Nikelio metalo suvirinimo technologijos naftos chemijos pramonei
Naftos chemijos pramonė veikia atšiauriomis sąlygomis: esant aukštai temperatūrai, aukštam slėgiui ir veikiant korozinėms terpėms, tokioms kaip chloridas, siera, H₂S, CO₂ ir įvairūs rūgštiniai junginiai. Tokiomis sąlygomis medžiagų parinkimas yra lemiamas veiksnys, lemiantis proceso įrangos patikimumą. Nikelio pagrindo metalai (nikelis ir jo lydiniai) yra plačiai naudojami dėl jų didesnio atsparumo korozijai, stabilumo aukštoje temperatūroje ir gebėjimo atsispirti įtempių korozijai. Tačiau šių privalumų galima pasiekti tik tuo atveju, jei suvirinimo procesas atliekamas naudojant tinkamą techniką, nes suvirinimas gali pakeisti medžiagos mikrostruktūrą, sukelti karštus įtrūkimus, poringumą arba sumažinti atsparumą korozijai suvirinimo zonoje.
1. Nikelio lydinių vaidmuo naftos chemijos pramonėje
Nikelio lydiniai, tokie kaip Nickel 200/201, monel (Ni-Cu), Inconel (Ni-Cr-Fe), Incoloy ir Hastelloy (Ni-Mo-Cr), dažniausiai naudojami šilumokaičiuose, distiliavimo kolonose, reaktoriuose, procesų vamzdynuose, desulfuravimo įrangoje ir sistemose, kuriose dirbama su rūgštimis ir chloridais. Pavyzdžiui, Ni-Cr lydiniai pasižymi geru atsparumu oksidacijai aukštoje temperatūroje, o Ni-Mo lydiniai puikiai veikia redukcinėje aplinkoje ir tam tikruose rūgštiniuose tirpaluose. Šių lydinių suvirinimas reikalauja išlaikyti lydinio elementinę sudėtį, kad būtų išlaikytas optimalus atsparumas korozijai.
2. Ypatingi nikelio suvirinimo iššūkiai
Apskritai nikelio lydiniai pasižymi mažesniu šilumos laidumu nei anglinis plienas ir santykinai dideliu šiluminio plėtimosi koeficientu. Dėl šio derinio suvirinimo vietoje susikaupia daugiau šilumos, o tai gali padidinti deformaciją. Be to, kai kurie nikelio lydiniai yra jautrūs:
– Karštasis įtrūkimas (stingimo įtrūkimas) dėl elementų atsiskyrimo grūdelių ribose suvirinimo metalo kietėjimo metu.
– Poringumą dažnai sukelia užterštumas, drėgmė arba susikaupusios dujos.
– Jautrumo padidėjimas arba vietinio atsparumo korozijai sumažėjimas, jei suvirinimo procedūra netinkama, ypač su tam tikrais lydiniais.
– Geležies/anglies užterštumas iš plieninių darbo įrankių gali sumažinti atsparumą korozijai, ypač agresyvioje cheminėje aplinkoje.
Todėl švaros kontrolė, užpildo parinkimas ir terminiai parametrai yra svarbiausi.
3. Suvirinimo proceso pasirinkimas: GTAW, GMAW, SMAW ir SAW
Kai kurie įprasti nikelio lydinių suvirinimo procesai naftos chemijos produktuose apima:
a) GTAW (TIG) suvirinimas
GTAW dažnai yra pageidaujamas metodas vamzdžių šaknims suvirinti, tiksliam darbui ir plonoms medžiagoms. Jo privalumai yra geras karščio valdymas ir švarios suvirinimo siūlės. Dažnai naudojamas grynas argono dujų ekranavimas; tam tikrais atvejais galima pridėti helio, kad pagerėtų įsiskverbimas.
b) GMAW (MIG) ir impulsinis GMAW
GMAW tinka greitesnei gamybai, ypač dirbtuvėse. Impulsinis režimas padeda sumažinti šilumos tiekimą ir taškymąsi, taip pat pagerina kontrolę sudėtingose suvirinimo padėtyse. Suvirinimo viela turi būti tinkamai laikoma ir naudojama, kad būtų išvengta užteršimo.
