Vodorodga chidamli po'latlar – vodorod H₂ muhitida foydalanish uchun materiallar

Vodorod muhitida ishlatiladigan po'latlar vodorodning harorati, bosimi va shakliga, shuningdek, materialning parchalanish mexanizmiga qarab tanlanishi kerak. "Vodorodga chidamli po'lat"ning yagona, universal darajasi yo'q. Vodorod gaz qurilmalarida boshqa materiallar qo'llaniladi.₂ atrof-muhit haroratida va boshqalar yuqori haroratli neftni qayta ishlash zavodlari va neft-kimyo zavodlarida.
Amalda, uchta hodisa ayniqsa muhimdir: vodorodning mo'rtlashishi (HE), yuqori haroratli vodorod hujumi (HTHA) va vodorod bilan induktsiyalangan yorilish (HIC).
Vodorod o'z ichiga olgan qurilmalar uchun ko'rib chiqilayotgan materiallar qatoriga, boshqalar qatori, uglerodli va kam qotishmali po'latlar, xrom-molibden Cr-Mo po'latlari kiradi. zanglamaydigan po'latlar ostenit va nikel qotishmalari. Biroq, to'g'ri tanlash uchun ma'lum ish sharoitlarini tahlil qilish kerak.

Vodorod po'latga qanday ta'sir qiladi?

Vodorod metallarning xususiyatlariga bir necha xil ta'sir ko'rsatishi mumkin. Shuning uchun, materialning "vodorodda" ishlashini aytishning o'zi po'latning tegishli navini aniqlash uchun yetarli emas.
Boshqa narsalar qatorida quyidagilar muhim:

• ish harorati,
• vodorodning umumiy bosimi va qisman bosimi,
• vodorodning shakli va manbai,
• materialning mikro tuzilishi,
• po'latning mustahkamligi va qattiqligi,
• issiqlik bilan ishlov berish,
• ichki va operatsion stresslar,
• payvandlash joylari va issiqlik ta'sir qiladigan zonalarning mavjudligi,
• atrof-muhitning kimyoviy tarkibi,
• himoyasizlik vaqti.

Shuning uchun, materialning vodorodga qarshiligi bitta, doimiy material xususiyati emas.

Vodorodning parchalanishi (HE)

Vodorodning mo'rtlashishi materialda vodorod mavjudligi sababli metallarning mexanik xususiyatlarining yomonlashishiga olib keladigan hodisadir. Vodorod metallning tuzilishiga kirib borishi va boshqa narsalar qatori uning egiluvchanligi, sinish chidamliligi va statik va tsiklik yuk ostidagi xatti-harakatlariga ta'sir qilishi mumkin.
Yuqori mustahkamlikdagi va yuqori qattiqlikdagi po'latlar ayniqsa sezgir bo'lishi mumkin. Biroq, xavf shuningdek, mikrotuzilishga, kuchlanishlarga, haroratga va materialga vodorod kiritish usuliga bog'liq.
300 seriyasidagi ostenitik zanglamaydigan po'latlar vodorod gaz qurilmalari uchun ko'rib chiqiladigan muhim materiallar guruhidir. po'lat 316L / 1.4404 vodorod bilan yaxshi moslikni ko'rsatadi va ko'p sharoitlarda vodorod ta'siriga ko'proq moyil bo'lgan tuzilishga ega po'latlarga qaraganda qulayroq xulq-atvor bilan tavsiflanadi.

HTHA – Yuqori haroratli vodorod hujumi

HTHA (Yuqori haroratli vodorod hujumi) klassik vodorod mo'rtlashuvidan farqli mexanizmdir.
Yuqori haroratlarda vodorod po'latga diffuziyalanib, materialda mavjud bo'lgan uglerod bilan reaksiyaga kirishishi mumkin. Hosil bo'lgan metan metall konstruktsiyasidan osongina chiqib keta olmaydi. Bu dekarburizatsiyaga, bo'shliqlarning paydo bo'lishiga, mikro yoriqlarga va material strukturasining asta-sekin degradatsiyasiga olib kelishi mumkin.
Bu hodisa quyidagilarda alohida ahamiyatga ega:

• neftni qayta ishlash zavodlari,
• gidrokreking va gidrotozalash qurilmalari,
• neft-kimyo sanoati,
• kimyoviy sintez qurilmalari,
• bosim ostida issiq vodorodda ishlaydigan apparat.

