1. ש: מהם ההבדלים הבסיסיים הקומפוזיציה והמטלורגית בין צינורות ללא תפרים של Incoloy 800H ו- Incoloy 925?
A:Incoloy 800H ו- Incoloy 925 משרתים יישומים שונים בעליל, וההבדלים ביניהם מתחילים בכימיה ובטיפול בחום.
Incoloy 800H (UNS N08810)הוא סגסוגת ברזל-ניקל-כרום המיועדת לשירות זחילה-בטמפרטורה גבוהה. ההרכב הנומינלי שלו הוא 30-35% ניקל, 19-23% כרום, ואיזון ברזל. המאפיין המבחין העיקרי הוא תכולת הפחמן המבוקרת שלו של 0.05-0.10% וטיפול חובה של חישול תמיסות בטמפרטורה מינימלית של 2100 מעלות F (1149 מעלות ). חישול זה בטמפרטורה גבוהה- מייצר מבנה גרגר עדין ואחיד (גודל גרגיר ASTM מס'. 5 או עדין יותר). הסגסוגת אינה מכילה תוספות מכוונות של מוליבדן, נחושת או טיטניום. החוזק שלו בטמפרטורות גבוהות נובע בעיקר מחיזוק תמיסות מוצקות וממבנה הגרגירים האופטימלי שלו, לא מהתקשות משקעים.
Incoloy 925 (UNS N09925)הוא סגסוגת כרום-מתקשה-ניקל-ברזל- המופקת מ-Incoloy 825. ההרכב שלו מורכב יותר באופן משמעותי: 42-46% ניקל, 19.5-23.5% כרום, 2.5-3.5% מוליבדן, 3.0%-3.0,5% מוליבדן, וחשוב. 1.9-2.4% טיטניום ו-0.1-0.5% אלומיניום. תוספות הטיטניום והאלומיניום מאפשרות התקשות משקעים באמצעות היווצרות של חלקיקי גמא-prime Ni₃(Al,Ti) במהלך טיפולי חום מבוקרים של יישון. Incoloy 925 מכיל גם מוליבדן לעמידות בבור ונחושת להפחתת עמידות לחומצות. מבנה הגרגירים האופייני שלו עדין הרבה יותר והוא מתוכנן לחוזק גבוה בטמפרטורות של עד 454 מעלות בקירוב, לא לעמידות לזחילה בטמפרטורות קיצוניות.
השלכות מתכות:Incoloy 800H שואב את התועלת שלוחוזק זחילה בטמפרטורה גבוהה(1100–1800 מעלות פרנהייט / 593–982 מעלות). הוא מתרכך עם עליית הטמפרטורה אך שומר על חוזק שימושי באמצעות הנדסת גבול תבואה. Incoloy 925 שואב את התועלת שלוחוזק מתיחה ותנובה גבוהים בטמפרטורות נמוכות עד מתונות(קריוגני עד 850 מעלות F). החוזק שלו מושג באמצעות טיפול יישון דו--: חישול תמיסה ב-1800 מעלות F (982 מעלות) ואחריו התקשות היישון ב-1325 מעלות F (718 מעלות) ו-1150 מעלות F (621 מעלות). עוצמות תפוקה אופייניות עבור Incoloy 925 עולות על 100 ksi (690 MPa), בעוד ש-Incoloy 800H מציע כ-30-45 ksi (207-310 MPa) בטמפרטורת החדר, ירידה משמעותית בטמפרטורות גבוהות.
הבחירה ביניהם דורשת תשובה ברורה לשאלה אחת: האם האפליקציה דורשת התנגדותזחילת-טמפרטורה גבוהה(בחר 800H) אוחוזק- גבוה פלוס עמידות בפני קורוזיה בסביבות חמוצות/שדות נפט(בחר 925)?
2. ש: אילו תקנים ומפרטים בתעשייה חלים על צינורות ללא תפרים של Incoloy 800H ו- Incoloy 925?
A:שתי הסגסוגות נופלות תחת מסגרות מפרט שונות לחלוטין מכיוון שהן משרתות תעשיות שונות. הבנת התקנים הללו חיונית לרכש ולעמידה ברגולציה.
עבור צינור ללא תפרים של Incoloy 800H:
ASTM B407 / ASME SB407– מפרט סטנדרטי עבור צינור סגסוגת כרום-ניקל ללא תפר-. זהו המפרט העיקרי המכסה את N08810 (800H) וכן את N08800 (800) ו-N08811 (800HT).