c) SMAW (elektrodinis suvirinimas)
Dėl paprastos įrangos SMAW plačiai naudojamas remontui lauke. Tačiau vandenilio kaupimosi ir šlako patekimo riziką reikia kontroliuoti tinkamai parinkus elektrodus, prireikus taikant elektrodų kaitinimo procedūras ir tarpsluoksnių valymo metodus.
d) PJŪKLAS
PJV veiksmingai suvirina storas plokštes ir ilgas suvirinimo siūles, pvz., ant slėginių indų ar korpusų. Fliusas ir viela turi būti parinkti tinkamai, kad suvirinimo metalo sudėtis išlaikytų norimą atsparumą korozijai.
4. Medžiagos paruošimas ir paviršiaus valymas
Nikelio lydinių suvirinimo sėkmei didelę įtaką daro paviršiaus paruošimas. Įprasta naftos chemijos pramonės praktika apima:
– Riebalų šalinimas tinkamu tirpikliu, kad būtų pašalintas aliejus / riebalai.
– Oksidą valykite specialiu nerūdijančio plieno šepečiu (nenaudokite anglinio plieno šepečio).
– Naudokite atskirus įrankius: šlifuoklius, plokštelinius diskus ir šepečius, skirtus specialiai nikelio / nerūdijančio plieno medžiagoms, siekiant išvengti kryžminės taršos.
– Nuolatinis pritaikymas ir tarpų kontrolė, siekiant sumažinti nesusiliejimo ar perdegimo riziką.
Net ir maži teršalai gali sukelti poringumą ir sumažinti suvirinimo siūlės kokybę.
5. Užpildo metalo pasirinkimas ir suderinamumas
Užpildo metalo parinkimas neturėtų būti grindžiamas vien principu „medžiaga lygi medžiagai“. Naftos chemijos praktikoje užpildai dažnai parenkami siekiant optimizuoti atsparumą įtrūkimams ir korozijai. Bendrųjų principų pavyzdžiai:
– Naudokite glaistą, pasižymintį geru atsparumu karštiems įtrūkimams ir kurio sudėtis skatina stabilų kietėjimą.
– Skirtingiems suvirinimo siūlėms (pvz., nikelio lydiniui su nerūdijančiu arba legiruotu plienu) dažnai pasirenkamas specialus nikelio užpildas, kuris gali toleruoti šiluminio plėtimosi skirtumą ir sumažinti skiedimo problemas.
– Užtikrinti, kad užpildas atitiktų atitinkamus AWS/ASME standartus ir projekto specifikacijas.
Daugelyje pritaikymų korozijos aspektas yra dominuojantis nei tempiamasis stipris, todėl užpildo pasirinkimas remiasi eksploatavimo patirtimi ir kodo rekomendacijomis.
6. Šilumos tiekimo, išankstinio pašildymo ir tarpsluoksninės temperatūros valdymas
Nikelio lydiniams paprastai nereikia didelio išankstinio įkaitinimo, kaip tam tikriems legiruotiems plienams, tačiau temperatūros kontrolė vis tiek yra svarbi:
– Per didelis šilumos tiekimas gali išplėsti karščio paveiktą zoną (HAZ), padidinti deformaciją ir segregacijos, dėl kurios atsiranda karštų įtrūkimų, tikimybę.
– Tarpsluoksnių temperatūra neturėtų būti per aukšta, kad būtų kontroliuojama mikrostruktūra ir atsparumas korozijai.
– Siekiant išlaikyti kokybę, storoms plokštėms dažnai naudojami daugiapakopiai metodai su stabiliais srovės / įtampos nustatymais.
Tikslūs parametrai paprastai nustatomi naudojant WPS (suvirinimo procedūros specifikaciją) ir tikrinami naudojant PQR (procedūros kvalifikacijos įrašą).
7. Suvirinimo būdai defektams sumažinti
Kai kurie praktiniai metodai, dažnai taikomi nikelio suvirinimui naftos chemijos pramonėje:
– Siekiant sumažinti šilumos perdavimą ir segregaciją, geriau rinktis styginius karoliukus, o ne platų audimą.
