ส่วนประกอบน้ำมันและก๊าซเฉพาะนั้นได้รับคำสั่งให้ใช้ท่อไร้ตะเข็บ Incoloy 925

1. ถาม: อะไรคือความแตกต่างหลักในองค์ประกอบทางเคมีและสภาพแวดล้อมการทำงานที่ต้องการระหว่างท่อไร้รอยต่อ Incoloy 800H และ Incoloy 925

A:
แม้ว่าทั้งสองชนิดจะอยู่ในกลุ่มโลหะผสมนิกเกิล-เหล็ก-โครเมียม แต่ Incoloy 800H และ Incoloy 925 ได้รับการออกแบบมาเพื่อเงื่อนไขการบริการที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง

อินคอลอยย์ 800H (UNS N08810)มีองค์ประกอบเล็กน้อยคือนิกเกิล 30–35%, โครเมียม 19–23% โดยมีเหล็กทำให้ส่วนที่เหลือสมดุล ปริมาณคาร์บอนได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดระหว่าง 0.05–0.10% และต้องมีขนาดเกรน ASTM ขั้นต่ำที่ No. 5. โลหะผสมมีการเติมอะลูมิเนียมและไทเทเนียมเล็กน้อย (รวมกัน 0.15–0.60%) ไม่มีโมลิบดีนัมหรือทองแดง

องค์ประกอบนี้เหมาะสำหรับความต้านทานการคืบของอุณหภูมิสูง-. คาร์บอนที่ได้รับการควบคุมส่งเสริมการตกตะกอนของคาร์ไบด์ที่สม่ำเสมอที่ขอบเขตของเกรน ซึ่งจะตรึงการเคลื่อนที่และป้องกันไม่ให้ขอบเขตของเกรนเลื่อน - กลไกการคืบหลัก Incoloy 800H รักษาเสถียรภาพของโครงสร้างได้สูงถึง 900 องศา (1,652 องศา F)

อินคอลอยย์ 925 (UNS N09925)มีนิกเกิลสูงกว่าอย่างมีนัยสำคัญ (42–46%) บวกโมลิบดีนัม (2.5–3.5%) และทองแดง (1.5–3.0%) นอกจากนี้ยังมีไทเทเนียมยกระดับ (1.9–2.4%) และอะลูมิเนียม (0.1–0.5%) สำหรับการชุบแข็งด้วยการตกตะกอน พร้อมด้วยไนโอเบียมปริมาณน้อย (0.1–0.5%) โลหะผสมนี้ก็คือไม่ได้มีไว้สำหรับบริการที่อุณหภูมิสูง-แต่สำหรับการใช้ก๊าซเปรี้ยว-ที่มีความแข็งแรงสูง-

Incoloy 925 ได้รับคุณสมบัติทางกลผ่านการบำบัดความร้อนสอง-ขั้นตอน: การหลอมสารละลายตามด้วยการบ่มที่ 620–675 องศา ซึ่งจะตกตะกอนอนุภาคแกมมาไพรม์ Ni₃(Al, Ti, Nb) ( ') ที่ละเอียด ความแข็งแกร่งของผลผลิตอยู่ที่ 550–860 MPa (80–125 ksi) - ประมาณสองเท่าของ 800H

สรุปการบริการ:

800H:บริการต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง คาร์บูไรเซชัน ไอน้ำ และการคืบ{1}}สูงถึง 900 องศา การใช้งานทั่วไป ได้แก่ ท่อเตาเผา เครื่องรีฟอร์มเมอร์ และส่วนหัวของฮีตเตอร์ซุปเปอร์ฮีตเตอร์

925:สภาพแวดล้อมที่เปียกของ H₂S/CO₂/คลอไรด์ สูงถึง 230 องศา (446 องศา F) การใช้งานทั่วไป ได้แก่ ท่อใต้หลุม ช่องรับเจาะขัดเงา และไม้แขวนเสื้อในบ่อก๊าซเปรี้ยว

---

2. ถาม: เหตุใด Incoloy 800H จึงเป็นวัสดุที่ต้องการสำหรับท่อรีฟอร์มเมอร์ไร้ตะเข็บในโรงงานผลิตไฮโดรเจน ในขณะที่ Incoloy 925 อาจไม่สามารถใช้งานได้ในบริการเดียวกัน

A:
การผลิตไฮโดรเจนผ่านการปฏิรูปมีเทนด้วยไอน้ำ (SMR) ดำเนินการในสภาวะที่รุนแรง: อุณหภูมิส่วนการแผ่รังสี 850–950 องศา (1562–1742 องศา F) ความดันภายใน 20–35 บาร์ และบรรยากาศที่ประกอบด้วยไอน้ำ ไฮโดรเจน และคาร์บอนออกไซด์

