آلية التشقق الناتج عن الهيدروجين HIC والفولاذ المقاوم لـ HIC

لماذا هذا مهم

التشقق الناتج عن الهيدروجين (HIC) هو أحد أنماط الفشل الأكثر تدميراً والأقل وضوحاً في خدمة خطوط أنابيب الكربون الصلب وأوعية الضغط. يتطور بدون حمل خارجي عندما ينتشر الهيدروجين الذري، الناتج عن تآكل H2S المائي، في الفولاذ ويتحد عند شوائب داخلية أو بنية شريطية مكونة شقوقاً داخلية. بحلول وقت اكتشاف HIC، غالباً ما تكون المعدات غير قابلة للإصلاح.

يشرح هذا الدليل الآلية، وطريقة الاختبار القياسية (NACE TM0284)، ومعايير القبول التي تستخدمها معظم المشاريع، وكيفية كتابة شرط مقاومة HIC في أمر الشراء الخاص بالأنابيب والوصلات.

حقائق تقنية رئيسية

الآلية

1. يطلق تآكل H2S المائي على سطح الفولاذ هيدروجيناً ذرياً.
2. تمنع أيونات الكبريتيد إعادة اتحاد الهيدروجين على السطح، مما يجبر ذرات الهيدروجين على الانتشار داخل الفولاذ.
3. داخل الفولاذ، تتجمع ذرات الهيدروجين عند شوائب MnS، أو الفريت-بيرلايت الشريطي، أو انقطاعات أخرى، وتتحد لتكوين غاز H2 وتخلق ضغطاً داخلياً عالياً.
4. يشكل الضغط شقوقاً داخلية متدرجة أو مستوية تنتشر بدون حمل خارجي.

طريقة الاختبار (NACE TM0284)

تنص NACE TM0284 على غمر العينات لمدة 96 ساعة في محلول اختبار مشبع بـ H2S. يُستخدم محلولان بشكل شائع:

• المحلول A: محلول ملحي محمض حسب NACE (خدمة قاسية).
• المحلول B: ماء بحر اصطناعي (أقل قساوة).

بعد التعريض، تُقطع العينات وتُفحص ميتالوغرافياً. يتم الإبلاغ عن ثلاثة مؤشرات لكل مقطع ويتم حساب متوسطها لكل عينة:

• CLR - نسبة طول الشق.
• CTR - نسبة سمك الشق.
• CSR - نسبة حساسية الشق.

معايير القبول

NACE TM0284 نفسها لا تتضمن معايير قبول. تتبنى معظم المشاريع معايير صناعية نموذجية من NACE MR0175 / ISO 15156 الجزء 2 و EFC 16:

• CLR أقل من أو يساوي 15%.
• CTR أقل من أو يساوي 5%.
• CSR أقل من أو يساوي 2% (شائعاً).

قد تشدد مواصفات المشروع هذه الحدود (على سبيل المثال CLR أقل من أو يساوي 10% أو 6%). اقرأ دائماً ورقة البيانات.

مصفوفة القرار: اختيار المواد المقاومة لـ HIC

الروافع المعدنية الرئيسية لمقاومة HIC:

• الكبريت منخفض جداً (غالباً أقل من 0.003%).
• معالجة بالكالسيوم لتكوير شوائب الكبريتيد.
• تقييد البنية الشريطية عبر التبريد المتسارع أو التطبيع.
• تحكم صارم في الفوسفور والعناصر الضارة.

بالنسبة لوصلات الأنابيب الملحومة التناكبية غير الملحومة والشفاه المطروقة المستخدمة في الخدمة الحامضية، حدد المادة الأساسية المُختبرة لـ HIC وتأكد من أن ظروف الاختبار تتطابق مع مواصفات خط الأنابيب.

أخطاء شراء شائعة

1. تحديد اختبار HIC بدون محلول. المحلول A والمحلول B يعطيان نتائج مختلفة؛ يجب أن يذكر أمر الشراء أيهما.
2. قبول تقرير اختبار واحد يغطي جميع الصبات. اختبار HIC هو لكل صبة في معظم المشاريع.
3. الخلط بين HIC و SSC. التشقق الناتج عن كبريتيد الهيدروجين (SSC) هو آلية مختلفة ويحكمها التحكم في الصلادة وفقاً لـ NACE MR0175.
4. تخطي اختبار HIC للوصلات لأن الأنبوب مُختبر لـ HIC. الوصلات لها مسار تشكيل مختلف؛ حدد بشكل منفصل.
5. السماح بانحراف حدود CLR / CTR. مع مرور الوقت، يؤدي التخفيف التدريجي لمعايير القبول إلى تآكل هامش الخدمة.

قائمة مراجعة المشتري

• حدد محلول الاختبار (A أو B) ومعايير القبول (CLR، CTR، CSR) في أمر الشراء.
• طلب تقارير اختبار HIC لكل صبة، مع ثلاثة مقاطع لكل عينة.
• بالنسبة لوصلات الأنابيب الملحومة التناكبية غير الملحومة، والتجهيزات الأنبوبية والشفاه المطروقة، حدد حالة مُختبرة لـ HIC وسقف صلادة مطابق لـ NACE MR0175.
• تحقق من شهاداتنا لسجل مشاريع الخدمة الحامضية.
• أرسل استفسارك عن المواد المقاومة لـ HIC من خلال صفحة الاستفسار مع الضغط الجزئي لـ H2S، محتوى الكلوريد، الأس الهيدروجيني ودرجة الحرارة.

المصادر

• https://farsi.msrpco.com/wp-content/uploads/2019/10/standard-nace-tm0284.pdf
• https://ogcenergy.com/faqwd/what-is-nace-mr0175-acceptance-criteria-for-hic-nace-tm0284/
• https://epcland.com/hydrogen-induced-cracking-hic-mechanism/