HTHA qarshiligi xrom (Cr) va molibden (Mo) ni o'z ichiga olgan qotishma po'latlardan foydalanishning sabablaridan biridir . Bu elementlar temirga qaraganda barqarorroq karbidlarni hosil qiladi, bu esa materialning vodorod ta'sirida yuqori haroratli degradatsiyaga chidamliligini oshiradi.

HIC – Vodorod bilan hosil qilingan yorilish

HIC (Vodorod keltirib chiqaradigan yorilish) materialda vodorod to'planishi bilan bog'liq yorilish degan ma'noni anglatadi. Bu hodisa, ayniqsa, atom vodorodining po'latga shakllanishi va kirib borishiga imkon beradigan muhitlarda ishlaydigan po'latlarda, jumladan, H2O2 o'z ichiga olgan ba'zi muhitlarda juda muhimdir.₂S.
Vodorod mikrostrukturaviy uzilishlarda, metall bo'lmagan qo'shimchalarda va boshqa vodorod tuzoqlarida to'planishi mumkin. Muayyan sharoitlarda bu mikro yoriqlarning hosil bo'lishi va birlashishiga olib keladi.
HIC ni HTHA bilan adashtirmaslik kerak. Bular turli xil material degradatsiyasi mexanizmlari va turli xil po'lat tanlash mezonlarini talab qiladi.

Vodorod bilan ishlash uchun qanday po'latlar ishlatiladi?

Xrom-molibden po'latlari Cr-Mo va vodorod

Xrom-molibden po'latlari yuqori harorat va yuqori bosimda vodorod bilan ishlaydigan uskunalarda ishlatiladigan eng muhim materiallar qatoriga kiradi.
Bu guruh, boshqalar qatorida, quyidagilarni o'z ichiga oladi:

• 13CrMo4-5 / 1.7335 / 15HM,
• 10CrMo9-10 / 1.7380 / 10H2M,
• 1¼Cr-½Mo sinfidagi po'latlar,
• 2¼Cr-1Mo sinfidagi po'latlar,
• taxminan 5% Cr-Mo – H5M / X16CrMo5-1 / X11CrMo5 / X12CrMo5 po'latlari.

Bu po'latlarning ahamiyati, birinchi navbatda, ikkita asosiy qotishma qo'shimchalarining ta'siriga bog'liq: xrom i molibdenUlar karbidlarning barqarorligini oshiradi, bu esa yuqori haroratli vodorod hujumiga qarshilik ko'rsatish uchun muhimdir.
Biroq, bu har qanday Cr-Mo po'lati barcha vodorod sharoitlarida avtomatik ravishda xavfsiz degani emas. Uning yaroqliligi uning kimyoviy tarkibi, mikrotuzilmasi, harorati va H2 qisman bosimiga bog'liq.₂.

Vodorod qurilmalarida H5M, X12CrMo5 va taxminan 5% Cr po'latlari

Cr-Mo po'latlari orasida alohida o'rin egallaydi H5M / X16CrMo5-1 / X11CrMo5 / X12CrMo5 guruhitaxminan 4–6% ni o'z ichiga oladi xrom va taxminan 0,4–0,65% molibden.
Bu guruh, boshqalar qatorida, quyidagilarni o'z ichiga oladi: H5M / X16CrMo5-1 / 1.7366 va 12CrMo19-5 / X12CrMo5 / 1.7362Bu materiallar kimyo va neft-kimyo sanoatida, ammiak sintezi va xom neftni qayta ishlash zavodlarida, shuningdek, yuqori haroratlarda va vodorod ishtirokida ishlaydigan uskunalarda qo'llaniladi.
Vodorod kontekstida ularning muhim xususiyati yuqori haroratli vodorod hujumiga (HTHA) chidamlilikning oshishi hisoblanadi. Bu xususiyatni vodorodning mo'rtlashishiga (HE) to'liq qarshilik bilan adashtirmaslik kerak - bular turli xil parchalanish mexanizmlari.

316L po'lat va vodorod

1.4404 / AISI 316L / UNS S31603 ostenitik xrom-nikel-molibden zanglamaydigan po'latdir.
Ostenit strukturasining barqarorligi va nikel miqdori bu turdagi po'latni ko'plab vodorod qo'llanmalarida ijobiy natijalarga olib keladi. 316/316L gazsimon vodorod qurilmalari uchun ishlatiladigan va sinovdan o'tgan muhim materialdir.
Biroq, bu vodorodga to'liq befarqlikni anglatmaydi. Vodorod, boshqa narsalar qatori, materialning egiluvchanligi, sinish chidamliligi va charchoq muddatiga ta'sir qilishi mumkin. Shuning uchun, yuqori bosimli tizimlarni loyihalashda ma'lum harorat, bosim va yuklash usuliga mos keladigan ma'lumotlardan foydalanish kerak.
Obecność molibden 316L da ma'lum turlarga qarshilikni ham oshiradi chuqurchalar korroziyasi i yoriq korroziyasi, lekin korroziyaga chidamlilik vodorodga chidamlilik bilan tenglashtirilmasligi kerak.

