 3٪ مو، 2.2٪ مس، آهن متعادل) کاملاً متفاوت است. محتوای نیکل بالا مقاومت در برابر کلرید-تنش یون-ترک خوردگی (SCC) ایجاد میکند. مولیبدن در محیط های کلرید در برابر خوردگی حفره ای و شکافی مقاومت می کند، در حالی که مس مقاومت در برابر اسیدهای سولفوریک و فسفریک را افزایش می دهد.
کاربردهای اولیه (825): دامنه آن تهاجمی، مرطوب و اغلب دمای پایینتر-شیمی است. در نفت و گاز، برای لوله های پایین چاه، اجزای سرویس ترش و انتقال آب تولید شده از لوله های فرآیندی حاوی کلرید، H2S و CO2 بسیار مهم است. در فرآوری شیمیایی، این استاندارد برای سیستم های ترشی اسید سولفوریک و فسفریک، لوله کشی خنک کننده آب دریا، پردازش مجدد سوخت هسته ای و لوله کشی آب شور دریایی است. شکل لوله بدون درز برای خدمات بحرانی و فشار بالا ضروری است، جایی که یکپارچگی جوش در لوله های جوش داده شده می تواند یک تعهد باشد.
2. چرا فرآیند تولید "بدون درز" به ویژه برای لوله های Incoloy 800/825 که برای سرویس-فشار،-بالا{4}}یا خورنده در نظر گرفته شده، حیاتی است؟
فرآیند بدون درز، که در آن لوله از یک شمش جامد اکسترود یا سوراخ میشود، به دلیل سه مزیت اصلی نسبت به لولههای جوشی (درزدار) برای کاربردهای سخت-قابل مذاکره نیست:
ساختار همگن و یکپارچگی برتر: یک لوله بدون درز دارای ساختار دانه ای پیوسته و یکنواخت در اطراف کل محیط خود است. این ضعف ذاتی یک درز طولی جوش را از بین می برد، که یک سایت بالقوه برای:
شروع خوردگی: نواحی جوش می توانند تغییرات جزئی در ریزساختار داشته باشند (مناطق متاثر از گرما) که در محیط های تهاجمی مانند کلریدها یا H2S مرطوب بیشتر مستعد ابتلا به حفره، خوردگی شکاف، یا ترک خوردگی تنشی هستند.
معایب: علیرغم پیشرفتها، جوشها میتوانند شامل آخالها، تخلخل یا همجوشی ناقص باشند که متمرکزکننده تنش و نقطه شروع شکست تحت فشار چرخهای (خستگی) یا خزش در دماهای بالا هستند.
مهار فشار افزایش یافته: عدم وجود درز جوش به این معنی است که لوله دارای خواص مکانیکی ثابتی است. این امر باعث میشود حاشیههای ایمنی بالاتر و عملکرد قابل اعتماد در سیستمهای{1}فشار بالا مانند لولههای سوراخ، خطوط هیدرولیک، یا لولههای مبدل حرارتی با فشار بالا- وجود داشته باشد. ضخامت دیوار نیز یکنواخت تر است.
بهبود عملکرد دمای بالا{0}: برای درجاتی مانند 800H/HT که در رژیمهای خزش استفاده میشوند، یک ریزساختار یکنواخت و کنترلشده بسیار مهم است. فرآیند بدون درز، به دنبال آنیل کردن محلول مناسب و (برای 800H/HT) عملیات حرارتی درشت کردن دانه، قدرت گسیختگی قابل پیش بینی و بهینه را تضمین می کند. درز جوش میتواند ناحیهای از دانههای ریز یا ساختار رسوبی تغییر یافته باشد که تحت تنش طولانی مدت در دما منجر به شکست زودرس میشود.
در اصل، لوله بدون درز برای حیاتی ترین خدمات در جایی که خرابی یک گزینه نیست، انتخاب می شود و هزینه بالاتر آن را در مقایسه با جایگزین های جوش داده شده توجیه می کند.
3. مکانیسم های کلیدی خوردگی که لوله بدون درز Incoloy 825 به طور خاص برای مبارزه با آنها طراحی شده است، چیست و ترکیب آن چگونه به هر یک می پردازد؟
Incoloy 825 یک "جنگجوی شیمیایی" همه کاره است که برای کنترل یک کوکتل از عوامل خورنده طراحی شده است. ترکیب آن یک پاسخ مستقیم به مکانیسم های شکست خاص است:
کلرید{0}}ترک خوردگی ناشی از تنش (Cl-SCC): این شکست شکننده مواد نرمال نرم تحت تنش کششی در حضور کلریدها و اکسیژن است. محتوای نیکل بالا (≥42%) دفاع اولیه است و آلیاژ را در برابر Cl{4}}SCC برای تمام اهداف عملی در اکثر محیطهای فرآیندی مصون میسازد. این برای خنکسازی آب دریا، کاربردهای فراساحلی و جریانهای فرآیند حاوی نمک بسیار مهم است.
