مقاله شماره 2


تست HIC و SSC  چیست ؟

مساله خوردگي يكي ازمهمترين مشكلات مهندسين وكارشناسان درپالايشگاهها و واحدهاي  فرايند صنعتي به خصوص صنايع مربوط به نفت،گاز و پتروشيمي محسوب ميگردد حضورگاز سولفيدهيدروژن به صورت محلول درنفت خام و به دنبال آن درفراورده هاي نفتي منجر به تشكيل محيطي تحت عنوان محيط ترش ميگردد . يكي ازعمده ترين مشكلات انواع خوردگي درمحيط هاي ترش نظيرچاههاي نفت وگاز،ترك ناشي ازخوردگي هيدروژني يا همان HIC است كه دراثرمجاورت با فولادها و فلزات رخ ميدهد .  عملا  كليه محيط های حاوی هوا،رطوبت، بخاروگازهاي ديگر مثل كلر،آمونياك،سولفيد هيدروژن ، دي اكسيدگوگرد،اسيدهاي معدني مثل اسيدكلريدريك , سولفوريك و نيتريك ،اسيدهاي آلي مثل اسيداستيك وفرميك خورنده اند لاكن قدرت خورندگي آنهامتفاوت است . بنابراين جذب هيدروژن و اثرات آن روي خواص فلز و همچنين بخارموجود درهوا ميتواند باعث اكسيده شدن وايجاد خوردگي درفولاد و فلزات گردد  .  بطوركلي مواد معدني خورنده ترازموادآلي ميباشند . خوردگي درصنايع نفت بيشتر دراثر كلرورسديم، گوگرد ، اسيدسولفوريك و كلريدريك و آب است تا بخاطر روغن ، نفت و بنزين .  اگرچه درجه حرارت هاو فشارهاي بالاتر معمولا باعث ايجاد شرايط خوردگي شديدتري را مينمايند.

روش هاي كنترل خوردگي عبارتند از:انتخاب و استفاده از مواد مناسب ، كنترل تنش ها ، استفاده از مواد بازدارنده خوردگي و روش پوشش دهي. در اين مقاله ضمن معرفي انواع پديده هاي شكست ناشي از محيط هاي خورنده كه ممكن است در هنگام ساخت و يا در شرايط استفاده از مبدل هاي گرمايي و مخازن و ديگر تجهيزات مربوط به اين صنعت رخ دهد ، شما را با  مختصري از استاندارد هاي مربوطه و تست های مورد استفاده برای شناسائی و انتخاب مواد مناسب آشنا خواهيم ساخت.

پرکاربرد ترین استاندارد برای این منظور استاندارهای مربوط به( NACE )  National Association of Corrosion Engineers همان انجمن ملی مهندسی خوردگی کشور ایالات متحده آمریکا می باشد . استاندارد NACE MR 0103  به نام

مواد مقاوم نسبت به ترک های ناشی از تنش های سولفیدی ( SSC ) در محیط های خورنده پالایشگاهی به منظور استاندارد سازی بکارگیری مواد فلزی در ساخت پالایشگاه ها تدوین شده است و قبل از این استاندارد ی با کد NACE MR 0175 تحت عنوان مواد مقاوم به ترک های ناشی از تنش های سولفیدی در تجهیزات استفاده شده در میادین نفتی مورد استفاده صنایع مربوطه بوده است که استاندارد  0103   MR NACE    عملا به عنوان یک سند مشابه اما کامل تر منتشر گردیده است. هردو استاندارد حاوی قسمتی برای محل کاربرد های مربوطه هستند اما نکته قابل تامل در هر دو استاندارد مسولیت تشخیص و قضاوت برای  برآورد کردن شرایط استاندارد بر عهده مصرف کننده است.

تاثير هيدروژن روي فولادها

هيدروژن ميتواند روي خواص مكانيكي فولاد از دوطريق تاثيرگذارباشد. اول اينكه هيدروژن ميتواند با نفوذ درون فولاد و حضور خود باعث كاهش مقدارمقاومت تسليم و كاهش چقرمگي آن گردد .  ودوم اينكه دريك حمله شديدتر معلوم شده كه هيدروژن ميتواند با شكافت نفولاد وخارج نمودن كربن از درون آن نيز باعث كاهش مقاومت كششي ، چكش خواري و مقدار چقرمگي آن گردد.

