آشنایی با انتخاب متریال برای خطوط سرویس های ترش بر اساس استاندارد NACE MR0175

مقدمه

در این دوره به بررسی خواص گاز H2S که تحت عنوان گاز ترش یا هیدروژن سولفید شناخته می شود خواهیم پرداخت. این گاز می تواند به عنوان دومین گاز کشنده بعد از کربن مونواکسید برای افراد شاغل در محیط های صنعتی تقسیم بندی شود. معمولاً در تمامی بخش های صنعت پتروشیمی، این گاز در هر منطقه که مواد فسیلی وجود داشته باشد یافت می شود. دانش خواص هیدروژن سولفید برای درک و فهم نقش این گاز مهم می باشد.

هدف و دامنه كاربرد استاندارد

هدف از تدوين اين استاندارد تشريح اصول كلي و ارائه الزامات و توصيه هايي مبني بر انتخاب مواد فلزي مورد استفاده در ساخت تجهيزات توليد نفت و گاز، تأسيسات شيرين سازي گاز طبيعي در محيطهاي حاوي سولفيد هيدروژن ميباشد به طوري كه خرابي چنين تجهيزاتي ميتواند سلامتي و ايمني عموم مردم و كاركنان يا محيط زيست را به مخاطره بياندازد . اين استاندارد ميتواند به عنوان راهنمايي در زمينه جلوگيري از آسيبهاي ناشي از خوردگي تجهيزات نيز به كار برده شود. اين استاندارد ميتواند به عنوان مكمل الزامات مواد ارائه شده در دستورالعملهاي طراحي، استانداردها يا مقررات مربوطه مناسب باشد، اما جايگزين آنها نيست.

اين استاندارد كليه سازوكارهاي ايجاد ترك كه ميتوانند توسط سولفيد هيدروژن ايجاد شوند را بيان ميكند. اين موارد عبارتند از:

ترك تنش سولفيدي، ترك ناشي از خوردگي تنشي، ترك هيدروژني، ترك پله اي، ترك هيدروژني در راستاي تنش، ترك منطقه نرم و ترك تنش هيدروژني گالوانيك.

اين استاندارد در خصوص صلاحيت كيفي و انتخاب مواد، براي تجهيزات طراحي و ساخته شده با استفاده از معيارهاي طراحي متداول كاربرد دارد. اين استاندارد لزوماً در خصوص تجهيزات مورد استفاده در فرآيندها و تجهيزات پالايش يا پايين دستي كاربرد ندارد.

يادآوري: مواد فلزي انتخاب شده يا تائيد شده توسط اين استاندارد نسبت به ايجاد ترك در محيطهاي حاوي سولفيد هيدروژن در توليد نفت و گاز مقاوم ميباشند اما لزوماً تحت كليه شرايط كاري از ايمني لازم برخوردار نميباشند.

انتخاب مواد

فرآیند انتخاب مواد می بایست بازتابی از هزینه، عمر طراحی، بازرسی، تعمیر، ایمنی و مشخصات محیطی، ارزیابی خطر ها، ریسک پذیری و دیگر نیازمندی های خاص پروژه باشد. انتخاب متریال می بایست به صورت بهینه ، ایمن و قابل قبول باشد. موارد ذیل می بایست حداقل در نظر گرفته شوند:

• 1- خوردگی با احتساب شرایط عملیاتی تعیین گردیده ) شامل عملیات راه اندازی و خاموشی سیستم )
• 2- عمر طراحی و نیازمندی های دسترسی سیستم
• 3- احتمالات شکست یا failure ، حالات و پیامدهای آن برای سلامتی انسان، محیط، خواص مواد و ایمنی
• 4- مقاومت در برابر شکنندگی
• 5- بازرسی و بازبینی خوردگی
• 6- دسترسی برای تعمیر و نگهداری

در انتخاب نهایی فاکتورهای بیشتری که در ذیل به آن ها اشاره شده است می بایست در ارزیابی لحاظ گردند:

اولویت انتخاب با متریالی است که دارای دسترسی بهتری در بازار و سرویس دهی و ساختار بهتری باشند.

تعداد متریال مختلف می بایست سهم هزینه، تعویض و در دسترس بودن قطعات یدکی مربوطه را به حداقل برسانند. در بهترین قضاوت مهندسی، انحراف از راهنمای انتخاب متریال که پیش تر به آن اشاره گردید، ممکن است برحسب نیاز هزینه کلی، موارد ایمنی و اطمینان به عنوان گزینه های دیگر مطرح شوند.

متریال انتخاب شده می بایست از نظر شرایط سرویس شامل موارد ذیل بررسی گردد:

مقادیر CO2 ، هیدورژن سولفید و اکسیژن و میزان دیگر عوامل اکسید کننده، دما و فشار عملیاتی، اسیدهای آلی، PH ، هالید، یون فلز و تجمع آن ها، سرعت، رژیم جریان و تولید شن و ماسه، فعالیت های بیولوژیکی و شرایط کندانس.

واضح است فاکتورهای متعددی موجود است که می بایست برای انتخاب متریال برای هر سیستمی در نظر گرفته شود. بعضی از آن ها ممکن است پیش از این در مدارک پروژه تعریف شده باشند و فاکتورهای دیگر ممکن است به تحقیقات دیگر نیاز داشته باشند. به هر حال، از آنجائیکه بحث حاضر به انتخاب متریال برای سیستم های سرویس گاز ترش محدود می شود بر روی آن متمرکز خواهیم شد.

