ท่อคาร์บอน API 5L ที่เรียงรายภายใน

API 5L X52 และ A106

การวิเคราะห์ทางวิทยาศาสตร์ของน้ำกัดกร่อนในท่อคาร์บอน API API 5L ที่มีรอยต่อภายใน

กลไกการกัดกร่อนในท่อ API 5L ด้วยน้ำกัดกร่อน

ท่อเหล็กคาร์บอน, เช่นมาตรฐานการประชุม API 5L (เช่น., เกรด x42, X52, X70), ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการขนส่งทางน้ำ แต่มีความไวต่อ การกร่อน เมื่อสัมผัสกับน้ำกัดกร่อน, โดดเด่นด้วยเนื้อหาคลอไรด์สูง, ค่า pH ต่ำ, ออกซิเจนละลาย, หรือกิจกรรมจุลินทรีย์. การกัดกร่อนภายในเกิดขึ้นผ่านปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้า, ที่น้ำทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรไลต์, เหล็กทำหน้าที่เป็นขั้วบวก, และออกซิเจนที่ละลายหรือออกซิแดนท์อื่น ๆ ขับเคลื่อนปฏิกิริยาของ cathodic. ตัวอย่างเช่น, ในน้ำที่เป็นกรด (ค่า pH < 6), เหล็กออกซิไดซ์ไปยังfe²⁺, ปล่อยอิเล็กตรอน, ในขณะที่การลดออกซิเจนก่อให้เกิดไอออนไฮดรอกไซด์, นำไปสู่การเกิดสนิม (fe₂o₃· nho). คลอไรด์เร่งความเร็ว, เจาะพื้นผิวเหล็กและทำให้สูญเสียวัสดุที่มีการแปลเป็นภาษาท้องถิ่น. การกัดกร่อนที่เกิดจากจุลินทรีย์ (ไมค์), บ่อยครั้งจากแบคทีเรียลดซัลเฟต (เอสอาร์บี), ผลิตไฮโดรเจนซัลไฟด์, ย่อยสลายเหล็ก. API 5L ท่อ, ด้วยปริมาณคาร์บอน≤0.28% และแมงกานีส≤1.4%, ให้ความแข็งแรงปานกลาง (เช่น., X70: 483 ผลผลิต MPA) แต่ขาดความต้านทานการกัดกร่อนโดยธรรมชาติ. วัสดุบุผิวภายใน, เช่นอีพ็อกซี่, เอทิลีน, หรือปูนซีเมนต์, สร้างอุปสรรค, ลดการสัมผัสระหว่างน้ำกัดกร่อนและเหล็กกล้า. อย่างไรก็ตาม, ข้อต่อรอยยังคงอ่อนแอ, ความร้อนจากการเชื่อมสามารถทำลายวัสดุบุ, การเปิดเผยเหล็กเพื่อการกัดกร่อน.

บทบาทและประสิทธิภาพของวัสดุบุผิวภายใน

วัสดุบุผิวภายในมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการปกป้องท่อเหล็กคาร์บอน API 5L จากน้ำกัดกร่อน. วัสดุบุผิวทั่วไปรวมถึงอีพ็อกซี่ฟิวชั่นที่ถูกยึดติด (FBE), อีพ็อกซี่เหลว, เอทิลีน (PE), และปูนซีเมนต์, แต่ละตัวเลือกตามเคมีของน้ำ, อุณหภูมิ, และเงื่อนไขการไหล. FBE, ใช้ที่ 200-250 ° C, รูปแบบ a 250-500 barrier หนาμm, ค่า pH ต่อต้าน 3-10 และอุณหภูมิสูงถึง 80 ° C, ตามมาตรฐานเช่น awwa c213. บุผิวปูน, ต่อ awwa c205, Excel ในระดับสูง, น้ำขัด, ให้หนา (6-12 มม.) สิ่งกีดขวาง แต่อาจแตกภายใต้ความร้อนหรือความเครียดเชิงกล. วัสดุบุท (<60° C). วัสดุบุผิวเหล่านี้ลดอัตราการกัดกร่อน, บ่อยครั้งจาก 1-5 มม./ปีในเหล็กที่ไม่ได้อยู่ <0.1 มม./ปี, การขยาย ไปป์ไลน์ ชีวิตเกิน 20-30 ปี. รอยเชื่อม, อย่างไรก็ตาม, ก่อให้เกิดความท้าทาย: โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (MAKE) จากการเชื่อมสามารถทำให้วัสดุบุผิวลดลงได้, การสร้างรูเข็มหรือรอยแตก. การวิจัยแสดงให้เห็นว่าอัตราการกัดกร่อนที่ข้อต่อสามารถขัดขวางได้ 2-3 mm/ปีถ้าวัสดุบุผิวล้มเหลว. การซ่อมแซมซับในโพสต์-weld, เช่นอีพ็อกซี่ที่ใช้แปรง, ลดสิ่งนี้, แต่การยึดเกาะและความสม่ำเสมอยังคงมีความสำคัญต่อการป้องกันระยะยาว.

