כשל בברגים הוא בעיית אמינות טיפוסית בפטרוכימיים וציוד לחילופי חום-בטמפרטורה-גבוהה במהלך פעולה-ארוכת טווח. ברגים כפולים-, כמרכיבי הידוק מרכזיים במבני האיטום של מחליפי חום ראש צף, מעבים ומכלי לחץ, משפיעים ישירות על היציבות התפעולית הכוללת של הציוד. מצנן ראש צף במערכת התחדשות של בית זיקוק נפט חווה כשל שבר בריח לאחר 16 שנות פעילות. מקרה זה מציג מאפיינים אופייניים של עייפות קורוזיה וצימוד קורוזיה מתח, המספק ערך ייחוס חשוב להבנת מנגנון הכשל של מחברים בסביבות H2S רטובות.
הציוד פעל בתנאים הבאים: טמפרטורת מים במחזור-צד של מעטפת של 90-100 מעלות, טמפרטורת גז חומצי בצד צינור- של 30-35 מעלות, ולחצי הפעלה של 0.2 MPa ו-0.4 MPa, בהתאמה. המדיום הכיל חלק מסוים של חומרים מאכלים H2S ומלח. מפרט הבורג היה M20×2.5mm, והחומר היה 35CrMoA פלדה מרווה ומחוסמת. תחת ההשפעות המשולבות של-מתח תרמי לסירוגין לטווח ארוך, עומס מראש של הרכבה וקורוזיה בינונית, הבורג הכפול- נשבר בסופו של דבר בשורש ההברגה.
תצפית מקרוסקופית גילתה שמשטח השבר נמצא באזור שורש החוט, עם מורפולוגיה חלקה יחסית וללא עיוות פלסטי מקרוסקופי ברור. מוצרי קורוזיה שחורים נדבקו למשטח. לאחר הניקוי, משטח השבר הראה מאפייני התפשטות עייפות אופייניים, כאשר הסדק מקורו בשורש החוט ומתפשט פנימה בזווית של כ-20 מעלות. לאחר מכן הוא נכנס לאזור התפשטות מהירה שהציג דפוס רדיאלי, שבסופו של דבר הביא לשבר מיידי. מאפיין מורפולוגי זה מצביע על כך שתהליך הכשל של ה-Double Ended Machine Screw כלל שלבים מרובים: עייפות קורוזיה, פיצוח קורוזיה במתח ושבר מיידי.
ניתוח הרכב כימי הראה שהחומר בכללותו עמד בדרישות התקן 35CrMoA, מה שמצביע על כך שהכשל לא נגרם מהרכב חריג. בדיקות קשיות הראו של-Double Ended Lag Bolt יש קשיות כללית גבוהה יחסית, כאשר מבנה המטריצה מורכב בעיקר מסורביט מחוסמ, ומגיע לרמה מקומית של 350-360 HV, שהיא גבוהה מהטווח המומלץ עבור מחברים קונבנציונליים. ניתוח מטאלוגרפי גילה עוד מידה מסוימת של דה-קרבוריזציה על פני החוט, עם שכבה מפורקת של כ-31 מיקרומטר. מבנה המיקרו של פני השטח היה בעיקר פריט. סוג זה של מבנה הטרוגני מוביל בקלות לריכוז מתח מקומי תחת לחץ, ובכך גורם לתחילת סדקים.
ניתוח מיקרוסקופ אלקטרוני סורק (SEM) חשף עוד יותר את מנגנון השבר של ה-Double Ended Hex Bolt. פסי עייפות ברורים נצפו באזור התחלת הסדק, ומוצרי קורוזיה מילאו את הסדק במהלך ההתפשטות. ככל שקצב התפשטות הסדקים עלה, פני השבר עברו בהדרגה מהתפשטות עייפות למאפייני פיצוח קורוזיה במתח, כשהם מציגים מורפולוגיה מעין-באופיינית של מחשוף והתפשטות רדיאלית, מה שמצביע על כך שהמדיום המאכל השתתף בתהליך התפשטות הסדק. אנליזה של ספקטרוסקופיה מפזרת אנרגיה (EDS) הראתה כי מוצרי הקורוזיה הכילו רמות גבוהות של גופרית וכמויות קטנות של כלוריד, דבר המעיד על קורוזיה סולפידית וכלוריד משמעותית בסביבת השירות.
