Hastelloy C-276 Isı Değişim Borusunun Arıza Analizi ve Önlenmesi

Hastelloy C-276 Isı Değişim Borusunun Arıza Analizi ve Önlenmesi

Hastelloy C-276 ısı eşanjörü borusu Servis sırasında korozyon arızası meydana gelmiş, kaynak alanı önemli ölçüde incelmiş, kaynakta lokalize küçük delikler oluşmuştur. Metalografik, taramalı elektron mikroskobu, spektral analiz ve C-276'nın arızasının diğer analiz araçları aracılığıyla kaynaklı boru analiz edilmiştir. Analiz sonuçları, sadece kaynağın soğuk çekildiğini, yanlış kaynak işleminin ve ardından kusurlu çözelti işleminin kaynak alanının korozyon direncindeki azalmanın ana nedeni olduğunu göstermektedir. Son olarak, ilgili önleyici tedbirler önerilmiştir.

0. Giriş

Hastelloy C-276 malzemesi iyi korozyon direncine sahiptir, bu nedenle kimyasal basınçlı kaplarda yaygın olarak kullanılmaktadır [1]. Bir kimya şirketi 300.000 ton/yıl asetik asit tesisinin 4 yıllık hizmetinden sonra bir asetik asit su ayırma kulesi kondenserinde (kabuk ve borulu ısı eşanjörü) kolon borusu sızıntısı arızası tespit etmiştir. Hastelloy C-276 için ısı borusu malzemesinin sızıntısı, özellikler ∅ 19mm × 2mm, yerli kaynaklı boruda yapılan ithal plaka için ısı eşanjörü borusunun arızası. Arızalı C-276 ısı eşanjörü borusunun arıza mekanizması analiz edildi ve önleyici tedbirler önerildi.

1. Makroskopik inceleme

Bu ısı eşanjörü borusu belirgin düzgün et kalınlığı incelmesi ve delik korozyonu fenomenine sahiptir ve delik korozyonunun meydana geldiği yerde en belirgin incelme görülür. Makroskopik inceleme ile arıza bölgesinin kaynak alanında olduğu ve kaynak alanında borunun duvarında küçük bir delik olduğu tespit edilmiştir. Isı eşanjörü borusu korozyon arızası ve ısı eşanjörü çalışma koşulları arasında büyük bir ilişki vardır, bu nedenle ısı eşanjörünün çalışma parametrelerini belirleme ihtiyacı vardır.
Tablo 1'de gösterilen teknik parametreleri elde etmek için ısı eşanjörü servis işlemi koşulları.
Tablo.1 Isı eşanjörü teknik parametreleri

Proje	Tüp tarafı	Kabuk geçişi
Malzemenin dokusu	C-276	Karbon çelik astar C-276
Basınç/MPa	0.4	0.16
Sıcaklık/℃	40	110
Orta	Su sirkülasyonu	Organik madde (H2O dahil: 27.06%; CH3I:3.4%; CH3COOCH3:22.94%; CH3COOH:47.6%)

Isı eşanjörü borusu makro korozyon profili Şekil 1, 2'de gösterildiği gibidir. Şekil 1'den görülebileceği gibi, ısı eşanjörü borusunun 3 numaralı konumunun çapı 1 numaralı konuma göre 1,8 mm azalmıştır, incelme alanının 3 numaralı konumu tam olarak perforasyon alanı üretmek içindir. Şekil 2 (a), 3 numaralı alanda Şekil 1'in yerel bir büyütmesidir, kaynağın genişliğinin 4 mm olduğunu ve küçük delik tarafından üretilen korozyonun kaynağın merkezine yakın olduğunu görebilirsiniz.