خوردگی حفره ای و شکافی: حمله موضعی در محلول های کلرید راکد یا زیر رسوبات/ واشر. افزودن 3 درصد مولیبدن به طور قابل توجهی دمای حفرهای بحرانی آلیاژ (CPT) و مقاومت در برابر خوردگی شکاف را افزایش میدهد و آن را برای آب شور، آب دریا و مایعات فرآیندی حاوی کلرید مناسب میسازد.
اسیدهای کاهنده (سولفوریک، فسفریک): مقاومت در برابر اسید سولفوریک یک نقطه قوت کلیدی است. ترکیب نیکل و مس مقاومت عالی در برابر اسید سولفوریک رقیق و مقاومت خوبی در برابر اسید فسفریک ایجاد می کند. این باعث می شود 825 برای خطوط اسید ترشی، سیستم های زهکشی معدن اسید و تجهیزات پردازش کود فسفات ایده آل باشد.
محیط های اکسید کننده و اسید پلی تیونیک SCC: کروم 21.5٪ یک فیلم غیرفعال اکسید کروم (Cr2O3) پایدار و محافظ را تشکیل می دهد که مقاومت در برابر اسید نیتریک، نیترات ها و نمک های اکسید کننده ایجاد می کند. این سطح کروم همچنین به آلیاژ اجازه می دهد تا به طور موثر در برابر ترک خوردگی ناشی از تنش پلی تییونیک اسید (PASCC) در هنگام خاموش شدن در خدمات پالایشگاهی/پتروشیمی از طریق روش های غیرفعال سازی مناسب تثبیت شود.
خوردگی سولفیدی و ترش: در محیط های نفت و گاز حاوی H2S (سرویس ترش)، محتوای بالای نیکل و کروم آلیاژ، مقاومت خوبی در برابر پوسته پوسته شدن و ترک خوردگی سولفید ایجاد می کند، به خصوص زمانی که دما و سطح کلرید نیز بالا باشد.
4. در ساخت، ملاحظات حیاتی برای جوشکاری و عملیات حرارتی پس از جوش (PWHT) سیستم های لوله کشی بدون درز Incoloy 800/825 چیست؟
ساخت نامناسب می تواند به طور کامل خواص خوردگی ذاتی و دمای{0}}این آلیاژهای درجه یک را تضعیف کند.
ملاحظات جوشکاری:
انتخاب فلز پرکننده: باید از فلزات پرکننده همسان یا بیش از{0}}آلیاژ شده استفاده شود.
Incoloy 800/800H/800HT: معمولاً با اینکونل 82 (ERNiCr{8}}3) یا پرکننده Incoloy 800HT (ERNiFeCr-1) جوش داده می شود. این پرکننده ها با مقاومت فلز پایه در دمای بالا و مقاومت در برابر اکسیداسیون مطابقت دارند.
Incoloy 825: جوش داده شده با INCO-Weld 825/INCO-Filler 825 (ERNiCrMo-3). استفاده از پرکننده فولاد ضد زنگ (مانند 309) جوشی با مولیبدن کم و حساس به ترک ایجاد می کند که قادر به مقاومت در برابر سوراخ شدن نیست.
فرآیند و تکنیک: فرآیندهای با ورودی حرارت کم مانند جوشکاری قوس تنگستن گاز (GTAW/TIG) برای پاسهای ریشه و گرم برای حفظ مقاومت در برابر خوردگی ترجیح داده میشوند. قوس فلزی محافظ (SMAW/Stick) می تواند برای پر کردن و درپوش استفاده شود. تمیز کردن دقیق برای حذف روغن، گریس و هر گونه آلاینده گوگرد/سرب حیاتی است. تکنیک "کره و جوش" اغلب برای اتصالات غیر مشابه فولاد کربنی استفاده می شود.
