三侧向相控阵:一种识别湿式H2S损伤的新技术

简介

三侧相控阵(TriLat)是一种机器人相控阵超声波检测技术，用于湿硫化氢(H₂S)服务和氢氟酸(HF)服务。TriLat鉴定和量化湿H₂在生产率和分辨率较高的碳素或低合金钢设备的母材中，主要包括氢致开裂(HIC)、应力导向HIC (SOHIC)和起泡。也可用于包覆或内衬固定设备母金属的裂纹检测。

在一个单元中，TriLat结合了包含三个角度梁的两个探头的功率，可以在早期阶段识别和量化裂缝。其结果是，根据探头尺寸的不同，检测速度比传统AUT系统快10倍，并且具有出色的穿壁横向分辨率。两轴聚焦和高分辨率允许识别长度为0.039英寸(1毫米)的嵌入裂缝，数据密度比传统的三元或三层自动超声波检测方法大25倍。

严重的湿H₂S环境由pH值和H水平决定₂S(单位:ppm)。此外，设备退化的可能性还受到温度、氰化物的存在、暴露时间和母材性质的进一步影响。在炼油空间，设备容易湿H₂S损伤通常见于但不限于以下工艺装置:酸水提汽器、流态化催化裂化装置(FCCU)轻端回收、硫回收、胺处理、FCCU和焦炭分馏、原油、HF烷基化和加氢处理。

由于其他NDT技术缺乏轴向和横向聚焦穿透壁，以及正确识别和尺寸所需的数据密度，因此损伤经常被错误地归类为小裂缝、层压和夹杂物，以进行准确的适用性评估。相反，TriLat的多向聚焦定制有效、高效地确认和量化湿H₂S损伤机制。

湿H₂S服务和损坏机制

设备在湿硫化氢(H₂S)服务或酸性服务环境容易受到一组独特的破坏机制的影响，可能导致灾难性的故障，导致密封和/或人员损失，并由于环境修复和降低生产力而影响运营成本。

湿H₂在生产碳氢化合物的设施中，包括石油和天然气、化学和石化行业，都可以看到S的破坏。在水分存在的情况下，硫化氢和铁反应生成原子氢和硫化铁。原子氢作为最小的杂质，扩散到材料中，填充缺陷和非金属夹杂物，形成双原子氢气(H₂)这些分子太大了，无法扩散出去。膨胀气体的压力加剧了缺陷，在金属中产生水泡或裂纹。损坏更容易发生在旧的或肮脏的钢和钢板中，因为这些材料中普遍存在夹杂物、层合物和缺陷，从而为氢气收集[1]提供了场所。

非金属细长夹杂物是一个始终存在的问题，可能会或可能不会对机械性能产生不利影响，因此，整体材料性能。硫具有双重作用，这意味着它可以提高材料的可加工性，但也对其他关键服务性能有有害影响，如可锻性、延展性、韧性、可焊性和耐腐蚀性。

由于硫在钢铁中的溶解度很低(室温下小于0.01%)，通常以硫化物形式存在。钢凝固过程中形成的硫化物夹杂物主要是硫化锰(MnS)。MnS是一种常见的夹杂物，对钢的机械性能、物理性能和耐腐蚀性产生不利影响。在非金属夹杂物空腔存在时，MnS与氢原子反应生成H₂S气体(MnS+2H⁺↔H₂S +锰^{2 +})．在这种情况下，H₂S气体有助于在这些空洞上产生水泡。

最常见的湿H₂S的损伤机制为:

氢致开裂(HIC):由中壁氢气增压引起的平面开裂或起泡。单个裂纹平行于金属的内外表面(固定裂纹)，但随着时间的推移，氢气浓度的增加会导致单个裂纹连接在一起形成阶梯式裂纹。

应力导向HIC (SOHIC):交错HIC裂纹垂直于主残馀或外加应力，形成阶梯式裂纹阵列。它可能发生在压力容器中焊缝和母材的热影响区(HAZ)。它不依赖于硬度。

硫化物应力开裂(SSC):在水和氢的存在下，由于腐蚀和拉应力引起的裂纹₂S.它出现在高强度钢的表面或焊接沉积物和HAZs[2]中。

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