ASTM B163 / ASME SB163- צינורות מעבה ומחליף חום חלקים. מפרט זה מופעל לעתים קרובות עבור צינורות 800H במחלפי חום פטרוכימיים.
ASME דוודים וכלי לחץ קוד סעיף II, חלק ד'- מספק ערכי מתח מותרים עבור 800H בטמפרטורות גבוהות. באופן קריטי, 800H מקבל מתחים מותרים גבוהים משמעותית מעל 1100 מעלות F בהשוואה ל-Incoloy 800 הסטנדרטי.
ASTM B829– דרישות כלליות לצינור ללא תפרים מסגסוגת ניקל (משלימה ל-B407).
עבור צינור ללא תפרים של Incoloy 925:
ASTM B983– מפרט סטנדרטי עבור משקעים-התקשות ניקל-ברזל-צינור ללא תפרים מסגסוגת כרום (פותח במיוחד עבור UNS N09925). זהו מפרט הצינור הראשי.
ASTM B805- מכסה מוט ומוט עבור Incoloy 925, לעתים קרובות מתייחסים לאביזרים ורכיבים מעובדים.
API 6ACRA– מפרט American Petroleum Institute עבור סגסוגות המבוססות על ניקל-מוקשה בגיל- המשמשות בשירות חמוץ. Incoloy 925 מופיע לעתים קרובות עבור רכיבים למטה וציוד משטח.
NACE MR0175 / ISO 15156– זהו ללא ספק התקן החשוב ביותר עבור Incoloy 925. הוא מאשר את הסגסוגת לשימוש בסביבות חמוץ (H₂S-מכילות) נפט וגז. התקן מציין גבולות קשיות מקסימלית (בדרך כלל 35 HRC ומטה) ותנאי טיפול בחום מקובלים למניעת פיצוח מתח גופרתי.
שיקולים נוספים:עבור Incoloy 800H, דוח בדיקת החומר חייב לתעד את טמפרטורת חישול התמיסה (מינימום 2100 מעלות F / 1149 מעלות ) ואת גודל הגרגירים (ASTM No. 5 או עדין יותר). עבור Incoloy 925, על הרוכש לציין אם הצינור נדרש במצב-חישול (רך, לעבודה קרה לאחר מכן) או במצב מיושן (קשה, לשירות ישיר). רוב הצינורות הבלתי-תפרים מסופקים במצב-מחושל ועובד קר-, ולאחר מכן מיושן על ידי היצרן לאחר היווצרות והריתוך, או מסופק-מיושן מראש על ידי המפעל.
3. ש: מדוע צינור ללא תפרים של Incoloy 800H הוא החומר המועדף לשירות של תנורים פטרוכימיים ומחלפי חום בטמפרטורה- גבוהה?
A:צינור ללא תפרים של Incoloy 800H הפך לחומר נקודתי בתעשייה הפטרוכימית ליישומים הכוללים חשיפה מתמשכת לטמפרטורה- גבוהה בשילוב עם לחץ פנימי. שלושה מאפיינים ספציפיים מסבירים את הדומיננטיות שלו.
ראשית, חוזק קרע זחילה-מותאם באמצעות בקרת גודל גרגירים.בניגוד ל-Incoloy 800 הסטנדרטי, שעשוי להיות בעל מבנה גרגר גס ולא מבוקר, 800H הוא חישול בתמיסה במינימום של 2100 מעלות F (1149 מעלות ) כדי לייצר מבנה גרגר עדין ואחיד (ASTM No. 5 או עדין יותר). מבנה גרגר עדין זה מספק עמידות מעולה לעיוות זחילה תחת לחץ-לטווח ארוך בטמפרטורות שבין 1100 מעלות F ל-1800 מעלות F (593-982 מעלות). בשפופרות של תנורי פיצוח אתילן, כותרות רפורמר וצמות, רכיבים חייבים לעמוד בפני מתחי חישוק מלחצים פנימיים של עד 500 psi (3.4 MPa) בטמפרטורות מתכת של 1600-1700 מעלות F (870-927 מעלות). בתנאים אלה, תקן 800 יחווה עומס זחילה (בליטה) בלתי מקובל תוך חודשים, בעוד ש-800H מספק שירות אמין למשך 5-10 שנים או יותר. הפרמטר של Larson-מילר המשמש בדרך כלל לחיזוי חיי זחילה מראה ש-800H מציע חיי קרע בקירוב פי 10 יותר מאשר 800 סטנדרטי בלחץ וטמפרטורה שווים.