Şekil.1 Boru üniform incelme morfolojisi
Korozyonun küçük delikli kesilmiş numunelerin yakınındaki kaynak boyutu üzerindeki etkisini daha fazla gözlemlemek için (şekildeki kutuda gösterildiği gibi örnekleme alanı) ısı eşanjörü borusunun enine kesitindeki değişiklikleri gözlemlemek için, Şekil 2 (b)'den görülebilir. boru duvarındaki kaynakta önemli ölçüde incelme, kaynak yerel soğuk işlemden sonra dairesel geçiş olmadan daha düzdür. Ek olarak, tüp 3 pozisyon duvar kalınlığı boyutu ölçümü, ölçüm sonuçları: 1 numaralı pozisyon et kalınlığı 0,80 mm, 2 numaralı pozisyon et kalınlığı 0,44 mm, et kalınlığındaki kaynak sadece 0,2 mm.

2. Test analizi

2.1 KİMYASAL BİLEŞİM TESTİ

Borunun küçük deliğinin yakınındaki alt tabaka kesilmiş ve kimyasal bileşim analizi için numune alınmıştır. Tablo 2, ana malzemenin ve kaynak telinin ölçülen kimyasal element içeriğini listelemektedir, ilgili standartların element içeriği ile karşılaştırıldıktan sonra, yüksek W içeriğine ek olarak, diğer kimyasal element içeriğinin, niteliksiz faktörlerin malzeme bileşimi hariç, standart gerekliliklerle uyumlu olduğu bulunmuştur.

Şekil.2 Kaynak korozyon morfolojisi

2.2 METALOGRAFİK ANALİZ

Tüp matrisini ve kaynak organizasyonunu ve korozyonunu gözlemlemek için, metalografik hazırlık için Şekil 2 (b)'de gösterilen numune, organizasyonel gözlem için duvarın içindeki ve dışındaki tüp matrisi, Şekil 3'te gösterildiği gibi ana malzemenin metalografik organizasyonunun A alanı, ana malzemenin katı çözelti durumu iyidir, iç ve dış duvarlarda ciddi korozyon meydana gelmemiştir. Kaynak ciddi bir incelme alanı olduğundan, Şekil 4'te gösterildiği gibi metalurjik organizasyonun ayrıntılı gözlemi ve analizi için metalurjik mikroskop altında kaynak (B bölgesinde Şekil 2 (b)'ye karşılık gelir) ve füzyon hattı (C bölgesinde Şekil 2 (b)'ye karşılık gelir). Kaynağın dendritik bir yapıya sahip olduğu tespit edilmiştir, bu da kaynak sonrası çözelti tavlamasının mükemmel olmadığını [2] ve bu dendritik yapının varlığının kaçınılmaz olarak malzemenin korozyon direncini azaltacağını göstermektedir [3].

3. Taramalı elektron mikroskobu analizi

Kaynak dendrit yapısının varlığının korozyon performansı üzerindeki etkisini daha fazla analiz etmek için, Şekil 5'te gösterildiği gibi korozyon deliğinin iç duvarında ve dış duvarında taramalı elektron mikroskobu analizi yapılmıştır.
Tablo.2 Tüp matrisi ve kaynak kimyasal bileşimi ve standart karşılaştırması %

Kimyasal element	C	S	Si	Mn	P	Fe	Cr	Mo	V	W
ASTM B575 standardı	≤0.010	≤0.03	≤0.08	≤1.0	≤0.04	4.0-7.0	14.5-16.5	15.0-17.0	≤0.35	3.0-4.5
Ana metal	0.007	≤0.005	0.068	0.51	0.0015	6.1	15.14	16.03	0.14	4.55
ERNi CrMo-4 kaynak teli standardı	≤0.02	≤0.03	≤0.2	≤1.0	≤0.04	4.0-7.0	14.5-16.5	15.0-17.0	≤0.35	3.0-4.0
Kaynak teli	0.012	≤0.005	0.14	0.8	0.032	5	15.02	16.01	0.15	3.2

Şekil.3 Isı eşanjörü borusu taban malzemesi metalografik organizasyonu

Şekil.4 Kaynak dikişi ve füzyon hattı metalografik organizasyonu
Şekil 5 (a)'dan küçük delikli şerit korozyon morfolojisinin yakınında, korozyon çatlağı tane sınırı boyunca kademeli olarak genişlemiştir, kristal boyunca korozyon çatlağı olduğu sonucuna varılabilir. Buna ek olarak, Şekil 5 (c)'de okla işaretlenen yön boyunca dendritik yapı açıkça görülebilir, dış duvar dendritik yapısı Şekil 5 (a)'nın iç duvarından daha belirgindir.
Şekil 5'ten dendrit yapısına ek olarak, kaynak matrisinin çok fazla yapışmaya sahip olduğunu da görebilirsiniz. Bu ekler, organik kalıntıların kabuk işleminin uzun süreli çalışmasında ısı eşanjörleridir, kimyasal bileşimi ve kaynağın korozyon performansı üzerindeki olası etkisinin enerji spektral analizi yoluyla daha fazla incelenmesi gerekir.