سرویس ترش به چه معناست؟

آنچه که میتواند در نظر گرفته شود بر پایه تعاریف و راهنمای تامین شده توسط مشخصات صنعتی مانند NACE MR 0175/ISO 15156 و هم چنین مشخصات درج شده در CSA Z 662 میباشد . رویکرد NACE تمرکز بر روی تعیین متریال سرویس ترش نمی باشد . اما بر روی چگونگی امکان ترک خوردگی تنش سولفید در متریال بحث می کند. ممکن است ذکر شود که بدون در نظر گرفتن این روش به عنوان روش پایه برای انتخاب متریال سرویس ترش، آن ها مکمل یکدیگر می باشند و نتیجه نهایی فرآیند انتخاب متریال یکسان است.

CSA Z 662 شامل یک لیست از موارد قابل قبول می باشد و همچنین متریال خارج از این لیست، می بایست فرآیند تأیید اشاره شده در NACE را بگذرانند NACE MR 0175 شامل لیستی از متریال مورد تایید نمی باشد اما راهکارهایی برای فراهم آوردن مواد مناسب سرویس ترش را ارائه می نماید. چه اتفاقی برای موارد در سرویس ترش رخ می دهد؟ دانش اولیه در رابطه با آنچه که برای متریال مانند لوله ها، اتصالات، پیچ ها و تجهیزات استفاده شده در سرویس های ترش رخ می افتد در اینجا شرح داده شده است.

متریال محیط های ترش در معرض SSC و HE-HIC منجر به مدل های مختلف شکست شامل ترک خوردگی (کراکینگ) مرحله ای می شوند، بنابراین اهمیت فرآیند مرحله طراحی بر روی انتخاب متریال مطرح می گردد.

فرآیند شامل هیدروژن سولفید مرطوب، سرویس ترش نامیده می شود. پخش بسیار زیاد سولفید القا شده HIC باعث ترک خوردگی ناشی از تنش سولفید SSC می شود . این پدیده یک ماده شکل پذیر را عموماً تحت تأثیر قرار می دهد و آن را ترد و شکننده می سازد. این شکنندگی به علت ورود اتم هیدروژن می باشد.

غلضت هیدروژن:

افزایش میزان هیدروژن موجود در فولاد، میزان تنش و سختی را افزایش می دهد که منجر به شکست ناگهانی می شود . مکانیسم ترک خوردگی از طریق افزایش فشار داخلی بر مبنای این فرض که اتم هیدروژن شکافته شده تحت عنوان مولکول هیدروژن در فضای های خالی و یا دیگر نواحی تحت فشار بالا آزاد می شود و به صورت برجستگی های توده ای شکل قابل رویت همراه با HIC به ویژه در فلزات شکل پذیر که به صورت کاتدی دوقطبی شده اند تعریف می شود.

رویکرد NACE در انتخاب متریال:

متریال با کیفیت می بایست تعریف و مستند شوند. تاثیر خواص آن ها بر روی کارایی در سیستم های حاوی H2S تعریف می شود. خواص متالورژی شناخته شده در کارایی محیط های حاوی هیدروژن سولفید شامل ترکیب شیمیایی، روش ساخت، شکل محصول، استحکام، سختی، میزان کار سرد، شرایط عملیات حرارتی تاثیر می گذارد.

دو روش برای توصیف یک ماده به منظور استفاده در سیستم سرویس ترش وجود دارد: تست آزمایشگاهی یا تجربه کاری سایت.

1- تجربه کاری در سایت :

یک ماده می تواند با تجربه کاری مستند توصیف گردد. مواد می بایست مطابق با الزامات بیان شده در اینجا و شرایط سرویس که در آن تجربه کاری کسب شده است تطابق کامل با الزامات بیان شده با NACE داشته باشد. حداقل گزارشات ثبت شده از تجربه کاری در سایت به مدت دو سال و یا یک آزمایش کامل از تجهیزات استفاده شده سایت الزام شده است. صلاحیت به تنوع سرویس ثبت شده سایت محدود شده است.

2- تست آزمایشگاهی :

تست آزمایشگاهی می تواند تنها به حوزه شرایط سرویس نزدیک شود. تست آزمایشگاهی در تطابق با تمامی بخش های مدرک NACE در موقعیت های ذیل استفاده می شود.

.1 به منظور تایید صلاحیت مقاومت در برابر خوردگی یا آلیاژهای دیگر با توجه به مقاومت الکتریکی ناشی از HSC . به منظور تایید صلاحیت مواد فلزی برای مقاومتشان در برابر SSC و/یا SSC تحت شرایط سرویس تا محدودیت هایی که به مواد از پیش احراز صلاحیت شده مانند نمونه های لیست شده در بخش دوم و سوم اعمال شده است.

.3 به منظور تایید صلاحیت مواد فلزی برای مقاومتشان در برابر SSC و یا SSC نزدیک PH خنثی تحت شرایط سرویس همراه با دیگر محدودیت ها.

.4 به منظور تامین روند اطلاعات برای یک ماده که عموماً به عنوان از پیش احراز صلاحیت شده در NACE بخش دوم و سوم در یک فرمی که ممکن است برای زمان دیگری در نظر گرفته شود نمی باشد.

.5 تعیین تایید صلاحیت فولادهای کربنی و آلیاژ پایین با توجه به مقاومتشان در برابر HIC ، SOHIC و یا SZC