ข้อต่อรอยเชื่อมและความท้าทายด้านความซื่อสัตย์

ข้อต่อเชื่อมในท่อ API 5L, โดยทั่วไปจะเกิดขึ้นผ่านการเชื่อมส่วนโค้งโลหะที่มีการป้องกัน (สมาว) หรือการเชื่อมอาร์กโลหะแก๊ส (GMAW), เป็นจุดอ่อนที่สำคัญในระบบน้ำกัดกร่อน. การเชื่อมทำให้เหล็กร้อนถึง 1,400-1,500 ° C, การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคใน HAZ, เพิ่มความแข็ง, และลดความเหนียว, ซึ่งสามารถนำไปสู่การร้าวการกัดกร่อนของความเครียด (เอสซีซี) ในน้ำที่อุดมด้วยคลอไรด์. ความไวของ HAZ นั้นเกิดจากความเสียหายของซับใน: ความร้อนเสื่อมโทรมอีพ็อกซี่หรือ PE, การเปิดเผยเหล็กให้กับน้ำที่กัดกร่อน. สำหรับท่อ x70, ความแรงของอัตราผลตอบแทน (483 MPa) อาจลดลง 10-15% ใน HAZ, และความเครียดที่เหลือจากการระบายความร้อนเพิ่มความเสี่ยงต่อการแตก. มาตรฐานเช่น API 1104 รับรองคุณภาพการเชื่อม, แต่ความไม่สมบูรณ์ - รูพรุน, ฟิวชั่นที่ไม่สมบูรณ์, หรือตะกรัน - ทำหน้าที่เป็นเว็บไซต์เริ่มต้นการกัดกร่อน. ไมค์เจริญเติบโตที่รอยเชื่อม, ด้วยอัตราการเจาะรูของ SRB 1-2 มม./ปี. มาตรการป้องกันรวมถึงการรักษาความร้อนหลังการเชื่อม (สธ) เพื่อบรรเทาความเครียด, ซับในแขนเสื้อ, และสารยับยั้งการกัดกร่อน (เช่น., ฟอสเฟต) เพื่อต่อต้านเคมีน้ำ. การตรวจสอบอย่างสม่ำเสมอผ่านการทดสอบอัลตราโซนิกหรือหมูอัจฉริยะเป็นสิ่งจำเป็นในการตรวจสอบความสมบูรณ์ของการเชื่อมและสภาพซับใน.