4. Enerji spektrum analizi

Şekil 6'da gösterilen yapışmanın enerji spektrumu analizi yoluyla, her bir elementin içeriği Tablo 3'te gösterildiği gibi elde edilmiştir. Tablo 3'teki enerji spektrumu testinden, kalıntının az miktarda iyot iyonu içerdiği görülebilir.

Şekil.5 Tüpün iç ve dış duvarlarının mikroskobik morfolojisi (SEM)

5. Analiz ve tartışma

5.1 KOROZYON ORTAMI

Asetik asit zayıf oksitleyici bir organik asittir, oda sıcaklığında korozif özellikleri fazla değildir, oksijenli bazı karışık ortamlarda, asetik asidin korozyon özellikleri oksitleyici aside çok benzer, asetik asit daha fazla halojen iyonu içerdiğinde, korozyonu daha güçlüdür, çünkü halojen iyonları metal yüzeyinde güçlü bir şekilde adsorbe olabilir, böylece metal yüzey pasivasyon filmi yerel hasar [4]. Sıcaklığın artmasıyla birlikte aşındırıcılığı giderek artar [5] ve gözenek korozyonu eğilimi ciddidir ve sıcaklık kaynama noktasına (117,9°C) yaklaştığında veya aştığında aşındırıcılığı keskin bir şekilde artar [4]. Bu durumda, başarısız ısı eşanjörü borusunun dış ortamı asetik asit içeriği kütle oranı 47.6% ve ısı eşanjörü borusu çalışma sıcaklığı yaklaşık 110 ℃, yukarıdaki faktörlerin çoğu çalışma ortamının güçlü bir aşındırıcıya sahip olduğunu gösterebilir, C-276 kaynaklı boru korozyon direnci daha yüksek gereksinimleri ortaya koymak için.

Şekil.6 Ataşman enerji spektrum analizi (SEM)
Tablo.3 Enerji spektrumu test analizi

Element	Kütle fraksiyonu/%	Atomik fraksiyon/%
C	53.26	66.48
O	30	28.12
Ca	6.64	2.48
Ni	3.27	0.84
Fe	3.12	0.84
Mo	1.22	0.19
Cr	1.18	0.34
Al	0.47	0.26
Mg	0.36	0.22
Si	0.29	0.15
I	0.19	0.08
Toplam	100%	100%

5.2 KAYNAK VE SOĞUK İŞLEME İŞLEMLERİ

ASTM B626 "Kaynaklı Nikel ve Nikel-Kobalt Alaşımlı Boru (Tüp)" standardının tedarikinde adı geçen C-276 kaynaklı boru bağlantı parçaları toplam beş seviye, yüksek sıcaklıkta asetik asit çözeltisi ısı eşanjörü borusunda servis metni için, en yüksek seviye kullanılmalıdır (yani, üretim süreci kesinlikle kaynak, soğuk çekme, çözelti tavlama, tahribatsız testlere uygun olmalıdır. gerçekleştirmek için) hizmete kabul edildikten sonra. Bu durumda kaynakta dolgu teli kaynağı kullanılır, kaynak işlemi standart hükümleri karşılamaz.
Buna ek olarak, soğuk çekme deformasyon işlemi 1989 yılında yabancı ülkelere yeterince dikkat edilmemiştir, kaynağın sadece soğuk çekme deformasyon işlemi vardı ve sonunda benzer vakaların ısı eşanjörü tüp arızasına yol açmıştır, Şekil 7 Hastelloy kaynaklı tüpü sadece 8 aylık hizmeti göstermektedir, kaynak korozyon arızası [3]. Şekil 2'den görülebileceği gibi, kaynak dairesel geçiş olmadan nispeten düzdür, borunun sadece yerel haddeleme işleminden sonra kaynak üzerinde olduğu, ancak genel soğuk çekme deformasyon işleminin olmadığı görülebilir. Daha iyi korozyon performansı elde etmek için soğuk çekilmiş kaynak ve ana malzeme aynı anda olmalıdır [3], genel soğuk çekilmiş deformasyon işlemi sadece az miktarda lif dokusu oluşturamaz (lif dokusu kafes bozulması ciddidir), çekirdeği oluşturmak için yeniden kristalleşmeyi kolaylaştırmak [7] ve deforme olmuş tane içinde karbür çekirdeği oluşumu, böylece karbür çökeltisinin tane sınırları boyunca hassaslaştırma işlemindeki çelik minimuma indirilir [8].

