Q1: تفاوت های اساسی در ساخت بین لوله بدون درز Hastelloy C و لوله جوشی چیست و چگونه بر عملکرد تأثیر می گذارد؟
A:تمایز ساخت بین لوله Hastelloy C بدون درز و جوش داده شده برای کاربردهای مربوطه آنها اساسی است. لوله بدون درز با سوراخ کردن یک شمش جامد گرم شده از آلیاژ Hastelloy (معمولا C-276، C-22، یا C-4) و سپس نورد دوار یا اکسترود آن در یک لوله توخالی بدون اتصال طولی تولید میشود. این فرآیند که اغلب با کشیدن سرد و بازپخت محلول دنبال می شود، ساختاری کاملاً یکنواخت و پیوسته به دانه ایجاد می کند. در مقابل، لوله جوش داده شده به صورت یک ورق یا سیم پیچ مسطح شروع می شود که به صورت رول به شکل استوانه ای در می آید و سپس در امتداد درز جوش داده می شود.
عامل اصلی تمایز عملکرد در عدم وجود درز جوش است. در حالی که لولههای جوشکاری شده مدرن میتوانند مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی داشته باشند، منطقه متاثر از حرارت (HAZ) مجاور جوش همچنان میتواند جدایی عنصری جزئی یا تنشهای پسماند را حتی پس از عملیات حرارتی پس از جوش نشان دهد. یک لوله بدون درز، بدون چنین اتصالی، ذاتاً مقاومت در برابر خوردگی، استحکام مکانیکی و شکلپذیری یکنواخت را در کل سطح مقطع و طول خود ارائه میکند. این امر در محیطهایی با سرعت بالا، ساینده، یا حفرههای شدید (مثلاً کلر مرطوب یا اسید سولفوریک غلیظ در دماهای بالا)، که حتی یک حمله ترجیحی میکروسکوپی در امتداد درز جوش میتواند باعث خرابی شود، حیاتی میشود. علاوه بر این، لوله بدون درز یکپارچگی فشار برتر را تحت بارگذاری چرخه ای یا شوک حرارتی حفظ می کند، زیرا هیچ صفحه ساختاری ضعیف تری وجود ندارد. در نتیجه، برای خدمات حیاتی در راکتورهای هستهای، راکتورهای شیمیایی با فشار{11}بالا، و سیستمهای نفت و گاز زیر دریا، لوله Hastelloy C بدون درز علیرغم هزینه ساخت بالاتر، استاندارد طلایی باقی میماند.
Q2: چرا لوله بدون درز Hastelloy C-276 در کاربردهای نفت و گاز در دریا و زیر دریا ارزش ویژه ای دارد؟
A:لوله بدون درز Hastelloy C-276 به دلیل مقاومت استثنایی آن در برابر مخلوط پیچیده ای از عوامل تهاجمی: کلریدهای آب دریا، سولفید هیدروژن (H2S)، دی اکسید کربن (CO2) و اسیدهای آلی - اغلب در فشارهای بالا و متوسط تا بالا، در محیط های دریایی و زیر دریا ضروری شده است. در تولید آب های عمیق، اجزایی مانند خطوط کنترل هیدرولیک، لوله های تزریق مواد شیمیایی و لوله های پایین چاله باید در برابر دو حالت شکست اولیه مقاومت کنند: خوردگی حفره ای و ترک ناشی از استرس سولفیدی (SSC).
ساخت و ساز بدون درز در اینجا بسیار مهم است زیرا سیستم های زیر دریا شامل تنش های مکانیکی شدید (به عنوان مثال، خم شدن در هنگام نصب، ارتعاش در طول تولید) و چرخه حرارتی هستند. یک درز جوش، حتی اگر در برابر خوردگی-مقاوم باشد، میتواند بهعنوان یک افزایشدهنده تنش یا مکانی برای ترک{4} ناشی از هیدروژن در سرویس ترشی عمل کند (بر اساس NACE MR0175/ISO 15156). محتوای Hastelloy C{14}}276 با مولیبدن بالا (15-17٪) و کروم (14-16٪) یک لایه غیرفعال پایدار در حضور کلریدها ایجاد می کند و از ایجاد حفره جلوگیری می کند. ماتریس غنی از نیکل{15}(تعادل نیکل) آن مقاومت فوقالعادهای در برابر ترک خوردگی ناشی از فشار ناشی از کلرید (SCC) ارائه میکند - حالت شکستی که به راحتی به فولادهای زنگ نزن آستنیتی حمله میکند. علاوه بر این، C{21}}276 ذاتاً در برابر شکنندگی هیدروژن مقاوم است و آن را برای مخازن حاوی H2S{22}}ایمن میکند. فرم بدون درز تضمین می کند که هیچ خوردگی فلز جوش ترجیحی یا HAZ رخ نمی دهد، که در غیر این صورت می تواند منجر به نشت فاجعه بار در سیستم های کنترل یا لوله های تولید شود. همانطور که میادین فراساحلی به سمت مخازن با فشار، دمای بالاتر و خورندهتر حرکت میکنند، قابلیت اطمینان لوله بدون درز C-276 مستقیماً به کاهش هزینههای مداخله، عمر مفید طولانیتر (20+ سال) و افزایش ایمنی ترجمه میشود.