ניתוח מקיף מצביע על כך שכשל זה הוא בעיית עייפות קורוזיה טיפוסית ובעיית פיצוח קורוזיה במתח גופרתי הנגרמת על ידי צימוד של מספר גורמים. מנגנון היווצרותו מתבטא בעיקר בשלושה היבטים.
ראשית, גורמי לחץ. החתך בעל ההברגה הכפול- חווה עומס מוקדם גבוה במהלך ההרכבה, וכתוצאה מכך מתח מתיחה צירי משמעותי בשורש החוט. במקביל, מבנה הראש הצף מציג מתח כיפוף נוסף. במהלך הפעולה, עומס תרמי כתוצאה מהתפשטות והתכווצות, עומסי רטט מזרימה בינונית ולחץ מחזורי במהלך התנעה-וכיבוי שומרים על בורג הבורג במצב של תנודת מתח גבוהה לתקופות ממושכות, ומאיצים את התחלת הסדקים והתפשטותם.
שנית, גורמים חומריים משחקים תפקיד. בעוד שפלדה 35CrMoA היא בעלת חוזק גבוה, היא רגישה מאוד לסדקים הנגרמים-מימן ולקורוזיה של מתח גופרתי בקשיות גבוהה. תקנים רלוונטיים מצביעים על כך שבסביבות המכילות H2S-, עמידות בפני קורוזיה של פלדה בעלת חוזק- גבוה יורדת משמעותית אם הקשיות חורגת מטווח מסוים. במקרה זה, לבורג השקע הכפול- יש קשיות מופרזת והוא מפגין פגמים מקומיים בפירוק, מה שמפחית עוד יותר את ההתנגדות לסדקים פני השטח ויוצר אזור התחלת סדק טיפוסי.
שלישית, גורמים סביבתיים הם משמעותיים. המדיום מכיל H2S, לחות ומלחים, מה שמוביל לתגובות קורוזיה מורכבות בתנאים אלקטרוכימיים. התהליך האנודי יוצר Fe2+, שמתחבר עם יוני גופרית ליצירת מוצרי קורוזיה של FeS. במקביל, אטומי מימן שנוצרים על ידי התגובה הקתודית יכולים להתפזר לתוך הפלדה, ולגרום לשבירת מימן ולהשפעות שלפוחיות. תחת פעולה משולבת של מתח וקורוזיה, סדקים מתפשטים בהדרגה בשורש הברגה הכפולה-, ומאיץ את הכשל.
יתר על כן, השפעת הרחבת הנפח של מוצרי קורוזיה מחמירה עוד יותר את התפשטות הסדקים של ברגים כפולים-עם הברגה. נפח מוצרי הקורוזיה הוא בדרך כלל פי 2 עד 4 מהנפח המקורי, מה שיוצר מתח התפשטות נוסף בתוך הסדק הסגור. זה גורם למתח בקצה הסדק לעלות ללא הרף, ובכך להאיץ את תהליך השבר. מנגנון משוב חיובי זה של "התפשטות-מתח-קורוזיה" הוא מאפיין מפתח של כשל מסוג זה.
לסיכום, סוג זה של כשל בבורג כפול- הוא בעצם תוצאה של ההשפעות המשולבות של ריכוז מתח מבני, רגישות החומר והסביבה הקורוזיבית. עבור תנאים דומים, יש לבצע שיפורים מקיפים, לרבות הפחתת רגישות הקשיות של ברגים כפולים- M10, אופטימיזציה של תהליכי טיפול בחום, שליטה ברמות העומס מראש ושיפור תכנון ההגנה מפני איטום וקורוזיה, כדי לשפר את אמינות השירות לטווח ארוך של המבנה.
למידע נוסף על ניתוח מנגנון הכשל שלברגים ראש כפולים-או המלצות לבחירת מחברים מותאמים אישית, אנא צור קשר עם הצוות הטכני שלנו לקבלת תמיכה הנדסית ופתרונות המותאמים לצרכים הספציפיים שלך.
צור קשר
