Hastelloy C276 feszültségkorróziós repedésállóság savanyú gázban: NACE MR0175 megfelelőség

Hastelloy C276 (UNS N10276)nagymértékben ellenáll a feszültségkorróziós repedésnek (SCC) a savanyú gázszolgáltatásban, és kifejezetten elfogadható korrózióálló ötvözetként szerepel a NACE MR0175 / ISO 15156 3. részében mind a szulfidos feszültségrepedés (SSC), mind a feszültség--orientált hidrogén-környezeti repedés (SOHIC) esetében.

Ellentétben az ausztenites rozsdamentes acélokkal, mint például a 316L, amelyek körülbelül 60 °C feletti hőmérsékleten klorid-SCC-vel tönkremennek, a C276 lényegében immunis a klorid-SCC-vel és a hidrogén-indukált SSC-vel szemben, mivel nikkelmátrixa nem támogatja a repedési mechanizmust. A megfelelőség megköveteli, hogy az anyag oldatban izzított állapotban legyen, 35 HRC alatti keménységgel és 20 százalék alatti hidegmunkával; a 600-1150 C-os tartományban nem engedélyezett az utólagos-hegesztési hőkezelés.

A Hastelloy C276 ellenáll a feszültségkorróziós repedésnek savanyú gázban?

Igen. A C276 lényegében immunis a savanyú gázban előforduló feszültségkorróziós repedéssel (SCC) és szulfidos feszültségrepedéssel (SSC) szemben, mivel a magas -nikkeltartalmú (körülbelül 57 százalék) teljesen ausztenites mátrixa nem esik át a klorid-vagy hidrogén-indukált repedési mechanizmusokon, amelyek az acél nélküli szénacélokban és még azokban a szénacélokban is tönkreteszik azokat.

A feszültségkorróziós repedés savanyú környezetben két jól ismert hibamóddal rendelkezik, amelyeket a C276 elkerül. Az első a kloridos feszültségkorróziós repedés (Cl-SCC), amely az ausztenites rozsdamentes acélokat (304/316) sújtja, amikor a forró, nedves, klórozott körülmények meghaladják a körülbelül 60 °C-ot; ezek az ötvözetek szerény húzófeszültség hatására a szemcsehatárok mentén megrepednek. A C276 annak ellenére, hogy szintén ausztenites, nem reped meg így, mert nikkeltartalma (körülbelül 57 százalék) megzavarja a mechanizmust - a durván 40-45 százalék Ni feletti nikkelötvözetek általában immunisak a Cl-SCC-re.

A második a szulfidos feszültségrepesztés (SSC), a klasszikus szén-acél gyilkos a H2S szolgáltatásban: a H2S korrózióból származó atomos hidrogén behatol az acélba, összegyűlik a kemény zónákban, és húzófeszültség hatására hirtelen rideg törést okoz. A C276 ennek ellenáll, mert rendkívül homogén, nincs kemény fázisa az oldat-lágyítása során, és nikkelmátrixa nem rideg, mint a test-központú köbös acél. A savanyúgáz-, FGD- és vegyi üzemekben szerzett helyszíni tapasztalatok megerősítik, hogy a C276 élettartama 20-30 év SCC-hibák nélkül.

Mit mond a NACE MR0175 / ISO 15156 a C276-ról?

A NACE MR0175 / ISO 15156 3. része az UNS N10276-ot (Hastelloy C276) sorolja fel, mint elfogadható korrózióálló ötvözetet (CRA) az oldatban izzított állapotban, 35 HRC maximális keménységgel és maximális hidegen végzett munka esetén {29}20 százalék lehet a legagresszívabb. H2S + CO2 + klorid környezet a környezeti repedési korlátozások nélkül, amelyek megkötik a szenet és az alacsony{14}}ötvözött acélokat.

A NACE MR0175 / ISO 15156 az a globális szabvány, amely meghatározza az elfogadható anyagok és környezetvédelmi határértékeket a savanyú (H2S-tartalmú) kőolaj- és gáztermeléshez. A 3. rész a korrózióálló-ötvözetek (CRA-k), beleértve a nikkel-alapú ötvözeteket is. Ezen belül a C276 CRA minősítést kapott, és nincs SSC/SOHIC környezeti repedéshatár a H2S parciális nyomásához kötött, mivel az ötvözet eleve ellenálló.

