Hastelloy C276 Otpornost na pucanje na koroziju u kiselom gasu: NACE MR0175 Usklađenost

Hastelloy C276 (UNS N10276)je visoko otporna na pucanje od korozije pod naprezanjem (SCC) u radu kiselog plina i eksplicitno je navedena kao prihvatljiva legura{0}}otporna na koroziju u NACE MR0175 / ISO 15156 dio 3 i za sulfidno pucanje pod naprezanjem (SSC) i za okruženje-orijentisano na naprezanje vodonikom{5}okruženje (SOICH)

Za razliku od austenitnih nerđajućih čelika kao što je 316L, koji kvare hlorid SCC iznad oko 60 stepeni C, C276 je u suštini imun na hlorid SCC i na vodonik-indukovane SSC jer njegova matrica nikla ne podržava mehanizam pucanja. Usklađenost zahtijeva da materijal bude u otopini-žarenom stanju tvrdoće ispod 35 HRC i hladnog rada ispod 20 posto; nikakva termička obrada nakon -zavarivanja nije dozvoljena u opsegu od 600-1150 stepeni C.

Da li Hastelloy C276 odolijeva pucanju od korozije pod naponom u kiselom plinu?

Da. C276 je u suštini imun na pucanje od korozije pod naprezanjem (SCC) i pucanje pod naponom od sulfida (SSC) u kiselom plinu jer njegova visoko-nikla (približno 57 posto) potpuno austenitna matrica ne prolazi kroz hlorid-induciran ili hidrogenski mehanizam uništavanja čak i mehanizma pucanja ugljika3{5}00. nerđajući čelik u istom servisu.

Pucanje zbog korozije pod naponom u kiselim sredinama ima dva poznata načina kvara koje C276 izbjegava. Prvi je pucanje od korozije pod naponom hloridom (Cl-SCC), koje pogađa austenitne nerđajuće čelike (304/316) kada vrući, mokri, hlorisani uslovi prelaze oko 60 stepeni C; ove legure pucaju duž granica zrna pod umjerenim vlačnim naprezanjem. C276, iako je također austenit, ne puca na ovaj način jer njegov sadržaj nikla (oko 57 posto) remeti mehanizam - legure nikla iznad otprilike 40-45 posto Ni su općenito imune na Cl-SCC.

Druga je sulfidna napona pucanja (SSC), klasična ubojica ugljičnog-čelika u H2S službi: atomski vodonik iz H2S korozije prodire u čelik, skuplja se na tvrdim zonama i uzrokuje iznenadni krhki lom pod vlačnim naprezanjem. C276 je otporan na to jer je izuzetno homogen, nema tvrdih faza kada se otopina-žari, a njegova matrica nikla nije krhka na način na -centrirani kubni čelik. Iskustvo na terenu u pogonima za kiseli gas, FGD i hemijska postrojenja potvrđuje radni vek C276 od 20-30 godina bez kvarova na SCC.

Šta NACE MR0175 / ISO 15156 govori o C276?

NACE MR0175 / ISO 15156 Dio 3 navodi UNS N10276 (Hastelloy C276) kao prihvatljivu leguru-otpornu na koroziju (CRA) za kiselu upotrebu u otopini-žarenom stanju, sa maksimalnom tvrdoćom od 35 HRC i maksimalnom tvrdoćom od 35 HRC i maksimalnim značenjem od 0 posto hladnog rada za najviše C{292} agresivna H2S + CO{13}} hloridna okruženja bez okolišnih ograničenja pucanja koja vezuju ugljenik i nisko{14}}elike.

NACE MR0175 / ISO 15156 je globalni standard koji definira prihvatljive materijale i ekološka ograničenja za proizvodnju nafte i plina u kiseloj (sadrži H2S{3}}) servisu. Dio 3 pokriva legure-otporne na koroziju (CRA), uključujući legure na bazi nikla{7}}. Unutar njega, C276 je kvalificiran kao CRA bez SSC/SOHIC ograničenja pukotina u okolišu vezanih za parcijalni tlak H2S, jer je legura suštinski otporna.

Standard nameće dvije kontrole uvjeta-materijala: tvrdoća ne smije prelaziti 35 HRC (kako bi se osiguralo da nema tvrdih faza), a hladni rad ne smije prelaziti 20 posto (hladni rad može povećati tvrdoću i unijeti zaostalo naprezanje). Ove granice se lako zadovoljavaju rastvorom-žarenim C276, čija je tvrdoća tipično 85-95 HRB (otprilike 15-20 HRC ekvivalent). Praktična implikacija: inženjer može specificirati C276 za izvorište kiselog plina, protočni vod ili separator bez elaboriranih proračuna pucanja u okolišu potrebnih za ugljični čelik, pod uvjetom da se poštuju kontrole proizvodnje (žareni, niski hladni rad, bez zabranjenog PWHT).