پست-تصفیه حرارتی جوش (PWHT):
Incoloy 800H/HT: PWHT عموماً برای خدمات بالای 540 درجه سانتیگراد (1000 درجه فارنهایت) مورد نیاز است. استاندارد آنیل محلول در 1100-1175 درجه سانتیگراد (2012-2147 درجه فارنهایت) و به دنبال آن خنک سازی سریع (کوئنچ آب) است. این کاربیدهای کروم را که در جوش HAZ رسوب میکنند، حل میکند، شکلپذیری را بازیابی میکند و برای 800H/HT، امکان ایجاد ساختار دانه درشت لازم را فراهم میکند.کاهش استرس در دماهای پایین تر (مثلاً 850 درجه سانتیگراد) توصیه نمی شودزیرا می تواند منجر به ایجاد حساسیت شود.
Incoloy 825: PWHT معمولاً برای خدمات خوردگی استاندارد مورد نیاز یا توصیه نمی شود. این آلیاژ در حالت بازپختی محلول استفاده میشود. اگر PWHT برای کاهش تنش پس از ساخت شدید ضروری تشخیص داده شود، باید آنیل کامل محلول (900-925 درجه سانتیگراد و سپس خاموش کردن سریع) باشد تا از حساس شدن در محدوده بحرانی 425-870 درجه سانتیگراد که در آن کاربیدهای کروم مضر و فازهای بین فلزی تشکیل میشوند و مقاومت به خوردگی را از بین میبرند، جلوگیری شود.
5. هنگام تعیین لوله بدون درز Incoloy 800H/HT یا 825 برای یک پروژه، مواد ضروری ASTM/ASME و استانداردهای آزمایشی که باید برای اطمینان از کیفیت و تناسب-برای{4}}هدف، ارجاع داده شوند، کدامند؟
استانداردسازی دقیق کلید قابلیت اطمینان است. موارد زیر استانداردهای اصلی هستند:
برای لوله بدون درز Incoloy 800/800H/800HT:
استاندارد مواد: ASTM B407 / ASME SB407 - مشخصات استاندارد برای نیکل-آهن-لوله و لوله بدون درز آلیاژ کروم. این استاندارد ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی و الزامات عمومی را پوشش می دهد.
تمایز درجه: شماره UNS خاص باید خوانده شود:
Incoloy 800: UNS N08800
Incoloy 800H: UNS N08810 (با کربن ≥0.05٪، Al+Ti ≥0.85٪)
Incoloy 800HT: UNS N08811 (با کربن ≥0.05%, Al+Ti ≥0.85%)
استانداردهای تست:
ASTM A999 / ASME SA999: الزامات عمومی برای لوله فولادی آلیاژی. اغلب برای الزامات تکمیلی مانند آزمایش هیدرواستاتیک، آزمایش الکتریکی غیرمخرب (NDE) و صدور گواهینامه استفاده می شود.
تست هیدرواستاتیک: بر اساس ASTM B407، معمولاً تا فشاری که با فرمول استاندارد محاسبه می شود آزمایش می شود.
آزمایش غیر مخرب (NDE): ASTM E213 (آزمایش اولتراسونیک) یا ASTM E709 (تست ذرات مغناطیسی - برای مواد فرومغناطیسی، کمتر رایج برای آنها) ممکن است برای تشخیص نقص مشخص شود.
بررسی اندازه دانه برای 800H/HT: ASTM E112 برای تأیید اندازه دانه درشت (معمولاً ASTM No. 5 یا درشت تر) مورد نیاز برای مقاومت بهینه خزش استفاده می شود.
برای لوله بدون درز Incoloy 825:
استاندارد مواد: ASTM B423 / ASME SB423 - مشخصات استاندارد برای نیکل-آهن{3}}کروم-مولیبدن-آلیاژ مس (UNS N08825) لوله و لوله بدون درز.
استانداردهای تست:
ASTM A999 / ASME SA999 دوباره برای الزامات عمومی لوله اعمال می شود.
تست خوردگی (در صورت مشخص شدن): اگرچه همیشه یک شرایط تحویل اجباری نیست، آزمایشهای خوردگی بین دانهای بر اساس روش A ASTM G28 (برای تشخیص تخلیه کروم) میتواند برای سرویس حیاتی مشخص شود تا اطمینان حاصل شود که مواد در محلول مناسب قرار دارند-وضعیت بازپخت شده،-غیر حساس.
هیدرواستاتیک و NDE: الزامات مشابهی که در بالا ذکر شد، با UT روش اولیه NDE.
برای همه پروژهها، آییننامه اجرایی ASME B31.3 Process Piping Code بر طراحی، ساخت، بازرسی و آزمایش سیستم لولهکشی نصبشده با ارجاع به این استانداردهای مواد نظارت میکند.