خواص چكش خواري فولادهاي كم آلياژ در درجه حرارت بالای ℃ 450به خاطر سختي مربوط به بازپخت كاهش مي يابد ، مگراينكه شكل گيري ساختار موردنظر بدقت كنترل گردد .عناصري همچو ن فسفر ، قلع ، آرسنيك ، آنتيموان ميتوانند در بهبود سختي يا تردي هيدروژني ناشي از عملیات حرارتی تاثيرگذار باشند .  امروزه درصنعت تمايل به استفاده از فولادهاي آلياژي براي سرويس هاي هيدروژن به سمت فولادهاي كرم-موليبدن و وانادیم معطوف است درشرايطي فولاد خوردگي شديدتر باشد ، خصوصا درشرايط تماس با سولفيدهيدروژن  هيدروسولفور از فولادهاي آستنیتی استفاده میشود .

كنترل خوردگي و محیط های خورنده پالایشگاهی و صنایع  نفتی

چهار روش جلوگيري از خوردگي عبارتنداز  : انتخاب و استفاده از مواد مناسب ، كنترل تنش ها، استفاده از مواد باز دارنده خوردگي و روش پوشش دهي

1-استفاده از موادي كه مستعد به خوردگي در محيط هاي سرويس نبوده و اطمينان پيدا نمودن از اينكه ايجاد هرگونه تغييري درشرايط محيط مانند بكارگيري روش تميزكاري وياغيره براي مواد بكار رفته زيان آور نخواهد بود

2-    كنترل تنش هاي ناشي از سرويس با استفاده ازطراحي دقيق وكاهش تمركز تنش و نگهداشتن آن در زيرحد بحراني   .   تنش هاي پسماند ميتوانند توسط عمليات حرارتي وطراحي دقيق توسط سازندگان كاهش يابند.

3-   استفاده ا ز مواد بازدارنده خوردگي درهنگام عمليات تميزكاري و يا روش كنترل محيط دريك سيستم بسته.

4-   پوشش دادن 9 فلز وايزوله نمودن موثر آن از محيط راهي ديگردركنترل خوردگي است. هزينه بالا ي استفاده از

فولادهاي آستينيتي در بيشتر مواقع ، استفاده از فولادهاي كربني يا كم آلياژ كه مقاومت به خوردگي آنها باپوشش دادن سطح فولاد بوسيله يك لايه ازمواد مقاوم دربرابر خوردگي تقويت شده است را ايجاب مينمايد .

محيطهاي خورند ه پالايشگاهي که اين محيطها ر ا ميتوان از نگاه  PH به دونوع تقسيم نمود :

نوع اول–محیط هائی  كه ازطريق تحمیل  وشارژ هيدروژن باعث ايجاد ترك ميگردند.

نوع دوم -محیط هائی   که ممكن است از طريق خوردگي قليايي باعث ايجاد ترك ميگردند.

پديده هاي شكست ناشي ازمحيط خورنده

به طوركلي دونوع ترك ناشي ازمحيط خورنده وجود دارد : اول تركي كه ناشي از اثرتنش خوردگي است وفرمي ازترك محيطي است كه به شكل دوخط وعموما به عنوان يك ترك مربوط به سولفايدهيدروژن مرطوب می باشد و هنگامي اتفاق ميافتد كه در محيط از نوع سولفايدي و مرطوب باشد

نوع دوم تركي كه ناشي از اثر بارگيري و شارژ هيدروژن است و  اين فرم ازتركهاي محيطي ميتوانند درمحيطهاي غيرسولفيدي مثل اسيدهيدروفلوريك نيز اتفاق افتد.  

شرایط های خاصي كه ميتوانند باعث كاهش كيفيت اجزاءيكسازه یا تجهیز  به گونه اي كه باعث مستهلك شدن آن ويا منجر به نياز برای تعميرآنها گردد . در زيربه معرفي و بررسي هركدام از اين پديده ها خواهيم پرداخت .