Incoloy 800H เป็นเลิศในสภาพแวดล้อมนี้ด้วยเหตุผลหลายประการ:

ความแข็งแรงของการคืบคลาน– คาร์บอนควบคุมและขนาดเกรน ASTM No. 5 ช่วยให้อายุการแตกของครีพเกิน 100,000 ชั่วโมงที่ความเค้นการออกแบบทั่วไป (20–35 MPa ที่ 900 องศา ) คาร์ไบด์ M₂₃C₆ ที่เสถียรจะค่อยๆ ตกตะกอนระหว่างการทำงาน ซึ่งจะขัดขวางการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่อง

ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชัน– ปริมาณโครเมียมก่อให้เกิดสเกล Cr₂O₃ ที่เกาะติด-ที่เติบโตช้า ซึ่งป้องกันทั้งการเกิดออกซิเดชันและคาร์บูไรเซชัน แม้ว่าตะกรันจะหลุดออกไป แต่ก็สามารถฟื้นตัวได้อย่างรวดเร็วเนื่องจากมีปริมาณโครเมียมสูง

ต้านทานความเหนื่อยล้าจากความร้อน– เตา SMR มีการเริ่มต้น-และปิดเครื่องบ่อยครั้ง โครงสร้างออสเทนนิติกของ 800H รองรับการหมุนเวียนด้วยความร้อนโดยไม่ทำให้คุณสมบัติเสื่อมลงอย่างมีนัยสำคัญ

เหตุใด Incoloy 925 จึงล้มเหลวในบริการเดียวกัน:

สูญเสียการตกตะกอนแข็งตัว– เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 450 องศา อนุภาคแกมมาไพรม์ ( ') ที่รับผิดชอบต่อความแรงของ 925 จะเริ่มหยาบตัวอย่างรวดเร็ว เมื่อถึงอุณหภูมิ 650 องศา อายุที่มากเกินไปจะเสร็จสมบูรณ์ และโลหะผสมจะสูญเสียความแข็งแรงส่วนใหญ่ไป ที่ 850 องศา ' อนุภาคจะละลายทั้งหมด

ความต้านทานการคืบคลานไม่เพียงพอ– หากไม่มี ' การเสริมความแข็งแกร่ง 925 จะกลับไปเป็นโลหะผสมที่เป็นของแข็ง-ที่อ่อนแอซึ่งมีโครเมียมต่ำกว่า 800H และไม่มีการควบคุมขนาดคาร์บอน/เกรนสำหรับการคืบ

ทองแดงและโมลิบดีนัมเป็นอันตราย– องค์ประกอบเหล่านี้ลดจุดหลอมเหลวและเร่งการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง ทองแดงอาจทำให้โลหะเหลวเปราะได้ภายใต้สภาวะของเตาหลอมบางอย่าง

ดังนั้น แม้ว่า 925 จะเป็นอัลลอยด์ที่มีฤทธิ์เปรี้ยว-ที่ดีเยี่ยม แต่ก็ไม่มีอยู่ในเตาเผาปิโตรเคมีที่มีอุณหภูมิสูง- ในทางกลับกัน ไม่ควรใช้ 800H ในการให้บริการแบบเปรี้ยวเปียก เนื่องจากไม่มีรูพรุนและความต้านทานต่อ SSC

---

3. ถาม: กลไกการแข็งตัวของการตกตะกอนในท่อไร้รอยต่อ Incoloy 925 แตกต่างจากกลไกการแข็งตัวของสารละลายของแข็ง-ที่ใช้ใน Incoloy 800H อย่างไร และสิ่งนี้ส่งผลต่อข้อกำหนดการบำบัดความร้อนอย่างไร

A:
นี่คือความแตกต่างขั้นพื้นฐานทางโลหะวิทยาที่กำหนดขีดจำกัดการผลิตและการบริการสำหรับโลหะผสมแต่ละชนิด

สารละลาย Incoloy 800H - โซลิด-บวกกับการเสริมความแข็งแกร่งด้วยคาร์ไบด์:

ตามเงื่อนไข-ที่ให้มา: สารละลายอบอ่อนที่ 1150–1200 องศา ตามด้วยการทำความเย็นอย่างรวดเร็ว สิ่งนี้จะละลายคาร์ไบด์และสร้างโครงสร้างออสเทนนิติกที่สม่ำเสมอ

