يعد فشل الترباس مشكلة موثوقية نموذجية في معدات التبادل الحراري للبتروكيماويات و-درجة الحرارة العالية والضغط العالي- أثناء التشغيل على المدى الطويل-. تؤثر البراغي ذات الأطراف المزدوجة-، باعتبارها مكونات التثبيت الرئيسية في هياكل الختم للمبادلات الحرارية ذات الرأس العائم، والمكثفات، وأوعية الضغط، بشكل مباشر على الاستقرار التشغيلي الشامل للمعدات. تعرض مبرد الرأس العائم في نظام التجديد لمصفاة النفط لكسر في الترباس بعد 16 عامًا من التشغيل. تعرض هذه الحالة الخصائص النموذجية لإجهاد التآكل واقتران التآكل الإجهادي، مما يوفر قيمة مرجعية مهمة لفهم آلية فشل أدوات التثبيت في بيئات كبريتيد الهيدروجين الرطبة.
يتم تشغيل المعدات في ظل الظروف التالية: درجة حرارة الماء الدائر على جانب الغلاف - من 90 إلى 100 درجة، ودرجة حرارة الغاز الحمضي على جانب الأنبوب - من 30 إلى 35 درجة، وضغوط التشغيل من 0.2 ميجا باسكال و 0.4 ميجا باسكال، على التوالي. يحتوي الوسط على نسبة معينة من كبريتيد الهيدروجين (H2S) والوسائط المسببة للتآكل والملح. كانت مواصفات الترباس M20 × 2.5 مم، وكانت المادة 35CrMoA من الفولاذ المروي والمقسى. في ظل التأثيرات المجمعة للإجهاد الحراري المتناوب-على المدى الطويل، والتحميل المسبق للتجميع، والتآكل المتوسط، انكسر المسمار المزدوج-في نهاية المطاف عند جذر الخيط.
كشفت الملاحظة العيانية أن سطح الكسر يقع في منطقة جذر الخيط، مع شكل أملس نسبيًا ولا يوجد تشوه بلاستيكي عياني واضح. تلتصق منتجات التآكل السوداء بالسطح. بعد التنظيف، أظهر سطح الكسر خصائص انتشار التعب النموذجية، حيث ينشأ الشق عند جذر الخيط وينتشر إلى الداخل بزاوية تبلغ حوالي 20 درجة. ثم دخل منطقة انتشار سريع مُظهرًا نمطًا شعاعيًا، مما أدى في النهاية إلى كسر لحظي. تشير هذه الخاصية المورفولوجية إلى أن عملية فشل برغي الماكينة ذو النهاية المزدوجة تتضمن مراحل متعددة: إجهاد التآكل، وتكسير التآكل الإجهادي، والكسر الفوري.
أظهر تحليل التركيب الكيميائي أن المادة ككل تفي بمتطلبات معيار 35CrMoA، مما يشير إلى أن الفشل لم يكن بسبب التركيب غير الطبيعي. أظهر اختبار الصلابة أن الترباس ذو النهاية المزدوجة يتمتع بصلابة إجمالية عالية نسبيًا، حيث يتكون هيكل المصفوفة بشكل أساسي من السوربيت المقسى، حيث يصل إلى مستوى محلي يتراوح بين 350-360 فولت عالي، وهو أعلى من النطاق الموصى به للمثبتات التقليدية. كشف تحليل دراسة المعادن أيضًا عن وجود درجة معينة من إزالة الكربنة على سطح الخيط، مع طبقة منزوعة الكربنة تبلغ حوالي 31 ميكرومتر. كانت البنية المجهرية السطحية في الغالب من الفريت. يؤدي هذا النوع من البنية غير المتجانسة بسهولة إلى تركيز الإجهاد الموضعي تحت الضغط، مما يؤدي إلى بدء التشقق.
كشف تحليل المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) أيضًا عن آلية الكسر الخاصة بالمسمار السداسي المزدوج. ولوحظت تمزقات إجهاد واضحة في منطقة بدء الكراك، وملأت منتجات التآكل الكراك أثناء الانتشار. مع زيادة معدل انتشار الشقوق، انتقل سطح الكسر تدريجيًا من انتشار التعب إلى خصائص تكسير التآكل الإجهادي، مما يُظهر شبه نموذجي - انقسام وتشكل انتشار شعاعي، مما يشير إلى أن الوسط المتآكل شارك في عملية انتشار الشقوق. أظهر التحليل الطيفي لتشتت الطاقة (EDS) أن منتجات التآكل تحتوي على مستويات عالية من الكبريت وكميات صغيرة من الكلوريد، مما يشير إلى تآكل كبير بالكبريتيد والكلوريد في بيئة الخدمة
يشير التحليل الشامل إلى أن هذا الفشل عبارة عن مشكلة نموذجية لإجهاد التآكل ومشكلة تكسير التآكل بإجهاد الكبريتيد الناتجة عن اقتران عوامل متعددة. تتجلى آلية تشكيلها بشكل رئيسي في ثلاثة جوانب.