Vodorod xizmati uchun nikel qotishmalari

Ayniqsa talabchan qurilmalarda yuqori nikelli maxsus qotishmalar ham qo'llaniladi.
Misol tariqasida Qotishma 625 / 2.4856 / UNS N06625nikel o'z ichiga olgan, Chrome, molibden va niobiy.
Nikel qotishmalari, ayniqsa, vodorod mosligidan tashqari, juda yaxshi mexanik xususiyatlarga yoki yuqori bo'lgan holatlarda qiziqarlidir bir xil korroziyaga chidamlilik agressiv kimyoviy muhitda.
Nikel qotishmasini tanlash, shuningdek, ma'lum ish sharoitlari uchun ham amalga oshirilishi kerak - yuqori nikel miqdori o'z-o'zidan vodorod bilan bog'liq barcha parchalanish mexanizmlariga qarshilik ko'rsatishning universal kafolatini bermaydi.

API RP 941 – yuqori haroratli vodorod xizmati uchun po'latlar

Issiq vodorodda ishlaydigan materiallarni baholashda ishlatiladigan asosiy hujjatlardan biri API RP 941 – Neftni qayta ishlash zavodlari va neft-kimyo zavodlarida yuqori harorat va bosim ostida vodorodga xizmat ko'rsatish uchun po'latlardir.
Hujjat asosan yuqori harorat va bosim ostida vodorod ishtirokida ishlaydigan uglerod va kam qotishmali po'latlarga nisbatan qo'llaniladi.
API RP 941, boshqalar qatorida, quyidagilarni o'z ichiga oladi:

• harorat,
• vodorodning qisman bosimi,
• po'latning kimyoviy tarkibi,
• stress,
• issiqlik bilan ishlov berish,
• payvandlash shartlari va bo'g'inlarning holati.

Ushbu hujjat barcha materiallarning vodorod ta'sirining barcha shakllariga chidamliligi uchun umumiy standart sifatida qaralmasligi kerak.

Nelson egri chiziqlari – Issiq vodorod uchun po'lat tanlash

API RP 941 deb ataladigan narsa bilan bog'liq Nelson egri chiziqlariUlar harorat va vodorodning qisman bosimiga qarab ma'lum po'lat guruhlaridan foydalanishning amaliy chegaralarini baholash uchun ishlatiladi.
Egri chiziqlar sizga boshqa narsalar qatori taqqoslash imkonini beradi:

• uglerodli po'latlar,
• C-½Mo po'latlari,
• 1Cr-½Mo po'latlari,
• 1¼Cr-½Mo po'latlari,
• 2¼Cr-1Mo po'latlari,
• 5Cr-½Mo atrofidagi po'latlar,
• yuqori haroratli vodorod qurilmalarida ishlatiladigan boshqa Cr-Mo po'latlari.

Odatda, xrom va molibden miqdorini oshirish odatiy uglerodli po'latlarga qaraganda ko'proq talabchan sharoitlarda mos ravishda tanlangan po'latlardan foydalanish imkonini beradi. Biroq, ruxsat etilgan harorat va H2 qisman bosim qiymatlari joriy dizayn ma'lumotlariga va API RP 941 ning tegishli nashriga asoslangan bo'lishi _{kerak .}

Atrof-muhit haroratidagi vodorod va issiq vodorod – bir xil muammo emas

Bu farq material tanlashda juda muhimdir.
Gazli H o'rnatish₂ Atrof-muhit haroratida ishlash asosan vodorodning yorilish, plastiklik va charchoq muddatiga ta'sirini hisobga olgan holda loyihalashtirilishi mumkin.
Bir necha yuz daraja Selsiy haroratida vodorod bilan ishlaydigan neftni qayta ishlash zavodi HTHA xavf tahlilini va API RP 941 ga muvofiq materiallarni tanlash tamoyillarini qo'llashni talab qiladi.
Shu sababli, ish sharoitlarini ko'rsatmasdan turib, "po'lat vodorodga chidamli" degan bayonot texnik jihatdan unchalik ahamiyatga ega emas.