ไม่ต้องใช้ความร้อนเพิ่มเติมก่อนเข้ารับบริการ

ระหว่างการสัมผัสกับอุณหภูมิสูง- (650–900 องศา ) คาร์ไบด์ M₂₃C₆ ทุติยภูมิจะตกตะกอนที่ขอบเขตเกรน สิ่งเหล่านี้มีประโยชน์ต่อการต้านทานการคืบคลาน

ความแข็งแกร่งอยู่ในระดับปานกลาง (ให้ผลผลิต 240–270 MPa ที่อุณหภูมิห้อง ลดลงเหลือ data 80–100 MPa ที่ 900 องศา ) แต่คงที่ตลอดช่วงอุณหภูมิทั้งหมด

โลหะผสมไม่สามารถ-ชุบแข็งตามอายุ - ได้ การเติมอลูมิเนียม/ไทเทเนียมจะไม่เกิด ' เนื่องจากมีปริมาณนิกเกิลต่ำเกินไป

Incoloy 925 - แกมมาไพรม์ ( ') การตกตะกอนแข็งตัว:

ขั้นตอนที่ 1 - การหลอมสารละลายที่ 980–1040 องศา : สิ่งนี้จะละลายตะกอนทั้งหมดและสร้างโครงสร้างที่นุ่มนวลและใช้งานได้ (ผลผลิต 300–350 MPa)

ขั้นตอนที่ 2 - การทำความเย็นอย่างรวดเร็ว (การดับน้ำ): ป้องกันการตกตะกอนที่ไม่สามารถควบคุมได้ในระหว่างการทำความเย็น

ขั้นตอนที่ 3 - การบ่มที่ 620–675 องศาเป็นเวลา 4–8 ชั่วโมง: ในระหว่างขั้นตอนนี้ อนุภาค Ni₃ (Al, Ti, Nb) ที่เชื่อมโยงกันอย่างดีจะตกตะกอนอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งเมทริกซ์

ขั้นตอนที่ 4 - การระบายความร้อนด้วยอากาศ: ล็อคในโครงสร้าง '

กำลังรับผลผลิตขั้นสุดท้าย: 550–860 MPa ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์การชราภาพที่แน่นอน

ผลที่ตามมาในทางปฏิบัติสำหรับท่อไร้ตะเข็บ:

ข้อจำกัดที่สำคัญ:หากใช้ท่อไร้รอยต่อ Incoloy 925 ในสารละลาย-สภาวะอบอ่อน (ไม่มีการเสื่อมสภาพ) ความแข็งแรงของผลผลิตจะสูงกว่า 800H เพียง 300–350 MPa - เท่านั้น ความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบเต็มยังต้องใช้โครงสร้างที่มีอายุมากด้วย ดังนั้น 925 จะต้องระบุเป็น "aged" สำหรับแอปพลิเคชันบริการที่มีแบริ่งโหลด-

---

4. ถาม: อะไรคือความท้าทายในการเชื่อมเฉพาะสำหรับท่อไร้รอยต่อ Incoloy 925 และเปรียบเทียบกับการเชื่อม Incoloy 800H อย่างไร

A:
การเชื่อมโลหะผสมทั้งสองนี้ทำให้เกิดความท้าทายที่แตกต่างกันมากเนื่องจากมีกลไกการเสริมความแข็งแกร่งที่แตกต่างกัน

การเชื่อม Incoloy 800H:

โดยทั่วไปถือว่าเชื่อมได้ง่ายใช้ GTAW (TIG), GMAW (MIG) หรือ SMAW (แท่ง)

โลหะเติมที่แนะนำ: ERNiCr-3 (Inconel 82) หรือ ERNiCrCoMo-1 (Inconel 617)

ไม่จำเป็นต้องอุ่นเครื่อง อุณหภูมิระหว่างทาง น้อยกว่าหรือเท่ากับ 150 องศา เพื่อหลีกเลี่ยงอาการแพ้

การบำบัดความร้อนหลังการเชื่อม (PWHT) คือไม่จำเป็นสำหรับการใช้งานส่วนใหญ่ โครงสร้างแบบเชื่อม-ยังคงรักษาความแข็งแรงของการคืบที่เพียงพอ

For highly restrained joints or thick sections (>25 มม.) สารละลายหลังการเชื่อม-อบอ่อนที่อุณหภูมิ 1150 องศา + ความเย็นอย่างรวดเร็วสามารถคืนความเหนียวได้เต็มที่ แต่วิธีนี้ไม่ค่อยนำไปใช้ได้จริง