שנית, עמידות יוצאת דופן בפני קרבוריזציה וחמצון.תכולת הכרום של 19-23% מקדמת היווצרות של אבנית תחמוצת כרום (Cr₂O₃) רציפה ונצמדת על כל המשטחים החשופים לגז בטמפרטורה- גבוהה. סולם זה פועל כמחסום דיפוזיה נגד פחמן, חמצן וחנקן. בשירות פיצוח פחמימנים, דיפוזיה של פחמן (קרבוריזציה) היא מנגנון כשל ראשוני. שכבות קרבוריות הופכות שבירות, מאבדות משיכות ומפתחות אי התאמה של התפשטות תרמית שמובילה לסדקים במהלך רכיבה תרמית. תכולת הניקל הגבוהה (30-35%) מפחיתה עוד יותר את מסיסות הפחמן והפיזור במתכת הבסיסית. ניסיון בשטח מאשר שצינורות 800H שומרים על משיכות ושלמות מבנית לאחר שנים של חשיפה לקרבור, בעוד שסגסוגות ניקל נמוכות יותר, כמו נירוסטה 310H, מתקרבות מהר יותר.
שלישית, התנגדות לעייפות תרמית במהלך מחזורי בישול.תנורים פטרוכימיים דורשים פירוק תקופתי כדי להסיר משקעי פחמן. זה כרוך בהחדרת קיטור ואוויר כדי לשרוף פחמן שהצטבר, יצירת תנודות טמפרטורה מהירות מטמפרטורת הפעלה רגילה (~1600 מעלות פרנהייט) לקרוב ל-סביבה ובחזרה. מחזורים תרמיים אלה גורמים למתח משמעותי. מקדם ההתפשטות התרמית המתונה של Incoloy 800H (בדומה לפלדות אל-חלד אוסטניטיות) בשילוב עם גמישות מעולה בטמפרטורה גבוהה- מאפשרים לו לעמוד במאות או אלפי מחזורים תרמיים מבלי לפתח סדקים. מבנה הגרגירים העדין והאחיד מתנגד גם לקוויטציה בגבול התבואה, מבשר לכשל של עייפות תרמית.
דוגמאות ליישום:צנרת יציאה של רפורמי מימן, מחליפי קווי העברה לפיצוח אתילן, דודי חום לפסולת מפעלי אמוניה וצינורות מחמם-על בשירות קיטור בטמפרטורה- גבוהה. בכל המקרים הללו, 800H מספק את האיזון הדרוש בין חוזק זחילה, עמידות סביבתית וחיי עייפות תרמית שפלדות אל חלד סטנדרטיות אינן יכולות להתאים לו.
4. ש: מדוע הצינור הבלתי תפר של Incoloy 925 הוא החומר המועדף ליישומים של נפט וגז חמוץ בבור ובתת-ים?
A:צינור ללא תפרים של Incoloy 925 זכה לקבלה נרחבת בתעשיית הנפט והגז עבור סביבות שירות חמוצות חמורות שבהן נדרשים חוזק גבוה, עמידות בפני קורוזיה ועמידות בפני פיצוח מתח גופרתי (SSC). אין מאפיין אחד שמסביר את הצלחתו-אלא הוא השילוב של חמישה מאפיינים מהונדסים.
ראשית, המשקעים-התקשות.באמצעות טיפול בחום יישון מבוקר, Incoloy 925 משיג עוצמות תפוקה הנעות בין 80 ל-120 ksi (552-827 MPa) תוך שמירה על משיכות טובה (15-25% התארכות). רמת חוזק זו חיונית עבור בארות עמוקות (15,000–25,000 רגל / 4,500–7,600 מטר) שבהן לחצי קריסה ופריצות קיצוניים, ולחיבורים תת-מימיים שבהם הצינור חייב לעמוד בעומסי התקנה ולחצי הפעלה. פלדות אל-חלד אוסטניטיות סטנדרטיות כמו 316L אינן יכולות להשיג את רמות החוזק הללו ללא עבודה קרה, מה שפוגע בעמידות בפני קורוזיה. Incoloy 800H, עם חוזק תפוקה טיפוסי של 35 ksi (241 MPa), אינו מתאים לחלוטין לדרישות מכניות אלו.