A szabvány két anyagállapot-szabályozást ír elő: a keménység nem haladhatja meg a 35 HRC-t (a kemény fázisok elkerülése érdekében), és a hidegmunka nem haladhatja meg a 20 százalékot (a hideg munka növelheti a keménységet és maradék feszültséget okozhat). Ezeket a határértékeket könnyen teljesíti az oldatban lágyított C276, amelynek keménysége jellemzően 85-95 HRB (körülbelül 15-20 HRC-nek megfelelő). A gyakorlati következtetés: a mérnök meghatározhatja a C276-ot savanyúgáz-kútfejhez, áramlási vezetékhez vagy leválasztóhoz a szénacélhoz szükséges bonyolult környezeti repedési számítások nélkül, feltéve, hogy betartják a gyártási ellenőrzéseket (hevített, alacsony hidegen végzett munka, nem tiltott PWHT).

1. táblázat: NACE MR0175 / ISO 15156-3 A C276 követelményei (UNS N10276)

Forrás: NACE MR0175 / ISO 15156-3 (2020-as kiadás); A nikkel alapú ötvözetekre vonatkozó melléklet.

Miért repednek az ausztenites rozsdamentes acélok, de a C276 nem?

Az ausztenites rozsdamentes acélok, mint például a 316 literes, megrepednek a savanyú kloridos acél 60 °C feletti hőmérsékleten, mivel vas-krómmátrixuk érzékeny a kloridos feszültségkorróziós repedésekre, míg a C276 nikkel-domináns mátrixa (körülbelül 57 százaléka Ni) kohászatilag klórduk{1}CC} és klórduk{1}immunis} - tehát a 316L-t tönkretevő hibamechanizmus egyszerűen nem tud továbbterjedni a C276-ban.

A különbség megértéséhez hasonlítsa össze a két mechanizmust. A rozsdamentes acél kloridos SCC-jének három feltétele van: érzékeny mikrostruktúra (szenzibilizált vagy hidegen megmunkált ausztenit), húzófeszültség és egy hőmérsékleti küszöb feletti kloridok (általában körülbelül 60 °C-nak nevezik 316 liternél, alacsonyabb magas kloridtartalommal vagy alacsony pH-értékkel). A repedés egy gödörben vagy résben magokat képez, és szemcsék között terjed. A C276 csak körülbelül 5-7 százalék vasat és 16 százalék krómot, de 57 százalék nikkelt tartalmaz; a durván 40-45 százalék feletti Ni-tartalmú nikkelötvözetek nem mutatnak Cl-SCC-t ugyanúgy, és különösen a C276-nak van hosszú üzemi tapasztalata forró klórozott és savas környezetben SCC nélkül.

Hidrogénnel -indukált SSC esetén a szén és az alacsony-ötvözött acélok meghibásodnak, mert az elnyelt hidrogén összegyűlik a kemény martenziten vagy a szemcsehatárokon; A C276 egyfázisú-felületű-központú köbös nikkel szilárd oldat, nincs ilyen kemény-fázisú csapdája, és ridegedés nélkül nyeli el/szállítja a hidrogént. A nettó hatás: ahol a tervezőnek a 316L és a C276 között kell választania egy savanyú, klórozott, meleg szolgáltatáshoz, a C276 teljesen eltávolítja az SCC meghibásodási módot, ahelyett, hogy csak feljebb tolná a küszöböt.

2. táblázat: SCC viselkedés összehasonlítása: 316L vs C276 savanyú szolgáltatásban

Forrás: NACE MR0175; SCC küszöbreferenciák (pl. Anyagteljesítmény jelentések); ötvözet adatlapok.

Hogyan hasonlítható össze a C276 más savanyúgáz hitelminősítő intézetekkel?

