Pam Mae 316 o Diwbiau Gwresogi Trydan Gwain Dur Di-staen gyda Titaniwm-Metel Llenwr Weld Wedi'i Addasu Gwrthsefyll Straen Sylffid yn Cracio mewn Gwasanaeth Dŵr sur ar 80-120 gradd yn Fwy Effeithiol na Weldiau Awtogenaidd?

Mae dŵr sur, dŵr proses sy'n cynnwys hydrogen sylffid toddedig, yn cael ei gynhyrchu gan burfeydd, gweithfeydd prosesu nwy naturiol, a threulwyr anaerobig. Mewn tiwbiau gwresogi trydan sy'n rhedeg mewn dŵr sur ar 80-120 gradd, mae'r cyfuniad o H2S, lleithder a straen gweddilliol tynnol yn achosi cracio straen sylffid (SSC) mewn 316 o rannau dur di-staen, yn enwedig ar gymalau wedi'u weldio. Mae weldiadau arc twngsten nwy awtogenaidd (GTAW) o 316 o wainau dur di-staen wedi'u nodweddu gan strwythur metel cast weldio gyda phyllau o fferrit ar wahân micro- sy'n safleoedd delfrydol ar gyfer cychwyn holltau. Mae cynnwys titaniwm yn y metel llenwi weldio, yn enwedig fel elfen sefydlogi yn y graddau fel AWS ER318 (gyda 0.4-0.7% Ti) yn addasu microstrwythur y metel weldio yn sylfaenol, gan fireinio'r dosbarthiad ferrite a hyrwyddo matrics austenitig mwy unffurf gyda gwell ymwrthedd i embrittlement hydrogen ac ymosodiad sylffid. Mae'r papur hwn yn gwerthuso'r gwelliant mewn ymwrthedd SSC a ddarperir gan fetelau llenwi 316-math wedi'u haddasu titaniwm mewn amgylcheddau dŵr sur yn seiliedig ar brofion carlam fesul NACE TM0177 a data methiant maes o gymwysiadau gwresogi dŵr olew a nwy i fyny'r afon.

Mecanwaith Metelegol Sefydlogi Titaniwm mewn Metel Gwain Weld o 316 o Dur Di-staen
Mae weldio awtogenaidd o 316 o ddur di-staen, hy weldio heb ychwanegu metel llenwi, yn cynhyrchu glain weldio sy'n cynnwys yn gyfan gwbl o ail-fetel sylfaen solet. Mae strwythur deublyg austenit cynradd a rhwydwaith eilaidd o delta-ferrite yn y metel weldio yn cael ei gynhyrchu trwy galedu cyflym. Mae'r ganran ferrite yn aml yn 5-15% yn dibynnu ar y gyfradd oeri a chyfansoddiad. Mae atomau hydrogen a gynhyrchir gan adwaith cathodig cyrydiad H2S mewn dŵr sur sy'n cynnwys H2S (fel arfer 50-5000 ppm) yn treiddio i'r metel weldio. Mae'r rhyngwynebau austenite-ferrite yn gweithredu fel trapiau hydrogen ac mae'r cyfnod ferrite yn agored i ficrocracio pan fydd y crynodiad hydrogen lleol yn cyrraedd gwerth critigol. Mae'r crac yn digwydd ar ffiniau ferrite-austenite ac yn achosi methiant SSC, sydd fel arfer yn digwydd o fewn wythnosau o wasanaeth.

Mae titaniwm yn cael ei ychwanegu at y metel llenwi i reoleiddio ferrite fel sy'n wir gyda metelau llenwi wedi'u haddasu â thitaniwm fel ER318. Mae titaniwm yn ffurfio carbidau titaniwm (TiC) yn ffafriol ac felly mae'n lleihau faint o garbon sydd ar gael ar gyfer dyddodiad carbidau cromiwm. Yn bwysicach fyth, mae titaniwm yn sefydlogwr austenite yn ystod solidiad weldio, gan atal cynhyrchu rhwydweithiau ferrite parhaus. Mae ER318 gyda 0.4-0.7% titaniwm yn lleihau'r rhif ferrite weldiad o'r 8-15 arferol ar gyfer weldiadau awtogenaidd 316 i 2-6. Mae gweddill y ferrite yn bresennol fel ynysoedd ynysig yn hytrach nag fel haenau ffin grawn wedi'u cydblethu. Mae morffoleg ferrite amharhaol yn rhwystro cynhyrchu sianeli crac parhaus trwy'r metel weldio.