שנית, תאימות ל-NACE MR0175/ISO 15156.תקן בינלאומי זה מאשר חומרים מתכתיים לשירות חמוץ כאשר H₂S קיים. Incoloy 925 מופיע במפורש בתקן לשימוש בסביבות של עד 0.1 בר (1.45 psi) לחץ חלקי H₂S ומעלה עם בקרת קשיות מתאימה. עמידותה של הסגסוגת בפני פיצוח מתח גופרתי נובעת ממבנה המיקרו הנשלט בקפידה. משקעי הגמא- הראשוניים (Ni₃(Al,Ti)) הם קוהרנטיים עם המטריצה האוסטניטית, ומייצרים התקשות אחידה מבלי ליצור את המבנים המפורקים מאוד או המרטנסיטים הרגישים ל-SSC. בנוסף, התקן דורש קשיות מרבית של 35 HRC (או 38 HRC בתנאים ספציפיים), אשר Incoloy 925 יכול להשיג בקלות במצב מיושן.
שלישית, עמידות בפני פיצוח קורוזיה של כלוריד (SCC).תכולת ניקל גבוהה (42-46%) משנה באופן מהותי את התנהגות SCC. בניגוד לפלדות אל חלד (8-12% Ni), הרגישות מאוד לכלוריד SCC מעל 140 מעלות F (60 מעלות), Incoloy 925 עמיד בפני SCC בכל הטמפרטורות שבהן נתקלים בהפקת נפט וגז, כולל בארות עמוקות-בטמפרטורה גבוהה וקווי הזרקת קיטור. עמידות זו היא קריטית בסביבות שבהן מי היווצרות מכילים אלפי ppm כלורידים.
רביעית, עמידות בפני קורוזיה וחריצים ממוליבדן.תכולת המוליבדן של 2.5-3.5% מספקת עמידות בפני התקפה מקומית בתמיסות המכילות כלוריד-. המספר המקביל של התנגדות החריצים (PREN=%Cr + 3.3×%Mo) עבור Incoloy 925 הוא בערך 30–33, גבוה משמעותית מפלדת אל חלד 316L (PREN ~24–26). זה מתורגם לטמפרטורות בור קריטיות גבוהות יותר וביצועים טובים יותר בתנאי קיפאון או סדקים הנפוצים בהשלמות בבור ובציוד תת-מימי.
חמישית, תוספת נחושת להפחתת עמידות לחומצה.תכולת הנחושת של 1.5-3.0% מספקת הגנה מפני חומצות מפחיתות כגון חומצות גופרתיות או הידרוכלוריות שעשויות להיות נוכחות במערכות גז חמוץ עקב טיפולים כימיים או כימיה של היווצרות. סרט פסיבי זה המכיל נחושת- מועיל במיוחד בסביבות עם H₂S ו-CO₂ שבהן יכולות להיווצר כמויות קטנות של חומצות מעובה.
יישומים אופייניים:צינורות ייצור למטה, אורזים, שסתומי בטיחות תת-קרקעיים, סעפות תת-ימיות, גופי חנק ורכיבי עץ חג המולד. ביישומים אלה, Incoloy 925 מתחרה עם סגסוגות משקעים-מוקשות אחרות כמו Inconel 718 ו- Inconel 725. הוא נבחר לעתים קרובות כאשר הסביבה פחות חמורה ממה שדורש Inconel 718 אך עולה על היכולות של פלדות אל-חלד דופלקס או סופר דופלקס.
5. ש: מהן הדרישות הקריטיות לריתוך וטיפול בחום עבור צינורות ללא תפרים של Incoloy 800H לעומת Incoloy 925?
A:נוהלי ריתוך וטיפול בחום עבור שתי הסגסוגות הללו שונות מהותית מכיוון ש-Incoloy 925 הוא התקשות-משקעים בעוד ש-Incoloy 800H לא. יישום הליך שגוי מוביל לכשל מיידי או לפגיעה חמורה בחיי השירות.
עבור צינור ללא תפרים של Incoloy 800H:
בחירת מתכת מילוי:לְהִשְׁתַמֵשׁERNiCr-3(AWS A5.14) כחומר המילוי הסטנדרטי. לשירות הזחילה התובעני ביותר מעל 1500 מעלות פרנהייט (816 מעלות),ERNiCrCoMo-1(Inconel 617) מספק חוזק מעולה בטמפרטורה-מוגבהת. לעולם אל תשתמש בחומרי מילוי מנירוסטה, שיוצרים חום פריך-איזורי מושפעים.
בקרת כניסת חום:שמור על טמפרטורות בין-מעבר מתחת ל-200 מעלות F (93 מעלות). השתמש בחרוזי חוט במקום אריגה. הגבל את כניסת החום ל-25-45 קילו-ג'יי/אינץ' (10-18 קילו-ג'יי/ס"מ). הזנת חום מוגזמת מחסמת את מבנה הגרגר העדין שנותן ל-800H את עמידות הזחילה שלו, ומבטלת את היתרון של חישול הפתרון של 2100 מעלות F.