A savanyú gázhoz használt korrózióálló-ötvözetek közül a C276 a konzervatív csúcs-választék az erősen redukáló, magas-klorid- és magas-H2S-áramok esetén; Az Inconel 625 fedezi az oxidáló-kloridot és a nagyobb-szilárdságigényeket, az Alloy 825 a mérsékelten savanyú, a 904L/316L pedig alacsony-klorid-, alacsonyabb-H2S-terhelésre korlátozódik, így a C276 túlságosan agresszívabb{17} környezetre van korlátozva. ötvözetek.

A hitelminősítő intézetek közötti választás korróziós{0}}borítékon alapuló döntés. A savanyú gáznál konkrétan: a 316L-t és a 904L-t a kloridos SCC és a kloridos pitting korlátozza (PREN-jük csak 23-26, illetve 33-36), ezért csak ott használják, ahol alacsony a klorid és a H2S. Az Alloy 825 (PREN körülbelül 30) mérsékelt savanyú és kénsavat kezel, de nem ideális ott, ahol magas a klorid tartalom.

Az Inconel 625 (PREN körülbelül 51) kiválóan oxidálja a -kloridot és a tengervizet-, mint a savanyú, és nagyobb szilárdságot kínál, de erősen redukáló sav plusz H2S esetén a C276 (PREN körülbelül 68 a 15-17 százalék Mo-tartalom miatt) kiváló. A C22 (PREN körülbelül 65) nagyon közel áll a C276-hoz, és gyakran használják ott, ahol az oxidáló vegyes savak dominálnak; a tiszta savanyú/csökkentő dominancia esetében a C276 a mérce. Az alábbi táblázat az egyes ötvözeteket a hozzájuk tartozó savanyú szolgáltatási kerethez rendeli, így a tervező csak akkor tudja indokolni a C276 kiválasztását egy olcsóbb alternatívával szemben, ha a kémia valóban megkívánja.

3. táblázat: A CRA kiválasztása a savanyú gázszolgáltatáshoz

Forrás: NACE MR0175 ötvözettáblák; PREN névleges kémiából számítva; CRA kiválasztási útmutatók.

Melyek a C276 környezetvédelmi működési korlátai a Sour Service-ben?

Mivel a C276 a NACE MR0175-ben környezeti repedéshatár nélküli CRA-nak minősül, a savanyú gázban működési határát az általános és helyi korrózió határozza meg (nem SCC) - jellemzően 190-230 °C-on működik savanyú vizes üzemben, és körülbelül 400-450 °C-on túlmenően, ahol az acél szén-dioxid-hőmérséklete jóval túlmutatna. SSC.

A széntartalmú és{0}}szegényen ötvözött acélok esetében a NACE MR0175 szigorú határértékeket ír elő a H2S parciális nyomáson, pH-n és kloridon (a „környezeti repedési” burok) alapján. A C276, mint CRA mentesül az SSC/SOHIC határértékek alól, így a valódi határ a korróziós sebesség lesz.

A vizes savanyú (H2S, CO2, kloridok által előállított víz) során a C276 passzív marad, és 0,1 mm/évnél kisebb sebességgel korrodálódik nagyjából 190-230°C-ig, amelyen túl az általános korrózió erős savban megemelkedhet. Száraz vagy nem -vizes savanyú gázban (nincs szabad víz) a C276 még magasabb hőmérsékleten is használható, az ötvözet magas hőmérsékleti határértékét az oxidáció/szulfidációval szembeni ellenállása - 400-450°C körüli kéntartalmú környezetben (legfeljebb 65°C-ig terjedő légkörben) szabályozza.

A tervezési pont a következő: adja meg a C276-ot egy savanyú rendszer nedves, klórozott, magas-H2S zónájához; a száraz, melegebb upstream szakaszokon az alacsonyabb ötvözetek vagy a C276 mindkettő működhet, de a C276 biztosít margót. A hőmérsékleti határértékeket mindig meg kell erősíteni az adott savkoncentrációval és kloridszinttel korróziós adatokkal vagy tesztekkel.

4. táblázat: Indikatív C276 működési boríték savanyú szolgáltatásban

Forrás: NACE MR0175 CRA boríték; Haynes C276 korróziós adatok; olaj- és gázipari anyagokra vonatkozó irányelvek.

Milyen keménység és hideg{0}}szabályozás vonatkozik a C276-ra savanyú szolgáltatásban?