Q3: بازپخت محلول چگونه بر ریزساختار و مقاومت در برابر خوردگی لوله بدون درز Hastelloy C تأثیر می گذارد؟
A:آنیل کردن محلول مسلماً حیاتی ترین مرحله عملیات حرارتی در تولید لوله بدون درز Hastelloy C است. پس از کشش سرد (که کار آلیاژ را سخت می کند و ممکن است باعث ایجاد تنش های پسماند و بارش جزئی فاز شود)، لوله تا یک محدوده دمایی خاص - معمولاً 1120 درجه تا 1180 درجه فارنهایت (2050 درجه فارنهایت تا 2150 درجه فارنهایت) - گرم می شود - و به دنبال آن خاموش شدن سریع معمولاً در آب انجام می شود. این فرآیند به سه هدف اساسی دست می یابد:
ابتدا، هر فاز ثانویه رسوبی مانند کاربیدها (مثلاً M6C، M23C6) و فازهای بین فلزی (مثلاً فازهای mu یا chi) را که ممکن است در حین خنک شدن آهسته یا کار داغ تشکیل شده باشند، حل می کند. این رسوبها، اگر در ساختار باقی بمانند، ماتریس مجاور کروم و مولیبدن - عناصر کلیدی برای غیرفعالسازی - را تخلیه میکنند و در نتیجه سلولهای گالوانیکی ایجاد میکنند که آغازگر حمله حفرهای یا بین دانهای هستند.
دوم، بازپخت محلول، ترکیب شیمیایی را همگن می کند. آلیاژهای Hastelloy C جامد-محلول تقویت شده هستند، به این معنی که Mo، Cr، و W (تنگستن) به طور مساوی در ماتریس نیکل توزیع شده اند. بازپخت توزیع عنصری یکنواخت را تضمین می کند که به پتانسیل خوردگی یکنواخت در کل دیواره لوله تبدیل می شود.
سوم، تنشهای پسماند تولید را حذف میکند و خطر ترک خوردگی تنشی{0}}در سرویس را کاهش میدهد. یک راه حل مناسب-لوله بدون درز آنیل شده و خاموش شده دارای یک ریزساختار کاملا آستنیتی و تک فازی-بدون دانه پیوسته-کاربیدهای مرزی است. این حالت متالورژیکی حداکثر مقاومت شناخته شده آلیاژ را در برابر حفره، خوردگی شکاف و مخلوط اسید اکسید کننده/کاهنده فراهم می کند. اگر یک لوله بدون درز به درستی محلول-بازپخت نشود یا به کندی خنک شود، مقاومت آن در برابر خوردگی میتواند 50 تا 80 درصد در آزمایشهای استاندارد کاهش یابد (مثلاً روش A ASTM G28). بنابراین، سازندگان معتبر همیشه لوله بدون درز Hastelloy C را در شرایط بازپخت شده، با گواهیهای آسیاب که پارامترهای عملیات حرارتی را مستند میکنند، عرضه میکنند.
Q4: محدودیت ها یا چالش های اصلی هنگام تعیین لوله بدون درز Hastelloy C برای کاربردهای-قطر یا طولانی{2}}بزرگ چیست؟
A:در حالی که لوله بدون درز Hastelloy C یکپارچگی بی بدیل را ارائه می دهد، استفاده از آن بدون محدودیت عملی و اقتصادی نیست، به ویژه زمانی که قطرهای بزرگ یا طول های طولانی مورد نیاز است. محدودیت اولیه قابلیت ساخت است. تولید لوله بدون درز شامل سوراخ کردن و کشیدن بیلت های جامد است. حداکثر قطر خارجی (OD) تجاری موجود برای Hastelloy C بدون درز معمولاً به حدود 8 تا 10 اینچ (DN 200-250) محدود می شود و ضخامت دیواره بالاتر از 1 اینچ به طور فزاینده ای برای دستیابی به یکنواخت دشوار می شود. برای قطرهای بزرگتر، لوله های جوش داده شده (به عنوان مثال، ASTM B619) تنها گزینه عملی است، زیرا فرآیندهای سنبه بدون درز یا اکستروژن از نظر فنی چالش برانگیز و بسیار گران هستند.
دوم، طول یک محدودیت است. لوله های بدون درز معمولاً در طول های تصادفی تا حدود 6-7 متر (20-23 فوت) برای قطرهای متوسط عرضه می شوند، در حالی که لوله های جوش داده شده را می توان در طول های پیوسته تولید کرد و بر اساس آن برش داد. برای خطوط لوله طولانی (به عنوان مثال، خطوط انتقال کارخانه شیمیایی بیش از 100 متر)، جوشکاری قرقره های بدون درز متعدد باعث ایجاد جوش های دور متعدد می شود - که تا حدی مزیت بدنه بدون درز را نفی می کند.