Tabela 1. Zahtjevi NACE MR0175 / ISO 15156-3 za C276 (UNS N10276)

Izvor: NACE MR0175 / ISO 15156-3 (izdanje 2020.); Dodatak koji pokriva legure na bazi nikla.

Zašto austenitni nerđajući čelici pucaju, a C276 ne?

Austenitni nerđajući čelici kao što je 316L pucaju u kiselom hloridu iznad oko 60 stepeni C jer je njihova gvožđe{2}}hromova matrica podložna hloridnom korozijskom pucanju, dok je C276 matrica sa niklom-dominantnom matricom nikla-i matriksa (otprilike) imuni klorid metala oko 57% otpornog na klorid metala. i vodonikom-induciran SSC - tako da mehanizam kvara koji uništava 316L jednostavno ne može da se širi u C276.

Da biste razumjeli razliku, uporedite dva mehanizma. Hlorid SCC u nehrđajućem čeliku zahtijeva tri uslova: osjetljivu mikrostrukturu (senzibilizirani ili hladno-obrađen austenit), vlačno naprezanje i hloridi iznad temperaturnog praga (obično se navodi kao oko 60 stepeni C za 316L, niže s visokim hloridom ili niskim pH). Pukotina nastaje u jami ili pukotini i širi se intergranularno. C276 sadrži samo oko 5-7 posto željeza i 16 posto hroma, ali 57 posto nikla; Legure nikla sa Ni iznad otprilike 40-45 procenata ne pokazuju Cl-SCC na isti način, a posebno C276 ima dug radni rekord u vrućim hlorisanim i kiselim sredinama bez SCC.

Za vodonik{0}}induciran SSC, ugljični i nisko{1}}ni čelici ne uspijevaju jer se apsorbirani vodonik skuplja na tvrdom martenzitu ili na granicama zrna; C276, budući da je jedno-fazni-centrirani kubični čvrsti rastvor nikla, nema takvu tvrdu{5}}zamku i apsorbuje/transportuje vodonik bez krtosti. Neto efekat: gde dizajner mora da bira između 316L i C276 za kiselu, hlorisanu, toplu uslugu, C276 u potpunosti uklanja SCC režim kvara umesto da samo pomera prag više.

Tabela 2. Poređenje ponašanja SCC: 316L vs C276 u Sour Service-u

Izvor: NACE MR0175; SCC referentni prag (npr. izvještaji o učinku materijala); listovi sa podacima o leguri.

Kako se C276 uspoređuje s drugim CRA u kiselom plinu?

Među legurama-otpornim na koroziju za kiseli gas, C276 je konzervativni izbor najvišeg{2}}sloja za jako reducirajuće, visoke-kloride, visoke-H2S tokove; Inconel 625 pokriva potrebe za oksidirajućim-kloridima i većom-jačinom, Alloy 825 pokriva umjereno kiselo, a 904L/316L su ograničeni na niske-kloride, niže-H2S dužnost - tako da je C276 suviše odabran za{17} niži uticaj na okolinu legure.

Izbor između CRA-a je odluka o koroziji{0}}koverta. Konkretno za kiseli gas: 316L i 904L su ograničeni hloridnim SCC i hloridnim pittingom (njihov PREN je samo 23-26 i 33-36, respektivno), tako da se koriste samo tamo gdje su kloridi i H2S niski. Legura 825 (PREN oko 30) podnosi umjereno kiselu i sumpornu kiselinu, ali nije idealna tamo gdje su hloridi visoki.

Inconel 625 (PREN oko 51) je odličan u oksidaciji-klorida i morske vode-poput kisele i nudi veću snagu, ali u snažnom reduciranju kiseline plus H2S, C276 (PREN oko 68 zbog 15-17 posto Mo) je superiorniji. C22 (PREN oko 65) je vrlo blizak C276 i često se koristi tamo gdje dominiraju oksidirajuće miješane kiseline; za čistu kiselu/smanjujuću dominaciju, C276 je standard. Tabela u nastavku mapira svaku leguru u njenu omotaču kiselosti, tako da dizajner može opravdati odabir C276 u odnosu na jeftiniju alternativu samo kada to hemija zaista zahtijeva.

Tabela 3. Odabir CRA za uslugu kiselog plina

Izvor: tabele od legure NACE MR0175; PREN izračunat iz nominalne hemije; CRA vodiči za odabir.