A NACE MR0175 szabványnak való megfelelés érdekében a C276-ot oldatban izzított állapotban kell szállítani, 35 HRC alatti keménységgel és 20 százalék alatti teljes hidegmunkával; ezek a vezérlők megakadályozzák a kemény{5}}fázis kialakulását és a maradék feszültséget, amely elméletileg veszélyeztetheti az ötvözet belső SSC-tűrőségét.

Noha a C276 alapvetően SSC-immun, a NACE továbbra is keménységet és hideg{2}}munka sapkát ír elő, mivel a gyártás véletlenül kemény zónákat vagy maradék feszültséget hozhat létre. A 35 HRC plafon könnyen teljesíthető: a lágyított C276 általában 85-95 HRB-t mér, ami nagyjából 15-20 HRC-vé alakul – jóval a határérték alatt. A 20 százalék feletti hidegmunka növeli a keménységet és húzó-maradó feszültséget is bevezet, ezért fedővel van ellátva; minden 20 százalék feletti képződést teljes oldatos lágyításnak kell követnie a megfelelőség helyreállítása érdekében.

A hegesztések speciális esetek: mivel a C276 immunis az érzékenységre, az as-hegesztett zóna PWHT nélkül is elfogadott, de a hegesztési varrat keménységét is ellenőrizni kell 35 HRC alatt (ERNiCrMo-4/10 lerakódások jellemzően a 85-95 HRB tartományban vannak). A beszerzési és gyártási előírásoknak kifejezetten hivatkozniuk kell a NACE MR0175 szabványra, meg kell követelni a keménységvizsgálatot nem nemesfém és hegesztési varraton egyaránt, és meg kell tiltani a 20 százalékot meghaladó hidegmunkát, kivéve, ha újra hevítik.

5. táblázat: Keménység és hideg{1}}Munkamegfelelőségi ellenőrzőlista

Forrás: NACE MR0175/ISO 15156-3; ASME IX. szekció; gyártási minőségi tervek.

Hogyan hegeszthető a C276 a savanyú gázszolgáltatáshoz?

A C276 savanyúgázhoz ERNiCrMo-4 vagy ERNiCrMo-10 töltőanyaggal van hegesztve, szigorú argon öblítéssel (O2 50 ppm alatt), hőbevitellel 0,5-1,5 kJ/mm, áthaladási hőmérséklet 93 °C alatt, és nem kell utóhegesztés alatti hőkezelést és utóhegesztést végezni. A HRC megtartja a NACE MR0175 megfelelőségét.

A C276 hegesztése az általános C276 hegesztéshez hasonlóan fegyelmezett eljárást követ, a megfelelőség igazolására keménységi felméréssel. A töltőanyag (ERNiCrMo-4 vagy ERNiCrMo-10) olyan hegesztési fémet rak le, amely önmagában is SSC-ellenálló és 35 HRC alatt van, így nincs szükség PWHT-ra – ami szerencsés, mert a PWHT 600-1150 C tartományban egyébként is tilos lenne. Az argon hátulsó öblítés (O2 50 ppm alatt) megvédi a gyökeret az oxidációtól, amely savanyú üzemben korróziókezdeményező helyet hozhat létre.

A hőbevitel szabályozása megakadályozza az intermetallikus csapadékot. A hegesztés után a PT (felületi repedésekhez) plusz RT/UT (belső szilárdsághoz), valamint a hegesztési kupakon és a HAZ keménységi ellenőrzése megerősíti, hogy a csatlakozás megfelel a NACE-nak. Vezetékes vagy áramlási hegesztési varratok esetén az ASME IX. szakasza szerinti minősített WPS, NACE-elfogadással kötelező, és a hegesztési eljárás minősítési nyilvántartásának (WPQR) dokumentálnia kell a keménységi eredményeket.

6. táblázat: C276 Sour-Service Welding Parameters

Forrás: ASME IX. szekció; NACE MR0175; Haynes C276 hegesztési útmutató H-2002.