Şekil.7 Kaynaklı Hastelloy borunun sadece 8 ay hizmette kaldıktan sonra korozyona uğraması [3]

5.3 KATI ÇÖZELTI TAVLAMA IŞLEMI

Her ne kadar genel soğuk deformasyon işlemi metal malzeme Daha iyi korozyon direnci elde etmek için [3], ancak malzemenin işlendikten, şekillendirildikten ve kaynaklandıktan sonra hala mükemmel korozyon direncini koruyabilmesini sağlamak için, imalatın katı çözelti işlemini tamamlaması gerekir. Literatürde [9], çözelti işleminin korozyon direncini sağlayabileceğinden ve dış liflerin uzaması 7%'den az olduğunda, çözelti tavlama işleminin genellikle gerekli olmadığından bahsedilmektedir. Bununla birlikte, tutma sıcaklığı ısıl işlem sürecinin gereksinimlerini karşılamıyorsa, hassaslaştırma sıcaklığı bölgesinde çok uzun süre parça oluşturmakla sonuçlanırsa, kaynağın korozyon performansını azaltacaktır [10,11], en iyi çözelti işlemi eğrisi Şekil 8'de gösterilmektedir [9,10,12].
Kaynak dikişinin yakınındaki küçük deliklerin korozyonunda katı çözelti işlemi için numuneler alındı (1100 ℃'ye ısıtıldı, su soğutmadan sonra 30 dakika bekletildi), Şekil 9'da gösterildiği gibi kaynak metalurjik organizasyonunun katı çözelti işlemi, Şekil 4 (a) dendritik organizasyona göre kaynak organizasyonunun katı çözeltisi önemli ölçüde azalır, bu da ısı eşanjörü borusu katı çözelti işleminin orijinal arızasının mükemmel olmadığını gösterir.

Şekil.8 Katı çözelti arıtma süreci [10]

Şekil.9 Kaynak metalurjik organizasyonu sonrası katı çözelti

6. Sonuç

C-276 ısı eşanjörü boru korozyon arızasının analizi görülebilir:
Isı eşanjörü çalışma ortamı CH33.4%'lik I içeriği (halojenlerin varlığını gösterir), suda çözünmüş çok aşındırıcı HI ve I- iyonları bulunacaktır, ısı eşanjörü borusu çok güçlü bir aşındırıcıya sahiptir. JB / T4756-2006 "nikel ve nikel alaşımlı basınçlı kap" a göre, C-276 ısı eşanjörü tüpünün kaynağı, kaynaklı tüpün kaynağının dolgu malzemesi olmadan otomatik kaynak olması gerektiğini öngören ASTM B626 "kaynaklı nikel ve nikel-kobalt alaşımlı tüp (Tüp)" e göre yapılmalıdır ve bu durumda kaynak tel kaynağı ile doldurulur ve kaynak işlemi standardı karşılamaz; Beş seviyeli kaynaklı boruların ASTM B626'sı nihai olarak katı çözelti işlemi için gereklidir, katı çözelti işlemi yoksa veya yetersiz katı çözelti işlemi standart hükümlerine uygun değilse, kaynak ve ana malzemenin eşzamanlı soğuk çekme işlemi olmadan ve oluşan parçaların kaynağından sonra çözelti tavlama işlemi uygun değildir. Bu nedenle, başarısız olan C-276 Hastelloy kaynaklı borunun üretim süreci, kaynaklı dikişin korozyon direncini azaltan JB / T4756-2006 "nikel ve nikel alaşımlı basınçlı kap" gereksinimlerini karşılamamaktadır.