ความเสี่ยงหลัก: การตกตะกอนของคาร์ไบด์ใน HAZ อาจเกิดขึ้นได้หากการระบายความร้อนช้าเกินไป แต่สิ่งนี้แทบจะไม่ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพการบริการ

การเชื่อม Incoloy 925 - ซับซ้อนกว่ามาก:

การลดลงของความร้อน-โซนที่ได้รับผลกระทบ (HAZ):โครงสร้างเก่าจะละลายเมื่อถูกความร้อนสูงกว่า 650 องศา HAZ ที่อยู่ติดกับแนวเชื่อมจะสึกหรอมากเกินไปหรือละลายหมด ทำให้สูญเสียความแข็งแรงไป 30–50% บริเวณที่อ่อนตัวลงนี้ไม่สามารถกู้คืนได้หากไม่มีน้ำยาเชื่อมหลัง-แบบเต็ม + การรักษาอายุ

แนวทางปฏิบัติที่แนะนำ:เชื่อม 925 ในสารละลาย-สภาวะอบอ่อน(อ่อน) จากนั้นจึงทำน้ำยาให้สมบูรณ์ + รักษาอายุหลังการเชื่อม สิ่งนี้เป็นไปได้สำหรับส่วนประกอบที่ประดิษฐ์ขึ้นจากร้านค้า-เท่านั้น สำหรับการเชื่อมแบบสนามนั้นเป็นไปไม่ได้

ทางเลือกอื่นสำหรับการเชื่อมสนาม:เชื่อมในสภาพเก่า ยอมรับ HAZ ที่อ่อนตัวลง การออกแบบต้องคำนึงถึงการลดความแข็งแรงเฉพาะที่ โดยทั่วไปโดยการเพิ่มความหนาของผนัง หรือใช้ความเค้นในการออกแบบที่ลดลงสำหรับรอยเชื่อม

การเลือกโลหะฟิลเลอร์:ใช้ ERNiCrMo-3 (Inconel 625) หรือ ERNiCrMo-10 (Inconel 686) สารตัวเติมโมลิบดีนัมสูงเหล่านี้รักษาความต้านทานการกัดกร่อนในสภาพที่มีการเชื่อม การจับคู่ฟิลเลอร์ 925 นั้นหาได้ยาก

ข้อควรระวัง:

การควบคุมอุณหภูมิอินเตอร์พาสที่เข้มงวด (น้อยกว่าหรือเท่ากับ 150 องศา)

การป้อนความร้อนต่ำ (น้อยกว่าหรือเท่ากับ 1.5 kJ/mm) เพื่อลดความกว้างของ HAZ

ไม่มีการอุ่นเครื่อง

การบ่มการเชื่อมหลัง-ไม่ได้ผลเนื่องจาก HAZ ไม่สามารถเลือกการบ่มได้

การเชื่อม 925 กับเหล็กกล้าคาร์บอน:เพิ่มความเสี่ยงต่อการกัดกร่อนของกัลวานิก ใช้ชั้นทาเนย ERNiCrMo-3 ที่ด้านเหล็กก่อน

ข้อกำหนดของ NACE:สำหรับการให้บริการที่มีรสเปรี้ยว การเชื่อมใดๆ บน 925 จะต้องได้รับการทดสอบความแข็ง ความแข็งของ HAZ และโลหะเชื่อมต้องน้อยกว่าหรือเท่ากับ 35 HRC เพื่อหลีกเลี่ยงการแตกร้าวจากความเค้นซัลไฟด์

สรุป:800H สามารถเชื่อมได้โดยไม่มีข้อควรระวังเป็นพิเศษสำหรับบริการส่วนใหญ่. 925 ต้องมีขั้นตอนที่ผ่านการรับรองอย่างรอบคอบและการยอมรับการทำให้ HAZ อ่อนลง หรือ-การรักษาความร้อนจากการเชื่อมแบบเต็มหลัง

---

5. ถาม: ท่อไร้รอยต่อ Incoloy 925 ที่ได้รับการควบคุมเหนือ Incoloy 800H ใช้กับส่วนประกอบน้ำมันและก๊าซใดโดยเฉพาะ และข้อกำหนดด้านคุณสมบัติใดที่ขับเคลื่อนการเลือกนี้

A:
โลหะผสมทั้งสองชนิดนี้รองรับการใช้งานที่ไม่-ทับซ้อนกัน แทบไม่เคยมีการใช้ Incoloy 800H ในการให้บริการในหลุมเจาะเปียก ในขณะที่ Incoloy 925 เป็นวัสดุมาตรฐานสำหรับสภาพแวดล้อมการผลิตที่มีกรดเปรี้ยวจัด