Esettanulmány: Sour Gas Flowline - 316L hiba C276-ra cserélve

Az eredetileg 316L-ben meghatározott savanyú gáz áramlási vezeték 14 hónapos meleg, magas-klorid- és magas-H2S szolgáltatásban kloridos feszültségkorróziós repedés következtében meghibásodott; az érintett orsó Hastelloy C276-ra (UNS N10276) történő cseréje megszüntette az SCC meghibásodási módját, és több mint 9 éve zavartalanul működött.

A mező körülbelül 3-5 százalék H2S-vel, 8-10 százalék szén-dioxiddal és 30 000-60 000 ppm kloriddal nedves savanyú gázt termelt az előállított vízben, körülbelül 75-90 °C áramlási hőmérsékleten. Az eredeti 316 literes NACE papírtekercs a szemcsék közötti határértéken belül tönkrement. klorid SCC egy hegesztési hőhatás által érintett zónában mindössze 14 hónap után, ami visszafogott, de költséges szivárgást és leállást okoz. A kohászati ​​vizsgálatok megerősítették, hogy a klasszikus Cl-SCC egy gödörből származik.

Az üzemeltető újra-meghatározta a meghibásodásra hajlamos-orsót (és több hasonló helyen) a C276-ban (UNS N10276), oldat-hevített, ERNiCrMo-10 hegesztési töltőanyaggal és teljes NACE-kompatibilis gyártással. A beszerelés óta a C276 orsók több mint 9 éven át működtek, SCC nélkül, szivárgás nélkül, és az ultrahangos megfigyelés során a korrózió mértéke 0,05 mm/év alatt van. Az anyagprémiumot (C276 kb. 12-16-szorosa a 316 liter/kg költségnek) az ismételt leállások elkerülése és a savanyú gáz kibocsátásának biztonsági kockázata indokolta.

Forrás: Üzemeltetői hiba vizsgálati jelentés (anonim); JN Alloy savanyú{0}}szervizes archívum.

Hogyan minősíthető és ellenőrizhető a C276 a savanyú szolgáltatáshoz?

A C276 savanyú-szolgáltatás minősítése a NACE MR0175 anyagállapot igazolásán alapul (oldat-hevített, < 35 HRC, < 20 százalék hidegmunka), valamint az ASME IX. szakasza szerinti szabványos hegesztési minősítés, amelyet PMI, keménységvizsgálat és NDT támogat; A NACE TM0177 szerinti formális SSC-teszt nem kötelező, de a kritikus szolgáltatásokhoz kérhető.

Mivel a C276 már szerepel minősített hitelminősítő ügynökségként, a legtöbb projekt nem{1}}futtat újra SSC laboratóriumi vizsgálatokat (NACE TM0177 A/B módszer), hacsak a beszerzési specifikáció ezt nem írja elő. A rutin minősítési útvonal a következő: (1) malom tanúsítvány (EN 10204 3.1/3.2), amely megerősíti az UNS N10276 kémiáját és az oldat-hevített állapotát; (2) 35 HRC alatti keménységi teszt az alapon és a hegesztésen; (3) PMI, amely minden hosszon és a hegesztési felületen megerősíti a megfelelő ötvözetet; (4) WPS/WPQ ASME IX. szakaszonként; (5) NDT (PT, RT/UT) az irányadó kódex szerint.

Kritikus vagy magas -H2S (pl. 3. osztályú) szolgáltatás esetén a vásárló kérhet egy TM0177 SSC tesztkupont, amely megerősíti, hogy a szabványos H2S-oldatban - C276 720 óra terhelés után nincs repedés, és a C276 ezen könnyen átmegy. A dokumentációs csomag a NACE MR0175 megfelelőség bizonyítékává válik a berendezési dosszié számára.

7. táblázat: Sour-Szolgáltatás minősítése és ellenőrzése

Forrás: NACE MR0175; NACE TM0177; ASME szekció IX / VIII; gyártási minőségellenőrzési tervek.

Gyakran Ismételt Kérdések: C276 és savanyú gáz

K: A Hastelloy C276 engedélyezett a NACE MR0175 savanyú szolgáltatáshoz?