การวิเคราะห์เปรียบเทียบและกลยุทธ์ในอนาคต

ท่อ API 5L ที่เรียงรายภายในมีประสิทธิภาพสูงกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนที่ไม่มีร่อง, ลดอัตราการกัดกร่อนจาก 1-5 mm/ปีถึง <0.1 มม./ปี, แต่ข้อต่อเชื่อมยังคงเป็นข้อ จำกัด. fbe linings เก่งในสภาวะปานกลาง, ในขณะที่ซีเมนต์ปูนเหมาะ, น้ำสูง; วัสดุบุผิว PE ต้านทานกรด แต่อุณหภูมิสูง. เมื่อเทียบกับสแตนเลส, เหล็กกล้าคาร์บอนที่เรียงรายมีประสิทธิภาพ (20-30% ถูกกว่า) แต่มีความทนทานน้อยกว่าในการกัดกร่อนที่รุนแรง. เกรด X52 และ X70 (414-570 แรงดึง MPA) และค่าใช้จ่าย, ต่อไฟ 5L, แต่ต้องมีซับในและการป้องกันร่วมที่แข็งแกร่ง. กลยุทธ์ในอนาคตรวมถึงวัสดุบุผิวขั้นสูง (เช่น., การเคลือบกราฟีน) สำหรับการยึดเกาะที่เหนือกว่า, การซ่อมแซมเชื่อมหุ่นยนต์สำหรับแอปพลิเคชันซับในเครื่องแบบ, และสารยับยั้งการกัดกร่อนที่ปรับให้เข้ากับเคมีน้ำ (เช่น., ไบคาร์บอเนตสำหรับการควบคุมค่า pH). เซ็นเซอร์อัจฉริยะและการเรียนรู้ของเครื่องสัญญาการตรวจสอบการกัดกร่อนแบบเรียลไทม์, การปรับปรุงการบำรุงรักษาให้เหมาะสม. จัดส่งสินค้า (ภายใน 30 วัน) และการชำระเงิน (TT, LC, OA, D / P) สนับสนุนการปรับใช้.

ประสิทธิภาพของซับในน้ำกัดกร่อน

ประเภทซับใน	ความหนา	ช่วง pH	ชั่วคราว. พิสัย (° C)	อัตราการกัดกร่อน (มม./ปี)	แอพลิเคชัน
อีพ็อกซี่ฟิวชั่น	250-500 Μ m	3-10	จนถึง 80	<0.1	น้ำ, สารเคมีอ่อน
อีพ็อกซี่เหลว	200-400 Μ m	4-9	จนถึง 60	<0.15	น้ำดื่ม
เอทิลีน	1-3 มม.	2-12	จนถึง 60	<0.1	น้ำที่เป็นกรด, อุณหภูมิต่ำ
ปูน	6-12 มม.	6-12	จนถึง 100	<0.2	ขัด, น้ำสูง

เกรด API 5L และคุณสมบัติเชิงกล

เกรด	C (%)	Mn (%)	P (%)	S (%)	ความแข็งแรง (MPA ของฉัน)	ความแข็งแรงให้ผลผลิต (MPA ของฉัน)	แอพลิเคชัน
X42	≤0.28	≤1.30	≤0.03	≤0.03	414	290	น้ำแรงดันต่ำ
X52	≤0.28	≤1.40	≤0.03	≤0.03	455	359	น้ำ, การขนส่งก๊าซ
X70	≤0.12	≤1.70	≤0.025	≤0.015	570	483	ท่อความดันสูง

การวิเคราะห์ทางวิทยาศาสตร์ขยายของน้ำกัดกร่อนในท่อคาร์บอน API API 5L ที่มีรอยต่อภายใน