أولا: عوامل التوتر. يتعرض المسمار الملولب ذو النهاية المزدوجة- للتحميل المسبق العالي أثناء التجميع، مما يؤدي إلى إجهاد شد محوري كبير عند جذر الخيط. وفي الوقت نفسه، يقدم هيكل الرأس العائم ضغطًا إضافيًا على الانحناء. أثناء التشغيل، يؤدي الضغط الحراري الناتج عن التمدد والانكماش، وأحمال الاهتزاز من التدفق المتوسط، والضغط الدوري أثناء التشغيل-والإيقاف إلى إبقاء المسمار اللولبي في حالة من تقلب الضغط العالي لفترات طويلة، مما يؤدي إلى تسريع بدء الشقوق وانتشارها.
ثانيا، تلعب العوامل المادية دورا. على الرغم من أن الفولاذ 35CrMoA يتمتع بقوة عالية، إلا أنه يكون شديد التأثر بالتشقق الناتج عن الهيدروجين - والتآكل الناتج عن إجهاد الكبريتيد عند الصلابة العالية. تشير المعايير ذات الصلة إلى أنه في البيئات التي تحتوي على كبريتيد الهيدروجين -، تنخفض مقاومة التآكل الناتج عن الإجهاد للفولاذ عالي القوة- بشكل ملحوظ إذا تجاوزت الصلابة نطاقًا معينًا. في هذه الحالة، يتميز برغي المقبس المزدوج- بصلابة مفرطة ويظهر عيوبًا موضعية في إزالة الكربنة، مما يقلل أيضًا من مقاومة تشقق السطح ويشكل منطقة بدء تشقق نموذجية.
ثالثا، العوامل البيئية مهمة. ويحتوي الوسط على كبريتيد الهيدروجين والرطوبة والأملاح، مما يؤدي إلى تفاعلات تآكل معقدة في ظل الظروف الكهروكيميائية. تولد العملية الأنودية Fe2+، الذي يتحد مع أيونات الكبريت لتكوين منتجات تآكل FeS. في الوقت نفسه، يمكن لذرات الهيدروجين الناتجة عن التفاعل الكاثودي أن تنتشر في الفولاذ، مما يؤدي إلى تقصف الهيدروجين وتأثيرات التقرح. في ظل التأثير المشترك للضغط والتآكل، تنتشر الشقوق تدريجيًا عند جذر سن اللولب المزدوج-، مما يؤدي إلى تسريع الفشل.
علاوة على ذلك، فإن تأثير تمدد الحجم الناتج عن منتجات التآكل يزيد من تفاقم انتشار الشقوق في البراغي الملولبة المزدوجة-. يبلغ حجم منتجات التآكل عادةً 2 إلى 4 أضعاف الحجم الأصلي، مما يؤدي إلى إجهاد تمدد إضافي داخل الشق المغلق. يؤدي هذا إلى زيادة الضغط عند طرف الشق بشكل مستمر، وبالتالي تسريع عملية الكسر. تعد آلية ردود الفعل الإيجابية "انتشار التآكل-الإجهاد-" سمة أساسية لهذا النوع من الفشل.
باختصار، هذا النوع من فشل اللولب المزدوج-هو في الأساس نتيجة للتأثيرات المجمعة لتركيز الإجهاد الهيكلي، وحساسية المواد، والبيئة المسببة للتآكل. بالنسبة للظروف المماثلة، يجب إجراء تحسينات شاملة، بما في ذلك تقليل حساسية الصلابة للبراغي M10 مزدوجة الأطراف-، وتحسين عمليات المعالجة الحرارية، والتحكم في مستويات التحميل المسبق، وتحسين تصميم الختم والحماية من التآكل، لتعزيز موثوقية خدمة الهيكل على المدى الطويل-.
لمزيد من المعلومات حول تحليل آلية الفشل-مسامير تثبيت مزدوجة الرأسأو توصيات اختيار أدوات التثبيت المخصصة، يرجى الاتصال بفريقنا الفني للحصول على الدعم الهندسي والحلول المصممة خصيصًا لتلبية احتياجاتك الخاصة.
اتصل بنا