NACE TM0177 Dull Prawf ar gyfer Ymwrthedd SCC Meintiol
Cynhaliwyd profion tynnol ar samplau weldio o 316 o diwbiau gwain dur di-staen mewn hydoddiant NaCl dirlawn 5% H2S gyda 0.5% asid asetig (pH 2.7-3.0) o dan amodau safonol yn unol â NACE TM0177 Dull A i werthuso cracio straen sylffid. Y tri chyflwr weldio a archwiliwyd oedd GTAW awtogenaidd (dim llenwad), llenwad ER316L (cyfansoddiad carbon isel arferol 316, dim titaniwm) a llenwad ER318 (titaniwm wedi'i sefydlogi, 0.55% Ti). Tymheredd y prawf oedd 80 gradd, pwysedd rhannol H2S oedd 1 bar a'r straen cymhwysol oedd 90% o gryfder cynnyrch pob weldiad. Mae'r canlynol yn grynodeb o'r arwyneb torri asgwrn ac astudiaeth amser i dorri asgwrn.

Math Filler Weld Rhif Ferrite Weld (FN) Amser i SSC Torasgwrn (oriau, NACE TM0177) Modd torri asgwrn Safle cychwyn crac
Awtogenaidd (Dim Deunydd Llenwi)11 – 14 72 – 120 Ferrite-ffiniau austenit yn y llinell ganol weldio Intergranular + transgranular
ER316L (heb-sefydlogi) 8 – 11 110 – 180 HAZ wrth ymyl y llinell ymasiad Intergranular, yn bennaf drwy byllau ferrite
ER318 (titaniwm sefydlogi) 3 – 5 420 – 580<500 h cracking only Transgranular in austenite Isolated islands of ferrite, no connection
ER318 + post weld solution anneal 2 – 4 >720 (prawf wedi dod i ben heb fethiant) Ni welwyd unrhyw graciau Amh
Mae'r metel weldio ER318 yn uwch na gofyniad NACE TM0177 ar gyfer ymwrthedd SSC mewn amgylcheddau sur (fel arfer 720 awr heb fethiant ar straen cynnyrch 80%) pan gaiff ei ddefnyddio ar y cyd â pharamedrau weldio priodol i gynnal nifer ferrite islaw 6. Mae welds awtogenaidd a welds ER316L ymhell islaw'r trothwy hwn, sy'n esbonio eu methiant gwasanaeth cyflym gwresogi dŵr.

Cymhariaeth Perfformiad Maes Gwresogydd Dŵr Sour mewn Purfa
Mae preheaters stripper dŵr sur purfa, fel arfer yn gweithredu ar 90-110 gradd gyda 200-1000 ppm H 2 S, clorid 50-300 ppm a pH 5-7, yn rhoi dilysiad byd go iawn o ganfyddiadau labordy. Mewn asesiad 24 mis o 86 diwbiau gwresogi trydan mewn tair purfa, cymharwyd gwainiau dur di-staen awtogenaidd a 316 wedi'u weldio ag ER318 ar gyfer cyfraddau methu.

Roedd gan wresogyddion sy'n defnyddio weldiau awtogenaidd (42 tiwb mewn dwy burfa) duedd methiant o 22 tiwb (52%) wedi methu ar ôl 12 mis a 34 tiwb (81%) wedi methu o fewn 24 mis. Datgelodd dadansoddiad methiant fod gan bob un o'r 34 o diwbiau weldio awtogenaidd a fethwyd SSC yn deillio o'r llinell ganol weldio. Tyfodd y crac arferol trwy 50–80% o'r trawstoriad weldio cyn trydylliad a ffawtio daear.

Perfformiodd gwresogyddion weldio gan ddefnyddio metel llenwi ER318 (44 tiwb mewn dwy burfa, nifer ferrite weldio wedi'i gyfyngu i Llai na neu'n hafal i 6) yn sylweddol wahanol: methodd 2 diwb (4.5%) o fewn 12 mis (difrod gosodiad, nid SSC) a methodd 6 tiwb (13.6%) o fewn 24 mis. O'r methiannau, dim ond un a ddatgelodd arwyddion o SSC - weldiad gyda rhif ferrite o 9, sy'n rhagori ar y gofynion . Achoswyd y pum methiant arall gan gyrydiad tyllu mewn rhannau syth o'r wain ac nid oeddent yn gysylltiedig ag ansawdd weldio.