پديده  SCC :

 SCC ياترك ناشي ازتنش خوردگي از تعامل ما بين  تنش ويك محيط خورنده به وجود می اید  كه منجر به تشكيل ترك خواهد شد واين پديده دراثر تنش ويا محيط خورنده بصورت جداگانه رشد نخواهد يافت و بلکه از تعامل این دو عامل به وجود امده و اشاعه می یابد . اين پديده ميتواند باتوجه به شرايط محيطي هم به صورت درون دانه بندی ها  و هم به صورت مرزدانه اي ( از دیدگاه متالورژیکی ) اتفاق افتد . شكل گيري اين ترك ها ميتواند به صورت غيرمنتظره بوده وبعد ازيك دوره کارکرد رضايت بخش به سرعت به يك شكست ساختاري فاجعه آميزتبديل و يا حداقل سبب ايجاد نشتي درسيستمهاي انتقال سيالات منجر گردد .  معمولا SCC   راميتوان درمخازن تحت فشار،سيستم هاي لوله كشي ، سازه ها و اعضايي كه داراي تنشهاي بالا هستند جستجو كرد . نوع تنش هايي كه باعث SCC  میگردند  ميتواند ازمحل تنش هاي مربوط به ساختار و کارکرد تجهيزات  و بارگذاری مخصوص ان و یا مربوط به  تنش هاي پسماندآن قطعه که قبلا در فرایند تولید  آن به وجود آمده و در ان باقیمانده است باشدو  محيط هاي خورنده  نیز ميتوانند هم به صورت محيطي پايدار و مداوم مثل آب دريا و هم به صورت محيطي موقت كه توسط عملياتي مانندتميزكاري كه ميتواند ايجاد آلودگی  نمايد ، باشد .  پدیده  SCCدراصل يك مكانيزمی است كه براي شكل گيري آن نياز به تعامل بین مواد  خورنده و یک تنش در حد بحرانی  است  . مثال هايي براي تجمیع  اينگونه عوامل یعنی  مواد مختلف با محيط هاي آلاینده  خاص عبارتنداز :آلياژبرنج بامحيط آمونياكي ، فولادضدزنگ بامحيط  كلرايدي ، فولاد داراي مقاومت بالا بامحيط هيدروژني .  البته بايستي همواره  درنظر داشت كه خوردگي ميتواند در محيطي بغیر از شرایط خاص به وجود آورنده SCC  نيز اتفاق افتد و لاجرم همیشه برای ایجاد خوردگی های شدید تجمیع دو عامل تنش و محیط آلوده باهمدیگر الزامی نیست و مواد خورنده خود به تنهائی میتوانند شرایط نا خواسته خوردگی را به وجود بیاورند.

پدیده HIC

يكي ديگر ازمكانيزم هاي شكست است كه ازطريق تمركزتنش به وجود آید و  اين عنوان كاربرد وسيعي براي تشريح انواع تركها دارد.  حضورآب واسيد سولفوريك ميتواند باعث خوردگي فولاد گردد. اتم هيدروژن ميتواند بداخل فولاد نفوذ كرده و واكنش خوردگي بوجود آورد و درفولاد ترك ايجاد نمايد اين ترك ميتواند بدون اعمال هيچگونه تنشي درلايه هاي فولاد ويادرسطح آن نیز رخ دهد .  يكي از محيط هايي كه ممكن است درآن مكانيزم   HIC رخ دهد حمله هيدروژن در درجه حرارتهاي بالا درهنگام جوشكاري روي فولاد  است.