V: Igen. Az UNS N10276 (Hastelloy C276) mint elfogadható korrózióálló ötvözet (CRA) szerepel a NACE MR0175 / ISO 15156 szabvány 3. részében az oldatban izzított állapotban történő savanyú kiszolgáláshoz. Nincs a H2S parciális nyomásához kötött környezeti repedési (SSC/SOHIC) határértéke, mert eleve ellenálló. A megfelelőség 35 HRC alatti keménységet és 20 százalék alatti hidegmunkát igényel, a 600-1150 C-os tartományban nem kell utólagos{13}}hegesztési hőkezelést végezni.

K: Miért ellenáll a C276 a szulfidos feszültségrepedésnek, ha a rozsdamentes acél nem?

V: A C276 magas nikkeltartalma (körülbelül 57 százalék) a mátrixát immunissá teszi a kloridos feszültségkorróziós repedésekkel és a hidrogén-indukálta szulfidos feszültségrepedéssel (SSC) szemben. Az ausztenites rozsdamentes acélok, mint például a 316L, megrepednek az SCC klorid hatására körülbelül 60 °C felett, és savanyú szolgálat közben rideggé válhatnak, míg a C276 egyfázisú, szilárd nikkel oldata nem támogatja ezeket a mechanizmusokat. Gyakorlatilag a C276 eltávolítja az SCC hibamódot, ahelyett, hogy csupán a küszöböt emelné.

K: Használható-e a C276 magas-H2S, magas-klorid-tartalmú savanyú gázban?

V: Igen. A C276 kifejezetten alkalmas a legagresszívebb savanyú, klórozott, redukáló környezetekhez - magas H2S parciális nyomás, magas kloridtartalmú víz és alacsony pH -, ahol a 316L, 904L és még a 825-ös ötvözet is korlátozva lenne, vagy nem működne. Körülbelül 68-as PREN-je és magas molibdéntartalma klorid-rezisztenciát és immunitást biztosít az SSC-vel szemben. A működési határt az általános korrózió (nedves savanyú üzemben nagyjából 190-230 C fokig), nem a környezeti repedés szabja meg.

K: A C276-nak szüksége van utólagos-hegesztési hőkezelésre a savanyú szolgáltatáshoz?

V: Nem. A C276-ot NEM szabad utólagos-hegesztéssel hőkezelni a 600-1150 °C-os tartományban, mert ez rideg intermetallikus csapadékot okozna. Az as-hegesztett állapot már optimális a korrózióval és az SCC-vel szembeni ellenállás szempontjából, és a NACE MR0175 elfogadja az as-hegesztett kötést. Az egyetlen követelmény a 35 HRC alatti hegesztési keménység ellenőrzése és a NACE-kompatibilis hegesztés alkalmazása (ERNiCrMo-4/10 töltőanyag, argon öblítés, szabályozott hőbevitel).

K: Hogyan viszonyul a C276 az Inconel 625-höz a savanyú gázhoz?

V: Mindkettő kiváló hitelminősítő a rossz minőségű szolgáltatásokhoz. A C276 (PREN kb. 68, magasabb molibdén) kiváló az erősen redukáló, magas-klorid- és magas-H2S-savas környezetben, míg az Inconel 625 (PREN kb. 51) az oxidáló -klorid- és tengervízben-, mint a savanyú, és nagyobb szilárdságot biztosít. A C276 a mérce a -sav{13}}domináns savanyú patakok csökkentésében; A 625-öt gyakran választják ott, ahol a nagyobb mechanikai szilárdság vagy az oxidáló-kloriddal szembeni ellenállás a prioritás.

K: Mennyibe kerül a C276 316 liter feletti használata savanyú szolgáltatásban?

V: A C276 kilogrammonként nagyjából 12-16-szor többe kerül, mint a 316 literes rozsdamentes acél. Azonban a savanyú, klórozott üzemben, ahol a 316L klorid SCC 1-2 éven belül meghibásodik, a C276 20-30 éves élettartamot biztosít, kiküszöbölve a leállásokat, a szivárgás kockázatát és az ismételt cserét. Az életciklus-költségelemzés általában a C276-ot részesíti előnyben a kritikus savanyú zónákban, az alacsonyabb ötvözeteket pedig a rendszer nem kritikus szakaszai számára fenntartják.