L'infragilimento da idrogeno e la rottura per frattura fragile si riferiscono all'idrogeno atomico generato dalla corrosione elettrochimica, dalla reazione di decapaggio e dalla protezione del catodo che permea all'interno del reticolo metallico del tubo di riscaldamento in titanio. Gli atomi di idrogeno si riuniscono lungo i bordi dei grani, le dislocazioni e i microdifetti interni per formare fasi fragili di idruro di titanio. La duttilità e la tenacità del materiale diminuiscono drasticamente, minuscole microfessure si sviluppano sotto stress residuo interno, pressione media e carico termico alternato. Le crepe si espandono rapidamente lungo le zone di aggregazione degli idruri, portando infine a un'improvvisa e fragile frattura del corpo del tubo senza evidente deformazione plastica. Questo guasto è molto improvviso e spesso causa la rottura repentina della tubazione e l'espulsione del mezzo nelle tubazioni di riscaldamento sotto pressione-con manutenzione di decapaggio e mezzo riducente.
1. Infiltrazione di idrogeno e meccanismo di fragilità degli idruri
Il titanio ha una solubilità estremamente elevata per gli atomi di idrogeno in ambienti ad alta temperatura e riduzione acida. Durante la corrosione e il lavaggio acido, gli ioni idrogeno ottengono elettroni e si trasformano in atomi di idrogeno attivi, che penetrano nella superficie metallica e si diffondono all'interno della matrice. L'idrogeno si accumula in corrispondenza dei difetti strutturali e fa precipitare il fragile idruro di titanio simile ad un ago,-, che divide la struttura di confine dei grani metallici. Sotto la forza esterna o lo stress termico, le microfessure germinano nelle aree di distribuzione degli idruri e si propagano transgranularmente e intergranularmente. A differenza dell'espansione delle cricche da fatica con carico ciclico a lungo-termine, l'infragilimento da idrogeno fa parte del deterioramento della tenacità intrinseca del materiale e la frattura avviene istantaneamente una volta superata la concentrazione critica di idrogeno.
2. Posizioni tipiche soggette a danni da infragilimento da idrogeno
Giunti saldati e zone-alterate dal calore con grani grossi e più difetti reticolari;
Sezioni di tubo sottoposte a decapaggio e pulizia chimica senza successivo trattamento di deidrogenazione;
Parti della tubazione sotto protezione catodica a corrente impressa eccessiva che porta ad un'eccessiva protezione dello sviluppo di idrogeno;
Aree delle pareti interne in contatto a lungo-termine con il mezzo acido riducente e il fluido di processo contenente idrogeno-;
Sezioni di tubi piegati-lavorati a freddo con grande stress interno residuo e facile arricchimento di idrogeno.
3. Fattori fondamentali che accelerano il cedimento dell'infragilimento
La soluzione di decapaggio è priva di componenti di inibizione dell'idrogeno e durante la rimozione della ruggine viene generata una grande quantità di idrogeno nascente;
Non viene predisposto alcun processo di cottura con deidrogenazione dopo la pulizia con acido e la costruzione della saldatura;
I parametri di protezione catodica sono irragionevolmente impostati con un potenziale eccessivo che causa una violenta reazione di evoluzione dell'idrogeno;
Il mezzo di trasporto contiene ingredienti fortemente riducenti per produrre continuamente fonti di permeazione di idrogeno;
I tubi in titanio mantengono un elevato stress residuo dopo la piegatura e la formatura, accelerando l'inizio delle crepe sotto l'azione dell'idrogeno.
4. Misure tecniche di prevenzione e controllo-del collegamento completo
① Aggiungere efficaci inibitori della corrosione dell'idrogeno al liquido di decapaggio per sopprimere la generazione di atomi di idrogeno
Tagliare fondamentalmente la fonte di infiltrazione di idrogeno durante la pulizia chimica.
② Implementare un trattamento di cottura con conservazione del calore e deidrogenazione a bassa{{0}temperatura dopo la saldatura e il lavaggio con acido
Espellere l'idrogeno diffusibile all'interno del reticolo metallico per eliminare le condizioni di precipitazione degli idruri.
③ Regola con precisione il potenziale di protezione catodica per evitare l'iperprotezione e la reazione di evoluzione dell'idrogeno
Limitare il potenziale del catodo entro l'intervallo di sicurezza contro l'infragilimento da idrogeno.
④ Ottimizza la tecnologia di formazione della pipeline ed elimina lo stress residuo post-elaborazione tramite la ricottura di distensione
Ridurre i siti dei difetti per l'aggregazione dell'idrogeno e la propagazione delle cricche.
⑤ Condurre regolarmente il rilevamento dei difetti a ultrasuoni e l'ispezione del campionamento del contenuto di idrogeno per le sezioni chiave dei tubi portanti la pressione-
Elimina le microfessurazioni indotte dall'idrogeno-prima della frattura fragile.
5. Tabella di confronto degli effetti della prevenzione
表格
| Modalità Costruzione e Protezione | Rischio di frattura da infragilimento da idrogeno | Suggerimento per l'applicazione |
|---|---|---|
| Decapaggio non inibito + nessun trattamento di deidrogenazione + sovra-protezione catodica | Una frattura improvvisa e fragile si verifica durante il-periodo di funzionamento del cuscinetto di pressione | Integrare la cottura con deidrogenazione e correggere l'impostazione dei parametri di protezione |
| Decapaggio con inibitore + processo di deidrogenazione standardizzato + accurato controllo del potenziale di protezione | Limita efficacemente l'intrusione di idrogeno e la precipitazione della fase fragile degli idruri | Specifiche di costruzione standard per la saldatura e la manutenzione di tubazioni di riscaldamento in titanio-con cuscinetti a pressione |
| Riduzione dello stress integrale post-saldatura + protezione online potenziale monitoraggio-in tempo reale + campionamento annuale delle prestazioni dei materiali | Rischi per la sicurezza di rottura fragile improvvisa estremamente bassi e perdite medie | Schema preferito per progetti di reti di tubazioni di riscaldamento anticorrosione a medio titanio con riduzione dell'alta-pressione |
Conclusione
Il guasto da infragilimento da idrogeno del tubo riscaldante in titanio è causato dalla penetrazione degli atomi di idrogeno nella matrice metallica per formare un fragile idruro di titanio, che induce una rapida espansione delle crepe e una frattura fragile sotto stress. Le principali misure di prevenzione includono l'aggiunta di inibitori di decapaggio, la configurazione del trattamento termico di deidrogenazione, l'ottimizzazione dei parametri di protezione catodica, l'eliminazione dello stress residuo di lavorazione e l'esecuzione regolare di rilevamento dei difetti e test sul contenuto di idrogeno. La gestione dell'intero-processo a circuito chiuso-della lavorazione delle tubazioni, delle operazioni di manutenzione e dell'impostazione dei parametri di protezione anti-corrosione può prevenire fratture improvvise e incidenti di sicurezza causati dall'infragilimento da idrogeno delle tubazioni a pressione di riscaldamento in titanio.