Koje su radne granice okoliša za C276 u kiseloj službi?

Budući da je C276 kvalificiran kao CRA bez ograničenja pukotina u okolišu u NACE MR0175, njegova radna granica u kiselom plinu je postavljena općom i lokaliziranom korozijom (ne od strane SCC) - tipično radi na oko 190-230 stepeni C u kiseloj vodenoj upotrebi i do oko 400 stepeni C u temperaturnom rasponu od 400 do 45 C. by SSC.

Za ugljične i nisko{0}}legirane čelike, NACE MR0175 nameće stroga ograničenja na osnovu parcijalnog tlaka H2S, pH i klorida (engl. 'environmental cracking' ovojnica). C276, kao CRA, izuzet je od tih SSC/SOHIC ograničenja, tako da stvarna granica postaje stopa korozije.

U kiseloj vodi (proizvedena voda sa H2S, CO2, hloridima), C276 ostaje pasivan i korodira na manje od 0,1 mm/godišnje do otprilike 190-230 stepeni C, iznad koje može porasti opća korozija u jakoj kiselini. U suhom ili ne-kiselom plinu (bez slobodne vode), C276 može poslužiti na još višim temperaturama, pri čemu je visoka-granična temperatura legure regulirana njenom otpornošću na oksidaciju/sulfidaciju - oko 400-450 stepeni C u okolinama koje sadrže sumpor i do oko 5 stepeni C (u okolini koja sadrži zrak do 50 stepeni).

Tačka projektovanja je: specificirati C276 za mokru, hlorisanu, visoko-H2S zonu kiselog sistema; za suhe, toplije uzvodne sekcije, niže legure ili C276 mogu raditi, ali C276 pruža marginu. Temperaturne granice uvijek treba potvrditi u odnosu na specifičnu koncentraciju kiseline i nivo klorida pomoću podataka o koroziji ili ispitivanja.

Tabela 4. Indikativni C276 radni omotač u kiseloj službi

Izvor: NACE MR0175 CRA koverta; Haynes C276 podaci o koroziji; smjernice za naftne i plinske materijale.

Koje se kontrole tvrdoće i hladno-rade primjenjuju na C276 u kiselom servisu?

Za usaglašenost sa NACE MR0175, C276 se mora isporučiti u stanju -žarenog rastvora sa tvrdoćom ispod 35 HRC i ukupnim hladnim radom ispod 20 procenata; ove kontrole sprečavaju formiranje tvrde{5}}faze i zaostalo naprezanje koji bi, u teoriji, mogli ugroziti intrinzičnu SSC otpornost legure.

Iako je C276 suštinski otporan na SSC-imun, NACE i dalje nameće radne kape za tvrdoću i hladno-jer izrada može nenamjerno uvesti tvrde zone ili zaostalo naprezanje. Plafon od 35 HRC se lako postiže: rješenje-žareni C276 tipično mjeri 85-95 HRB, što se pretvara u otprilike 15-20 HRC - znatno ispod granice. Hladni rad iznad 20 posto i povećava tvrdoću i uvodi zaostalo naprezanje zatezanja, tako da je ograničeno; bilo kakvo formiranje preko 20 posto mora biti praćeno žarenjem punim rastvorom kako bi se povratila usklađenost.

Zavari su poseban slučaj: budući da je C276 imun na senzibilizaciju, kao-zavarena zona je prihvaćena bez PWHT-a, ali tvrdoća naslaga šava također mora biti provjerena ispod 35 HRC (ERNiCrMo-4/10 depoziti su tipično u rasponu od 85-95 HRB). Specifikacije nabavke i proizvodnje trebale bi eksplicitno da upućuju na NACE MR0175, zahtijevaju ispitivanje tvrdoće i osnovnog metala i šava i zabranjuju rad na hladnom koji prelazi 20 posto osim ako se ponovo žare.

Tabela 5. Tvrdoća i hladno{1}}Kontrolna lista usklađenosti rada

Izvor: NACE MR0175/ISO 15156-3; ASME Odjeljak IX; planovi kvaliteta izrade.

Kako je C276 zavaren za usluge kiselog plina?

C276 za kiseli gas je zavaren sa ERNiCrMo-4 ili ERNiCrMo-10 punilom, striktno pročišćavanje podloge argonom (O2 ispod 50 ppm), unos toplote 0,5-1,5 kJ/mm, međuprolaz ispod 93 stepena C, i bez naknadne obrade ne sme biti tvrdo završno obrađeno. 35 HRC za zadržavanje usklađenosti sa NACE MR0175.