ผลกระทบของโครงสร้างจุลภาคและจลนพลศาสตร์การกัดกร่อน

ปฏิสัมพันธ์ของน้ำกัดกร่อนกับ API 5L คาร์บอนเหล็กบานพับบานพับบนโครงสร้างจุลภาคและเคมีน้ำของเหล็กกล้า. เหล็กกล้าคาร์บอน, ด้วยองค์ประกอบเช่นคาร์บอน (≤0.28%), แมงกานีส (≤1.70%), และกำมะถันต่ำ (≤0.015%) ในเกรดเช่น x70, สร้างโครงสร้างเฟอร์ไรต์เพิร์ลไลท์, เสนอความแข็งแกร่งของผลผลิต 290-483 MPA ต่อไฟ 5L. ในน้ำกัดกร่อน - ทำเครื่องหมายด้วยค่า pH ต่ำ (<6), คลอไรด์สูง (>500 PPM), หรือออกซิเจนละลาย (>5 PPM)- การเร่งการกัดกร่อนทางเคมี, ด้วยเหล็กออกซิไดซ์ถึงFe²⁺ในอัตราสัดส่วนกับความพร้อมใช้งานของออกซิเจนและค่า pH. การกัดกร่อน, ขับเคลื่อนโดยคลอไรด์, สามารถเจาะได้ 1-3 มม./ปีในเหล็กที่ไม่มีรูท, ในขณะที่การกัดกร่อนที่เกิดจากจุลินทรีย์ (ไมค์) จากแบคทีเรียลดซัลเฟต (เอสอาร์บี) ผลิตh₂s, เพิ่มอัตราเป็น 2-5 มม./ปี. วัสดุบุผิวภายใน, เช่นอีพ็อกซี่ผูกมัดฟิวชั่น (FBE) หรือปูนซีเมนต์, ลดสิ่งนี้เป็น <0.1 มม./ปีโดยการแยกเหล็กออกจากน้ำ. รอยเชื่อม, อย่างไรก็ตาม, ขัดขวางการป้องกันนี้: ความร้อนเชื่อม (1,400-1,500° C) เปลี่ยนแปลงโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (MAKE), สร้าง Martensite หรือ Bainite, ซึ่งยากกว่า แต่มีแนวโน้มที่จะมีการกัดกร่อนที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่น. แบบจำลองจลน์, เช่นสมการวอร์ดมิลลิมส์, ทำนายอัตราการกัดกร่อน, แนวทางการเยื่อบุและกลยุทธ์ยับยั้งเพื่อเพิ่มความทนทาน.

เทคโนโลยีซับในขั้นสูงและประสิทธิภาพ

วัสดุบุผิวภายในเป็นหัวใจสำคัญในการบรรเทาการกัดกร่อนในท่อ API 5L ที่สัมผัสกับน้ำกัดกร่อน. อีพ็อกซี่ฟิวชั่น (FBE), นำไปใช้ที่ 250-500 ความหนาμm, ยึดติดกับเหล็กอย่างยิ่ง, ค่า pH ต่อต้าน 3-10 และอุณหภูมิสูงถึง 80 ° C, ต่อ awwa c213, ด้วยอัตราการกัดกร่อนลดลง <0.1 มม./ปี. อีพ็อกซี่เหลว, แปรง- หรือใช้สเปรย์, เสนอความยืดหยุ่นสำหรับการซ่อมแซมหลังการทำงาน, แม้ว่าการยึดเกาะจะแตกต่างกันไป, การเสี่ยงภัยที่เสี่ยงต่อการไหลเวียนของปั่นป่วน. เอทิลีน (PE) บุผิว (1-3 มม.) เก่งในน้ำที่เป็นกรด (ค่า pH 2-12) แต่ลดลงกว่า 60 ° C. บุผิวปูน (6-12 มม.), ต่อ awwa c205, บัฟเฟอร์น้ำสูง, ลดการกัดกร่อน, แต่มีความเปราะบางภายใต้การสั่นสะเทือน. เทคโนโลยีที่เกิดขึ้นใหม่, เช่นการเคลือบกราฟีน, สัญญาคุณสมบัติอุปสรรคที่เหนือกว่า, ด้วยการทดลองแสดง 50-100 ความต้านทานดีกว่า FBE. ข้อต่อเชื่อมท้าทายความสมบูรณ์ของซับใน: สารเคลือบความร้อนเสื่อมโทรม, การเปิดเผยเหล็กกล้า, และพื้นผิวที่ไม่สม่ำเสมอทำให้การใช้งานใหม่มีความซับซ้อน. การวิจัยมุ่งเน้นไปที่ระบบซับในหุ่น, มุ่งหวังที่จะยืดอายุการใช้งานท่อส่ง 30 หลายปีในสภาพแวดล้อมน้ำที่ก้าวร้าว.