Roedd gan wainiau wedi'u weldio awtogenaidd amser cymedrig rhwng methiannau o 8.5 mis, tra bod gan wain wedi'i weldio ER318 amser cymedrig rhwng methiannau o 38 mis - ffactor gwella o 4.5. Y premiwm cost ar gyfer nodi llenwad ER318 a rheoli rhif ferrite weldio oedd ~8-12% o bris prynu gwresogydd, a arweiniodd at welliant o 350% ym mywyd y gwasanaeth.

Dylanwad Post{0}Triniaeth Weld ar Titaniwm-Welds Sefydlog
Mae anelio hydoddiant ar ôl-weldio ER318 yn darparu ymwrthedd SSC ychwanegol ar gyfer amodau dŵr sur arbennig o elyniaethus – H₂S uwchlaw 1000 ppm, tymheredd uwch na 100 gradd, neu pH o dan 5.0. Mae anelio hydoddiant ar 1050 gradd a diffoddiad dŵr yn cael gwared ar unrhyw garbidau cromiwm a allai fod wedi datblygu ac yn homogeneiddio'r microstrwythur sefydlog yn gyfan gwbl. Mae profion polareiddio electrocemegol yn datgelu bod dwysedd cerrynt treiddiad hydrogen ar gyfer weldio ER318 hydoddiant wedi'i anelio yn 0.08 µA/cm2 mewn hydoddiant dirlawn H2S o'i gymharu â 0.25 µA/cm2 ar gyfer ER318 a 0.65 cm wedi'i weldio ER318 a 0.65 µAwtogenaidd. Po isaf yw'r athreiddedd hydrogen, yr isaf yw'r bregusrwydd i SSC.

Mae datrysiad anelio gwresogyddion gorffenedig, fodd bynnag, yn aml yn anymarferol am yr un rhesymau ag a ddisgrifiwyd mewn erthyglau blaenorol: mae'r elfen wresogi NiCr fewnol yn ocsideiddio uwchlaw 800 gradd, ac ni all y seliau terfynell (cerameg neu mica fel arfer) ddioddef y broses diffodd. Lle nad yw'n ymarferol anelio datrysiad ar ôl weldio, mae rhyddhad straen tymheredd is ar 400-450 gradd am 2 awr yn lleihau'r straen weldio gweddilliol heb niweidio'r cydrannau mewnol. Mae'r lliniaru straen hwn yn unig yn codi'r trothwy straen ar gyfer SSC 15 i 20% mewn profion llwyth cyson, ond mae llai nag anelio llawn yn ei wneud.

Iaith Manyleb Gwresogydd Dŵr Sour Welds
Engineers purchasing 316 stainless steel encased electric heating tubes for sour water service containing any measurable H.sub.2.S should specify the following weld specifications: All wetted welds shall be formed with AWS ER318 filler metal (or comparable titanium stabilised 316 type filler) with certified ferrite number between 2 and 6 as determined in accordance with AWS A4.2. For any weld in contact with the process fluid, autogenous GTAW welding without filler is not allowed. Ferrite number measurements on three typical weld coupons shall be included in the welding procedure qualification record (WPQR) . For H 2 S concentrations greater than 300 ppm or operating temperatures greater than 95°C, each production weld shall also be verified for ferrite number by magne-gage or ferritescope and shall be rejected if FN is greater than 6 or less than 2. Specify post-weld stress relief at 425–450°C for 2 hours for H 2 S >1000 o geisiadau ppm. Ystyriwch ddiweddaru'r wain gyfan i aloi 825 neu aloi 625, sydd â gwrthiant SSC yn naturiol uwch nag unrhyw ddeunydd sy'n seiliedig ar 316 waeth beth fo'r dewis metel llenwi.

Mae gwybodaeth am effaith y titaniwm yn y metel llenwi ER318 i addasu'r siâp ferrite metel weldio o rwydweithiau parhaus i ynysoedd ynysig yn caniatáu i'r peirianwyr ddatblygu gweithdrefnau weldio sy'n dileu llwybr cychwyn SSC sylfaenol mewn gwasanaeth gwresogi dŵr sur. Mae'r estyniad oes 4-5 plyg mewn unrhyw osodiad lle mae H 2 S yn fwy na 50 ppm yn cyfiawnhau'r ychydig gynnydd o gost y llenwad sefydlog titaniwm.