Zavarivanje C276 za kiselu upotrebu prati istu disciplinovanu proceduru kao i opšte zavarivanje C276, uz dodatni zahtjev za ispitivanje tvrdoće kako bi se dokazala usklađenost. Punilo (ERNiCrMo-4 ili ERNiCrMo-10) nanosi metal šava koji je sam po sebi suštinski otporan na SSC i mjeri ispod 35 HRC, tako da nije potreban PWHT - što je sreća jer bi PWHT u rasponu od 600-1150 stepeni C ionako bio zabranjen (ionako bi bilo zabranjeno). Pročišćavanje podloge argonom (O2 ispod 50 ppm) štiti korijen od oksidacije koja bi mogla stvoriti mjesto iniciranja korozije u kiselom radu.

Kontrola unosa toplote sprečava intermetalne taloženje. Nakon zavarivanja, PT (za površinske pukotine) plus RT/UT (za unutrašnju čvrstoću) i provjera tvrdoće na poklopcu zavarivanja i HAZ potvrđuje da spoj ispunjava NACE. Za zavarene zavarene cijevi ili protočne cijevi, kvalificirani WPS po ASME odjeljak IX sa NACE prihvatanjem je obavezan, a zapisnik o kvalifikaciji postupka zavarivanja (WPQR) treba da dokumentuje rezultate tvrdoće.

Tabela 6. C276 kiseli-parametri zavarivanja

Izvor: ASME Sekcija IX; NACE MR0175; Haynes C276 vodič za zavarivanje H-2002.

Studija slučaja: Kvar protoka kiselog plina - 316L zamijenjen sa C276

Provodni vod kiselog plina koji je prvobitno specificiran u 316L otkazao je uslijed hloridnog naprezanja zbog pucanja nakon 14 mjeseci u toploj, visoko-hloridnoj, visoko-H2S usluzi; zamjena zahvaćenog kalema sa Hastelloy C276 (UNS N10276) eliminirala je SCC način kvara i radila je bez incidenata više od 9 godina.

Polje je proizvodilo vlažni kiseli gas sa približno 3-5 procenata H2S, 8-10 procenata CO2 i 30.000-60.000 ppm hlorida u proizvedenoj vodi, pri temperaturi protoka od oko 75-90 stepeni C. Originalni 316L MR kalem, iako je unutar granularnog klorida MR na 015 graničnom nivou iz okoline, ne uspeva SCC u zoni zavarenoj toplinom nakon samo 14 mjeseci, uzrokujući ograničeno, ali skupo curenje i zatvaranje. Metalurško istraživanje je potvrdilo da klasični Cl-SCC potiče iz jame.

Operater je ponovo-specificirao kalem-sklon kvaru (i nekoliko sličnih lokacija) u C276 (UNS N10276), rješenje-žareno, sa ERNiCrMo-10 punilom za varenje i potpunom proizvodnjom u skladu sa NACE-. Od ugradnje, kalemovi C276 su akumulirali preko 9 godina rada bez SCC-a, bez curenja i stopa korozije ispod 0,05 mm/godišnje na ultrazvučnom nadzoru. Premija materijala (C276 oko 12-16 puta više od cijene 316L po kg) opravdana je izbjegavanjem ponovljenih isključivanja i sigurnosnim rizikom od ispuštanja kiselog plina.

Izvor: Izvještaj o istrazi kvara operatera (anonimiziran); JN Alloy sour{0}}arhiva servisnog kućišta.

Kako je C276 kvalifikovan i pregledan za kiselu uslugu?

Kvalifikacija C276 kiselog{1}}usluga se oslanja na potvrđivanje stanja materijala NACE MR0175 (otopina-žarena, < 35 HRC, < 20 posto hladnog rada) plus standardna kvalifikacija zavarivanja prema ASME Odjeljku IX, podržana PMI, ispitivanjem tvrdoće i NDT; formalno SSC testiranje prema NACE TM0177 je opciono, ali se može zahtijevati za kritičnu uslugu.

Budući da je C276 već naveden kao kvalifikovani CRA, većina projekata ne -izvodi ponovo laboratorijske testove SSC (NACE TM0177 metoda A/B) osim ako to zahtijeva specifikacija nabavke. Rutinska kvalifikacijska staza je: (1) sertifikat za mlin (EN 10204 3.1/3.2) koji potvrđuje UNS N10276 hemiju i stanje{8}}žarenog rastvora; (2) ispitivanje tvrdoće koje potvrđuje ispod 35 HRC na bazi i zavaru; (3) PMI koji potvrđuje ispravnu leguru na svakoj dužini i na depozitu zavara; (4) WPS/WPQ po ASME Odjeljku IX; (5) NDT (PT, RT/UT) prema važećem kodeksu.