پدیده SOHIC

 دراواخرسال 1980 تعدادي ترك درتجهيزات پالايشگاهي ساخته شده از ورقهاي بامشخصات P NO.1   كه سختي حدود 200 برينل درمحل رسوب جوش داشتندمشاهده گرديد .بعضي از اين ترك ها راتحت عنوان نوع ديگري از عيوب هيدروژني شناخته اند وآنها راترك ناشي از تنش جهت دارهیدروژنی  نامگذاري نموده اند. اين نوع ترك ها ابتدا درناحيه متاثر ازحرارت جوش ايجاد وسپس در دوناحيه متاثرازحرارت با مقدار سختي بالا و پايين نيز نمودار شدند. اين نوع ترك پديده ای  نسبتا جديدي است.  بايستي توجه  نمود كه اين پديده براي شكل گيري نيازبه سختي ويامقاومت بالاي فولاد ويا منطقه جوش ندارد از اين روكاهش سختي منطقه جوش نميتواند ازتشكيل اين نوع ترك هاجلوگيري نمايد .اگرچه كاهش سختي جوش وكاهش تنش هاي پسماند ميتواند باعث كاهش اين نوع تركها گردد ولي كاربرد دستورالعمل هاي ديگربراي جلوگيري ازخوردگي مثل استفادها زفولاد با تميزي خاص ،شستشوي آن باآب ،استفاده از بازدارن ده ها واستفاده ازآستريهاي مقاوم دربرابر خوردگي نيزممكن است براي اين نوع سرويس هامورد نياز باشد.

استاندارد NACE TM 0177 با عنوان:

 (Laboratory Testing of Metals for Resistance to Sulfide Stress Cracking and Stress Corrosion Cracking in H2S Environments )

استاندارد   NACE MR 0103 ( با عنوان :   Metallic materials resistant to sulfide stresscracking in corrosive petroleum refining environments ) برای تست فلزاتی که می بایست در شرایط خوردگی هیدروژنی و تنش بکار گرفته میشوند تست ها را به استاندارد  NACE TM 0177ارجاع مید هد .

مطابق این استاندارد نمونه های آماده شده تحت شرایط و ابعاد تعریف شده درون محلول های شیمیائی با PH اسیدی معین و البته ترکیب شیمیائی معلوم و با حضور گاز سولفید هیدروژن که از بیرون به محلول تزریق میشود و تحت تنشی که نسبت به کاربرد قطعه محاسبه میگردد قرار میگیرد و نحوه و زمان خوردگی و شکست نمونه در این شرایط میزان مقاومت آن به شرایط کاری را تعیین مینماید.

در این استاندارد با توجه به شرایط مختلف کاربرد قطعه و آلیاژ چهار متد مختلف پیشنهاد گردیده است.
Method A – Standard Tensile Test
Method B – Standard Bent-Beam Test
Method C – Standard C-Ring Test
Method D – Standard Double-Cantilever (DCB) Test

استاندارد NACE TM 0284   با عنوان  : (Evaluation of Pipeline and Pressure Vessel Steels for Resistance to Hydrogen-Induced Cracking)

استاندارد0175   NACE MR  با عنوان :    Materials for use in H2S-containing environments in oil and gas production 

برای تست فلزاتی که می بایست در شرایط خوردگی هیدروژنی و تنش بکار گرفته میشوند تست ها را به استاندارد  NACE TM 0284 می د هد .

مطابق این استاندارد نمونه های استاندارد نمونه های آماده شده تحت شرایط و ابعاد تعریف شده درون محلول های شیمیائی با PH  اسیدی معین و البته ترکیب شیمیائی معلوم و با حضور گاز سولفید هیدروژن که از بیرون به محلول تزریق میشود به مدت 96 ساعت  قرار میگیرد و نحوه خوردگی بعد از بررسی هائی که در ان ممکن است به متالوگرافی و ترکیابی مغناطیسی و سایر روش های تشخیص و تفسیر  نیز نیاز باشد میزان مقاومت آن به شرایط کاری را تعیین مینماید.

استاندارد ASTM A 262  با عنوان  :Standard Practices for Detecting Susceptibility to Intergranular Attack in Austenitic Stainless Steels

این استاندارد برای  بررسی استعداد خوردگی بین مرز دانه ای فولاد های آستنیتی که در محیط های خورنده مورد استفاده قرار میگیرند کاربرد دارد. در این استاندارد با استفاده از پنج نوع محلول اسیدی مختلف و در دما و مدت زمان تعریف شده پس از نمونه سازی از فولاد تحت آزمون به میزان استعداد یا مقاومت آن در برابر خوردگی بین مرز دانه اش پی برده میشود. بررسی متالوگرافیکی نمونه و کاهش وزن نمونه در طی تست شاخصی برای این موضوع می باشد.