7. Önleyici tedbirler

Dolgu malzemesi olmadan otomatik kaynak işlemi için ASTM B626 standardına göre kaynak yapılmalıdır; kaynaktan sonra ana malzeme ve kaynak üzerinde eşzamanlı olarak soğuk çekilmeli ve makul çözelti tavlama işlemi için soğuk çekilmiş şekillendirilmiş parçalar için ASTM B626 standardına uygun olmalıdır.
Güçlü korozif ortamlarda kullanılan C-276 ısı eşanjörü boruları sipariş edilirken, bu tür arızaların ortaya çıkmasını önlemek için ek korozyon direnci denetim gereklilikleri eklenmelidir.

Yazarlar: Sun Haisheng, Chen Ji, Guan Kaishu, Wang Zhiwen

Kaynak: Çin Hastelloy C-276 Isı Değişim Borusu Üreticisi - Yaang Pipe Industry Co, Limited (www.pipelinedubai.com)

Referans:

• [1] Li Lisong. Hastelloy C-276 malzemesinin kimyasal basınç uyarma kaplarında uygulanması [J]. Petrokimya Tasarımı, 2003, 20 (1): 36-38
• [2] Yang Ruicheng, Wang Kaixuan, Lv Xuefei. Ni Cr Mo Cu alaşımının katı çözelti işlemi ve korozyon direnci üzerindeki etkisi [J]. Malzeme Isıl İşlem Dergisi, 2007, 28 (ek): 182-183
• [3] Korozyona Karşı Daha Dayanıklı Kaynaklı Borular İçin: "Boncuk İşlenmiş" ve "Soğuk İşlenmiş" Boru Ürünler Arasındaki Fark[Z].HA
• YNES Uluslararası-al.
• [4] Chen Qing, Liu Feng. Hastelloy C-276'nın asetik anhidrit tesisinde uygulanması [J]. Gansu Bilim ve Teknoloji, 2010, 26 (20): 43-47
• [5] Tianhua Kimyasal Makine ve Otomasyon Araştırma ve Tasarım Enstitüsü Korozyon ve Koruma Kılavuzu (Cilt I) [M] Pekin: Kimya Endüstrisi Yayınları, 2008:145
• [6] Ji Nian, Wu Lei, Lu Jiahua, et al. C-276 alaşımının özellikleri ve kaynak teknolojisi [J]. Basınçlı kap, 2006,23 (5): 36-38,5
• [7] Chen Kuangmin. Korozyon ve Proses Ekipmanlarının Korunması [M] Pekin: Kimya Endüstrisi Yayınları, 2001:131
• [8] Tianhua Kimyasal Makine ve Otomasyon Araştırma ve Tasarım Enstitüsü Korozyon ve Koruma Kılavuzu (Cilt I) [M] Pekin: Kimya Endüstrisi Yayınları, 2008:2006
• [9] Hastelloy Korozyona Dayanıklı Alaşım İmalatı[Z]. HAYNES International, Inc., 2003.
• [10] Ge Xinsheng, Wu Lei, Zhang Haibo, İzosensitizasyonun Alaşım C-276'nın Korozyon Direnci ve Geri Kazanımı Üzerindeki Etkisi [J]. Pressure Vessel, 2007, 24 (3): 23-25, 30
• [11] Zhu Dongsheng, Guo Xinchao, Liu Qingliang Bükülmüş Borularda Isı Transferi ve Akış Karakteristiklerinin Sayısal Simülasyonu [J]. Akışkan Makineleri, 2012, 40 (2): 63-67
• [12] Ni 5716e-Alaşım C-276[Z].Thyssen Krupp VDM.