سوم، هزینه با قطر و ضخامت دیواره به سرعت افزایش می یابد. بازده مواد خام برای تولید بدون درز کمتر است ( سوراخ کردن و کشیدن زباله) یک لوله 4{12}}اینچی 40 بدون درز C{13}}276 ممکن است 30 تا 50 درصد بیشتر از یک لوله جوش داده شده معادل با همان مشخصات خوردگی قیمت داشته باشد. در نهایت، بازرسی لوله بدون درز نیز چالش برانگیزتر است: در حالی که لوله های جوش داده شده به بازرسی شدید درز نیاز دارند (مثلاً رادیوگرافی 100٪)، لوله بدون درز باید تحت آزمایش جریان آلتراسونیک کامل بدن یا گردابی{17} برای تشخیص حفره های داخلی، دورها، یا جدا شدن از بیلت قرار گیرد. برای دیوارهای بسیار ضخیم، تشخیص آخال های کوچک دشوار می شود. بنابراین، مهندسان اغلب از یک رویکرد ترکیبی استفاده میکنند: برای خطوط بحرانی-کوچک، فشار بالا، یا ایمنی{22}} بدون درز (مانند خطوط ضربهای ابزار، لولههای فرورفتگی راکتور)، و لولههای جوش داده شده برای سربرگهای با قطر بزرگ و با خطر کمتر یا خطوط انتقال جوی مشخص کنید.
Q5: چه استانداردهای صنعتی و الزامات آزمایش غیرمخرب (NDT) به طور خاص در مورد لوله بدون درز Hastelloy C برای خدمات حیاتی اعمال می شود؟
A:لوله بدون درز Hastelloy C توسط چندین استاندارد ASTM و ASME کنترل می شود که انتخاب آن بسته به خدمات مورد نظر است. رایج ترین استاندارد این استASTM B622(یکسان باASME SB-622) که لوله های بدون درز نیکل و آلیاژ نیکل- کبالت را برای کاربردهای خوردگی عمومی می پوشاند. برای سرویسهای فشار یا دمای بالا (مثلاً لولهکشی دیگ بخار یا مخزن تحت فشار)، کدهای ASME بخش VIII یا B31.3 SB-622 را با الزامات اضافی ترکیب میکنند.
برای لوله های بدون درز در نظر گرفته شده برای خدمات نفت و گاز ترش (H2S)، مطابق باNACE MR0175 / ISO 15156اجباری است. این استاندارد محدودیتهایی را بر سختی اعمال میکند (معمولاً کمتر یا مساوی 35 HRC برای C-276) و برای جلوگیری از ترکخوردگی استرس سولفیدی به شرایط بازپخت محلول خاصی نیاز دارد. گواهینامه های آسیاب باید به صراحت انطباق NACE را بیان کنند.
آزمایش غیر مخرب (NDT) برای لوله های بدون درز دقیق است.ASTM B622مستلزم آن است که هر لوله تحت آزمایش هیدرواستاتیک (حداقل فشار آزمایش محاسبه شده از ابعاد لوله و تنش مجاز) یا آزمایش جریان گردابی (بر اساس ASTM E426) همراه با آزمایش پنوماتیک قرار گیرد. برای کاربردهای حیاتی تر (هسته ای، زیر دریا)، خریداران اغلب مشخص می کنند:
تست اولتراسونیک (UT)از کل بدنه لوله برای تشخیص عیوب داخلی، ورقهها یا حفرهها (بر اساس ASTM E213).
جریان گردابی کامل-بدنبرای عیوب سطح و نزدیک-سطح.
تست نفوذ مایع (PT)در هر دو انتها برای بررسی وجود ترک یا ورقه ورقه ناشی از عملیات برش و تکمیل.
علاوه بر این، برای لوله های بدون درز که به صورت سرد کشیده شده اند، الفتست اندازه دانه(ASTM E112) ساختار یکنواخت ریز- را تضمین میکند.تست خوردگی بین دانه ایدر ASTM G28 روش A (سولفات آهن-اسید سولفوریک) یا روش B (اسید نیتریک) اغلب برای تأیید مؤثر بودن بازپخت محلول و عدم وجود حساسیت لازم است. برای تأیید ابعاد، تلورانس ها از ASME B36.19 (ابعاد لوله فولادی ضد زنگ) یا استانداردهای خاص مشتری پیروی می کنند. تامین کنندگان معتبر گزارش آزمایش مواد تایید شده (MTR) را ارائه می کنند که آنالیز شیمیایی (با C، مولیبدن بالا، کروم پایین)، خواص کششی (بازده بیشتر یا مساوی 355 مگاپاسکال، کشش بیشتر یا مساوی 690 مگاپاسکال برای C{9}}276)، سختی و همه نتایج NDT را مستند می کند. شهادت شخص ثالث (به عنوان مثال، Lloyds، DNV، Bureau Veritas) برای سفارشات لوله بدون درز بسیار مهم است.