ท่อไร้รอยต่อ Incoloy 925 ระบุไว้สำหรับ:

ท่อเจาะในหลุมก๊าซเปรี้ยว (HPHT - แรงดันสูง อุณหภูมิสูง)

สภาวะ: ความดันย่อย H₂S > 0.01 MPa, CO₂ > 0.1 MPa, คลอไรด์ > 50,000 ppm, อุณหภูมิ 150–230 องศา

NACE MR0175/ISO 15156 มีคุณสมบัติ 925 สำหรับการให้บริการที่มีความเปรี้ยวสูงถึง 230 องศา ที่ความแข็งน้อยกว่าหรือเท่ากับ 35 HRC

ข้อกำหนดความแข็งแรงครากขั้นต่ำ: โดยทั่วไป 80–110 ksi (550–760 MPa) เพื่อรองรับน้ำหนักเอ็นของท่อและต้านทานการยุบตัว

800H คือไม่ผ่านการรับรองจาก NACEสำหรับบริการที่มีรสเปรี้ยว - มันขาดโมลิบดีนัมและทองแดง ทำให้ไวต่อการเกิดรูพรุนและความเครียดจากซัลไฟด์

เต้ารับเจาะขัดเงา (PBR) และรูบรรจุหีบห่อ

ส่วนประกอบเหล่านี้เผชิญกับภาระการซีลในแนวรัศมีสูงและแรงตึงตามแนวแกนจากสายท่อ

ความแข็งแรงของครากที่ต้องการ: โดยทั่วไปแล้วมากกว่าหรือเท่ากับ 110 ksi (760 MPa) เพื่อรักษาความสมบูรณ์ของซีลภายใต้วงจรแรงดัน

อัตราผลตอบแทน 240 MPa ของ 800H ไม่เพียงพอด้วยปัจจัย 3–4

วาล์วนิรภัยใต้ผิวดิน (SSSV) และแมนเดรลยกแก๊ส

ซึ่งประกอบด้วยส่วนประกอบแบบเลื่อนและสปริงที่ต้องการความต้านทานการครูดและความแข็งแรงของผลผลิตสูง

925 ในสภาพเก่า (110–125 ksi) ให้ความแข็งและความต้านทานการสึกหรอที่จำเป็น

800H จะน้ำดีและยึดภายใต้การสัมผัสแบบเลื่อนซ้ำๆ

สายน้ำใต้ทะเลและจัมเปอร์ในบริการเปรี้ยว

ในกรณีที่อุณหภูมิต่ำกว่า 230 องศา แต่มี H₂S และคลอไรด์อยู่ ท่อไร้รอยต่อ 925 เสนอทางเลือก{2}}ที่คุ้มค่าแทน Inconel 718

เกรดทั่วไป: 925 (110 ksi) สำหรับความลึกปานกลาง, 925 (125 ksi) สำหรับงานแรงดันสูง-ในน้ำลึก

Incoloy 800H ใช้ในน้ำมันและก๊าซที่ไหน?
การใช้งานที่จำกัดมาก ทั้งหมดเกี่ยวข้องกับอุณหภูมิสูงและบริการแบบแห้งหรือแบบหวาน:

ท่อเตาหลอมในเครื่องปฏิรูปไฮโดรเจนของโรงกลั่น (800 องศา +)

การหุ้มภายในเครื่องปฏิกรณ์ในไฮโดรแครกเกอร์ (450–500 องศา แต่ไม่มี H₂S)

เทอร์โมเวลล์และสายเครื่องมือวัดในเครื่องทำความร้อนกระบวนการที่สูงกว่า 650 องศา

ท่อเตาหลอมเอทิลีน (850–950 องศา)

กฎการเลือกที่สำคัญ:

บริการเปียก + H₂S + คลอไรด์ + อุณหภูมิ น้อยกว่าหรือเท่ากับ 230 องศา → อินคอลอยย์ 925

บริการซักแห้ง + อุณหภูมิ > 650 องศา → Incoloy 800H

การเลือกโลหะผสมที่ไม่ถูกต้องทำให้เกิดความล้มเหลวของ SSC ที่รุนแรง (800H ในบ่อเปรี้ยว) หรือความล้มเหลวของการคืบอย่างรวดเร็ว (925 ในเตาเผา) ไม่มีการทับซ้อนกันในซองการทำงานที่ปลอดภัย