Za kritične ili visoke-H2S usluge (npr. Klasa 3), kupac može zahtijevati TM0177 SSC test kupon koji potvrđuje da nema pucanja nakon 720 sati pod opterećenjem u standardnom H2S otopini - C276 to lako prolazi. Paket dokumentacije postaje dokaz usaglašenosti sa NACE MR0175 za fajl opreme.

Tabela 7. Kvalifikacija i inspekcija kiselih{1}}usluga

Izvor: NACE MR0175; NACE TM0177; ASME Odjeljak IX / VIII; planove za kontrolu kvaliteta izrade.

Često postavljana pitanja: C276 i kiseli gas

P: Da li je Hastelloy C276 odobren za NACE MR0175 kiselu uslugu?

O: Da. UNS N10276 (Hastelloy C276) je naveden kao prihvatljiva legura-otporna na koroziju (CRA) u NACE MR0175 / ISO 15156 Dio 3 za kiselu upotrebu u -užarenom stanju. Nema granicu pucanja u okolini (SSC/SOHIC) vezanu za parcijalni pritisak H2S jer je suštinski otporna. Usklađenost zahtijeva tvrdoću ispod 35 HRC i hladni rad ispod 20 posto, bez termičke obrade nakon-zavarivanja u rasponu od 600-1150 stepeni C.

P: Zašto C276 otporan na pucanje sulfidnim stresom kada nehrđajući čelik ne?

O: Visok sadržaj nikla u C276 (oko 57 posto) čini njegovu matricu imunom i na hloridnu korozionu koroziju i pucanje izazvano vodonikom- sulfidom (SSC). Austenitni nerđajući čelici kao što je 316L pucaju od hlorida SCC iznad oko 60 stepeni C i mogu biti krhki u kiseloj upotrebi, dok jednofazni rastvor nikla C276-ne podržava ove mehanizme. U terminima na terenu, C276 uklanja SCC način kvara umjesto da samo podiže prag.

P: Može li se C276 koristiti u visoko-H2S, visoko-hloridnom kiselom plinu?

O: Da. C276 je posebno prikladan za najagresivnije kisele, klorirane, redukcijske sredine - visok parcijalni pritisak H2S, vodu proizvedenu sa visokim sadržajem klorida i nizak pH - gdje bi 316L, 904L, pa čak i legura 825 bila ograničena ili neuspješna. Njegov PREN od oko 68 i visok sadržaj molibdena daju mu i otpornost na hloride i imunitet na SSC. Radna granica je određena opštom korozijom (otprilike do 190-230 stepeni C u mokro kiselom radu), a ne pucanjem u okolini.

P: Da li C276 treba termičku obradu nakon-zavarivanja za kiseli servis?

O: Ne. C276 NE smije biti termički obrađen nakon-zavarivanja u opsegu od 600-1150 stepeni C jer bi to izazvalo krhkoće intermetalne taloženje. Stanje kao -zavareno je već optimalno za otpornost na koroziju i SCC, a NACE MR0175 prihvata -zavareni spoj. Jedini uslov je da se proveri tvrdoća naslaga zavara ispod 35 HRC i da se koristi zavarivanje u skladu sa NACE (punilo ERNiCrMo-4/10, pročišćavanje argonom, kontrolisan unos toplote).

P: Kako se C276 može porediti sa Inconelom 625 za kiseli gas?

O: Oba su odlična CRA za kiselu uslugu. C276 (PREN oko 68, viši molibden) je superioran u jako reduciranim, visokim-kloridima, visokim-H2S kiselim sredinama, dok se Inconel 625 (PREN oko 51) ističe u oksidaciji-klorida i morske vode-poput kiselih usluga i nudi veću snagu. C276 je mjerilo za smanjenje-kiselina-dominiranih kiselih tokova; 625 se često bira tamo gdje je prioritet veća mehanička čvrstoća ili otpornost na oksidaciju klorida.

P: Kolika je premija za korištenje C276 u odnosu na 316L u kiseloj službi?

O: C276 košta otprilike 12 do 16 puta više po kilogramu od nehrđajućeg čelika 316L. Međutim, u kiselom, kloriranom servisu gdje 316L pokvari hlorid SCC u roku od 1-2 godine, C276 isporučuje vijek trajanja od 20-30 godina, eliminirajući isključenja, rizik od curenja i ponovljene zamjene. Analiza troškova životnog ciklusa obično daje prednost C276 za kritične kisele zone, pri čemu su niže legure rezervisane za nekritične delove sistema.