เชื่อมความไม่สมบูรณ์และกลยุทธ์การบรรเทา

ข้อต่อเชื่อมในท่อ API 5L เป็นช่องโหว่ที่สำคัญในระบบน้ำกัดกร่อน. กระบวนการเชื่อม (เช่น., สมาว, GMAW) เหล็กความร้อนถึง 1,400-1,500 ° C, การสร้าง HAZ ที่มีโครงสร้างจุลภาคที่เปลี่ยนแปลง - martensite หรือ bainite - แนวโน้มที่จะเน้นการกัดกร่อนการกัดกร่อน (เอสซีซี) และหลุมในน้ำที่อุดมด้วยคลอไรด์. ความไม่สมบูรณ์เช่นความพรุน, ขาดฟิวชั่น, หรือการรวมตะกรันทำหน้าที่เป็นเว็บไซต์เริ่มต้นการกัดกร่อน, ด้วยอัตราที่ข้อต่อถึง 2-3 mm/ปีถ้าวัสดุบุผิวล้มเหลว. API 1104 มาตรฐานให้แน่ใจว่าคุณภาพการเชื่อม, แต่ความเครียดที่เหลืออยู่และความเสียหายของซับในนั้นยังคงอยู่. การบรรเทารวมถึงการรักษาด้วยความร้อนหลังโพสต์-weld (สธ) ที่ 600-650 ° C เพื่อบรรเทาความเครียด, ลดความเสี่ยง SCC, และสารยับยั้งการกัดกร่อน (เช่น., ฟอสเฟต, ไบคาร์บอเนต) เพื่อต่อต้านเคมีน้ำ, ลดอัตราการกัดกร่อนโดย 50-70%. ซับในปลอกแขนภายในหรือข้อต่อป้องกันอีพ็อกซี่ที่ใช้สนาม, แม้ว่าการยึดเกาะจะยังคงเป็นสิ่งที่ท้าทาย. กลยุทธ์ในอนาคตเกี่ยวข้องกับการเชื่อมขั้นสูง (เช่น., การเชื่อมเลเซอร์) สำหรับอันตรายน้อยที่สุด, NDT แบบเรียลไทม์ (อัลตราโซนิก, เกี่ยวกับการถ่ายภาพรังสี) สำหรับการตรวจจับข้อบกพร่อง, และการเคลือบสมาร์ทพร้อมคุณสมบัติการรักษาตัวเองเพื่อเพิ่มความสมบูรณ์ของข้อต่อในบริการน้ำกัดกร่อน.

ประสิทธิภาพของซับในน้ำกัดกร่อน

ประเภทซับใน	ความหนา	ช่วง pH	ชั่วคราว. พิสัย (° C)	อัตราการกัดกร่อน (มม./ปี)	แอพลิเคชัน
อีพ็อกซี่ฟิวชั่น	250-500 Μ m	3-10	จนถึง 80	<0.1	น้ำ, สารเคมีอ่อน
อีพ็อกซี่เหลว	200-400 Μ m	4-9	จนถึง 60	<0.15	น้ำดื่ม, ซ่อมร่วม
เอทิลีน	1-3 มม.	2-12	จนถึง 60	<0.1	น้ำที่เป็นกรด, อุณหภูมิต่ำ
ปูน	6-12 มม.	6-12	จนถึง 100	<0.2	ขัด, น้ำสูง
อิงกราฟีน	50-200 Μ m	2-13	จนถึง 100	<0.05	รุนแรง, น้ำกัดกร่อน

เกรด API 5L และคุณสมบัติเชิงกล

เกรด	C (%)	Mn (%)	P (%)	S (%)	ความแข็งแรง (MPA ของฉัน)	ความแข็งแรงให้ผลผลิต (MPA ของฉัน)	แอพลิเคชัน
X42	≤0.28	≤1.30	≤0.03	≤0.03	414	290	น้ำแรงดันต่ำ
X52	≤0.28	≤1.40	≤0.03	≤0.03	455	359	น้ำ, การขนส่งก๊าซ
X70	≤0.12	≤1.70	≤0.025	≤0.015	570	483	ท่อความดันสูง