– Tarpinių sluoksnių valymas yra labai svarbus, ypač SMAW ir SAW apdirbimo procese, siekiant išvengti šlako patekimo.
– Paleidimo ir sustabdymo valdymas: krateris turi būti tinkamai užpildytas, kad nesusidarytų įtrūkimai.
– GTAW vamzdžių suvirinimo metu atliekamas atvirkštinis prapūtimas (su argonu), kad suvirinimo siūlė nebūtų oksiduota.
– Naudokite kokybiškas apsaugines dujas ir užtikrinkite, kad nebūtų nuotėkių, kurie sukelia oksidaciją ar poringumą.
8. Terminis apdorojimas po suvirinimo (PWHT) ir metalurginiai aspektai
Ne visiems nikelio lydiniams reikalingas pritvinkimo korozijos apdorojimas (PWHT). Daugeliu atvejų pritvinkimo korozijos apdorojimas gali sukelti tam tikrų fazių nusėdimą, o tai, priklausomai nuo lydinio tipo, gali sumažinti atsparumą korozijai arba tvirtumą. Todėl:
– PWHT atliekamas tik tada, kai to reikalauja kodas (ASME) ar projektas, arba kai to reikalauja konkreti medžiaga.
– Vertinant karbido / tarpmetalinės fazės nusėdimo riziką, reikia atsižvelgti į eksploatavimo temperatūrą ir korozinę aplinką.
– Kai kuriais atvejais gali prireikti tirpalo atkaitinimo arba specialaus terminio apdorojimo, tačiau tai paprastai atliekama tinkamoje patalpoje ir atsižvelgiant į medžiagos specifikacijas.
9. Tikrinimas, bandymai ir naudojami standartai
Naftos chemijos pramonėje nikelio medžiagų suvirinimas paprastai atliekamas pagal ASME IX skyrių, kuriame nurodytos procedūros ir suvirintojų kvalifikacija, ir ASME VIII skyrių (slėginiai indai) arba B31.3 (procesiniai vamzdynai). Įprasti tikrinimo metodai apima:
– VT (vizualinis bandymas) – briaunos formos, įpjovimo ir persidengimo patikrinimas.
– PT (skysčių skverbties bandymas) yra efektyvus paviršiaus įtrūkimų aptikimui neferomagnetinėse medžiagose.
– RT/UT, skirtas vidiniams defektams, tokiems kaip poringumas, lydymosi trūkumas ar šlako intarpai, aptikti.
– Priklausomai nuo paslaugos, gali reikėti atlikti papildomus bandymus, pvz., ferito matavimą (jei taikoma), kietumo bandymą arba korozijos bandymą.
Dokumentacijos kokybė (WPS, PQR, WPQ, medžiagų atsekamumas, šilumos skaičius) taip pat yra labai svarbi naftos chemijos projektuose.
10. Kesimpulanas
Nikelio metalo suvirinimo technologijos naftos chemijos pramonėje reikalauja griežto švaros, proceso ir užpildo pasirinkimo bei šilumos tiekimo kontrolės. Nikelio lydiniai puikiai veikia korozinėje ir aukštoje temperatūroje, tačiau jų jautrumas užterštumui ir karštiems įtrūkimams reikalauja griežto suvirinimo procedūrų projektavimo ir vykdymo. Tinkamai įdiegus WPS, kontroliuojant parametrus, taikant tinkamus suvirinimo metodus ir atliekant išsamius patikrinimus pagal ASME standartus, nikelio pagrindu suvirintos jungtys gali pasiekti ilgalaikį patikimumą ir sumažinti kritinės įrangos gedimo riziką naftos chemijos gamyklose.
Jei pageidaujate, galiu pritaikyti šį straipsnį prie techninių detalių, įtraukdamas WPS pavyzdžių (srovės / įtampos diapazonas, apsauginių dujų tipas, maksimalus tarpinis sluoksnis) arba sutelkdamas dėmesį į vieną konkretų lydinį, pvz., „Inconel 625“ arba „Hastelloy C-276“.