Vodorod o'rnatish uchun po'latni qanday tanlash mumkin?

Materialni tanlashda siz avval quyidagilarni aniqlashingiz kerak:

1. ish harorati va maksimal harorat,
2. o'rnatish bosimi,
3. qisman bosim H₂,
4. vodorod sof gaz, aralashmaning tarkibiy qismi sifatida yoki elektrokimyoviy jarayonlar natijasida hosil bo'ladimi,
5. mexanik yuklarning turi va darajasi,
6. zarur charchoq hayoti,
7. materialning issiqlik bilan ishlov berish holati,
8. payvandlangan bo'g'inlarning mavjudligi va texnologiyasi,
9. H ning mavjudligi₂S, xloridlar, kislotalar va boshqa atrof-muhit komponentlari,
10. tegishli dizayn standartlari va qoidalarining talablari.

Faqatgina ushbu parametrlarni aniqlagandan keyingina uglerodli po'latlar, Cr-Mo, ostenitik zanglamaydigan po'latlar va nikel qotishmalarini taqqoslash mumkin.

Zanglamaydigan po'lat vodorodga chidamlimi?

Har bir emas zanglamaydigan po'lat xuddi shunday ishlaydi. Materialning tuzilishi juda muhimdir.
Ostenitik zanglamaydigan po'latlar, masalan 304L / 1.4307 i 316L / 1.4404, ko'pincha vodorod qurilmalari uchun ko'rib chiqiladigan materiallar qatoriga kiradi. Biroq, ularning yaxshi korroziyaga chidamliligi to'g'ridan-to'g'ri vodorodning mo'rtlashishiga chidamlilikka aylantirilmasligi kerak.
Qarshilik chuqurchalar korroziyasi, yoriq korroziyasi, donalararo korroziya va materialning vodorod bilan mosligi turli xususiyatlar bo'lib, alohida baholanishi kerak.

316L vodorod uchun mos keladimi?

Po'lat 316L / 1.4404 vodorod tizimlari uchun ishlatiladigan va sinovdan o'tgan muhim materiallardan biridir. Uning ostenitik mikrotuzilmasi va nikel miqdori materialning vodorod bilan yaxshi mos kelishini ta'minlaydi.
Biroq, yakuniy tanlov H bosimiga bog'liq₂, harorat, yuk turi, element geometriyasi, talab qilinadigan charchoq muddati va tegishli dizayn qoidalari.

Cr-Mo po'latlari vodorodga chidamlimi?

Cr-Mo po'latlari, ayniqsa, vodorod o'z ichiga olgan yuqori haroratli qurilmalarda juda muhimdir. Chrom i molibden karbidlarning barqarorligini oshiradi va odatiy uglerodli po'latlarga qaraganda HTHA ga ko'proq qarshilik ko'rsatishga imkon beradi.
Bu to'xtashning turli darajalariga tegishli – dan 13CrMo4-5 / 15HM i 10CrMo9-10 / 10H2M po H5M, X11CrMo5 va X12CrMo5 kabi 5% atrofida Cr-Mo po'latlari.
Biroq, ma'lum bir sinf va ish sharoitlarini tanlash loyihalash hisob-kitoblari va API RP 941 kabi tegishli texnik hujjatlar asosida amalga oshirilishi kerak.

Vodorodga chidamli yagona universal po'lat yo'q. Ish sharoitlariga qarab, uglerodli po'latlar, xrom-molibden (Cr-Mo) po'latlari, ostenitik zanglamaydigan po'latlar va nikel qotishmalari.
Yuqori haroratli qurilmalarda Cr-Mo po'latlari va HTHA qarshiligi ayniqsa muhimdir. Bularga ikkalasi ham kiradi 13CrMo4-5 / 15HM, 10CrMo9-10 / 10H2M, shuningdek, yuqori qotishmalar H5M / X16CrMo5-1 / X11CrMo5 / X12CrMo5.
Past haroratlarda gazsimon vodorod qurilmalarida materialning vodorod yordamida mo'rtlik va yorilishga chidamliligi muhim ahamiyatga ega, shuning uchun, boshqalar qatorida, ostenitik po'lat 316L / 1.4404 va tegishli ravishda tanlangan nikel qotishmalari.
Materialni to'g'ri tanlashda har doim harorat, bosim va qisman bosim H ni hisobga olish kerak.₂, mikrotuzilma, mexanik xususiyatlar, payvandlash va ish muhitining haqiqiy tarkibi.