ניקוי-לפני ריתוך:הסר את כל חומרי המזהמים הגופרית, הזרחן ונקודת -התכה- נמוכה. השתמש בגלגלי שחיקה ייעודיים מסגסוגת ניקל-. נקו עם אצטון לפני הריתוך.
טיפול בחום לאחר-ריתוך (PWHT):בדרך כלל לא נדרש לעובי דופן טיפוסי בצנרת (עד 2 אינץ' / 50 מ"מ). עבור חלקי קירות או רכיבים כבדים- הדורשים חוזק זחילה מרבי, חישול פתרון מלא ב-2100 מעלות פרנהייט (1149 מעלות ) ואחריו קירור מהיר משחזר את מבנה הגרגירים האופטימלי. PWHT בתחום הוא לעתים רחוקות מעשי, ולכן הכשרת תהליכים זהירה היא חיונית.
עבור צינור ללא תפרים של Incoloy 925:
בחירת מתכת מילוי:לְהִשְׁתַמֵשׁERNiCrMo-3(אינקונל 625) אוERNiCrMo-10(אינקונל 622). חומרי מילוי אלה המכילים מוליבדן- תואמים או עולים על עמידות המתכת הבסיסית בפני קורוזיה.לעולם אל תשתמשERNiCr-3 (שחסר מוליבדן) או כל חומר מילוי מנירוסטה.
בקרת כניסת חום:אפילו יותר מחמיר מאשר עבור 800H. טמפרטורת מעבר מקסימלית: 200 מעלות F (93 מעלות). כניסת חום מוגבלת ל-20-35 קילו-ג'יי/אינץ' (8-14 קילו-ג'יי/ס"מ). קלט חום גבוה יותר גורם להזדקנות יתר של{10}האזור המושפע מהחום או, גרוע מכך, להמסה מתחילה של משקעי גבול התבואה.
טיפול בחום לאחר-ריתוך הוא חובה עבור יישומים מבוגרים:Incoloy 925 מרותך בדרך כלל במצב חישול-תמיסה (רך). לאחר הריתוך, המכלול כולו חייב לעבור טיפול חום מלא משקעים-:
חישול פתרון(במידת הצורך כדי להקל על מתחי הריתוך): 1800 מעלות פרנהייט (982 מעלות ) למשך שעה אחת לכל אינץ' של עובי, ולאחר מכן קירור מהיר (כיווי מים)
שלב ההזדקנות הראשון:1325 מעלות פרנהייט (718 מעלות) למשך 8 שעות, ולאחר מכן קירור תנור ל-1150 מעלות פרנהייט (621 מעלות)
שלב ההזדקנות השני:החזק ב-1150 מעלות פרנהייט (621 מעלות) למשך 8 שעות, ולאחר מכן קרר באוויר
ההזדקנות הדו--שלבת מייצרת את משקעי הגמא-פריים (Ni₃(Al,Ti)) המספקים חוזק. ריתוך ללא התיישנות לאחר מכן מייצר מבנה רך עם חוזק תפוקה של 40-50 ksi בלבד (276-345 MPa)-שלא מתאים לחלוטין לרוב יישומי שדות הנפט. ריתוך במצב-טרום אפשרי אך מסתכן בהזדקנות יתר או פיצוח ואינו מומלץ עבור רכיבים המכילים לחץ{10}.
אזהרה קריטית:לעולם אל תנסה לרתך את Incoloy 925 באמצעות נהלים שפותחו עבור Incoloy 800H. היעדר התיישנות לאחר-ריתוך ישאיר את מפרק הריתוך במצב רך וחלש רגיש לקורוזיה וכשל מכני. לעומת זאת, ההזדקנות של Incoloy 800H היא מיותרת ואינה מספקת תועלת תוך הוספת עלות וסיכון לעיוות.
דרישות הסמכה:עבור Incoloy 925 בשירות חמוץ, הליכי ריתוך חייבים להיות מוסמכים עם בדיקת קשיות לפי NACE MR0175. קשיות באזור-מושפע החום ובמתכת הריתוך לא תעלה על הגבולות שצוינו (בדרך כלל מקסימום 35 HRC). זה מצריך לעתים קרובות בקרה קפדנית של כניסת החום ובמקרים מסוימים, מחזור חישול ו-הזדקנות לאחר-תמיסת ריתוך כדי לשחזר חוזק וגם קשיות מקובלת.
