Thất bại gãy giòn giòn do hydro đề cập đến hydro nguyên tử được tạo ra bởi sự ăn mòn điện hóa, phản ứng tẩy rửa và bảo vệ cực âm thấm vào bên trong mạng kim loại ống gia nhiệt titan. Các nguyên tử hydro tập trung dọc theo ranh giới hạt, sự sai lệch và các khuyết tật vi mô bên trong để tạo thành các pha giòn titan hydrua. Độ dẻo và độ bền của vật liệu giảm mạnh, các vết nứt nhỏ xuất hiện dưới ứng suất dư bên trong, áp suất trung bình và tải trọng nhiệt xen kẽ. Các vết nứt mở rộng nhanh chóng dọc theo các vùng tập hợp hydrua, cuối cùng dẫn đến gãy thân ống đột ngột mà không có biến dạng dẻo rõ ràng. Sự cố này có tính chất đột ngột mạnh mẽ, thường gây ra hiện tượng đứt gãy đường ống và phóng ra môi chất trong các đường ống sưởi ấm-chịu áp suất có bảo trì tẩy rửa và môi trường khử.
1. Cơ chế thẩm thấu hydro và độ giòn hydrua
Titan có độ hòa tan cực cao đối với các nguyên tử hydro trong môi trường nhiệt độ cao và khử axit. Trong quá trình ăn mòn và rửa axit, các ion hydro thu được electron và biến thành các nguyên tử hydro hoạt động, xuyên qua bề mặt kim loại và khuếch tán vào bên trong ma trận. Hydro tích tụ ở những điểm khiếm khuyết về cấu trúc và kết tủa hình kim-như titan hydrua giòn, làm phân chia cấu trúc ranh giới hạt kim loại. Dưới tác dụng của ngoại lực hoặc ứng suất nhiệt, các vết nứt vi mô nảy mầm tại các khu vực phân phối hydrua và lan truyền xuyên hạt và giữa các hạt. Không giống như sự mở rộng vết nứt do mỏi do tải trọng theo chu kỳ dài hạn, độ giòn hydro thuộc về sự suy giảm độ bền nội tại của vật liệu và vết nứt xảy ra ngay lập tức sau khi vượt quá nồng độ hydro tới hạn.
2. Các vị trí điển hình dễ bị hư hỏng do giòn hydro
Các mối hàn và vùng bị ảnh hưởng nhiệt-có các hạt thô và nhiều khuyết tật dạng lưới;
Các đoạn ống được tẩy rửa và làm sạch bằng hóa chất mà không xử lý khử hydro sau đó;
Các bộ phận của đường ống được bảo vệ catốt bằng dòng điện cưỡng bức quá mức dẫn đến sự phát triển hydro bảo vệ quá mức;
Các khu vực thành trong tiếp xúc lâu dài với môi trường axit khử và chất lỏng xử lý chứa hydro;
Các đoạn ống uốn cong được xử lý nguội-có ứng suất dư bên trong lớn và dễ dàng làm giàu hydro.
3. Các yếu tố cốt lõi gây ra sự cố tăng tốc độ giòn
Dung dịch tẩy rửa thiếu các thành phần ức chế hydro và một lượng lớn hydro mới sinh ra trong quá trình tẩy rỉ;
Không có quá trình nung khử hydro được bố trí sau khi làm sạch bằng axit và hàn;
Các thông số bảo vệ catốt được thiết lập không hợp lý, có điện thế quá cao gây ra phản ứng giải phóng hydro dữ dội;
Môi trường vận chuyển chứa các thành phần khử mạnh để liên tục tạo ra nguồn thẩm thấu hydro;
Ống titan duy trì ứng suất dư cao sau khi uốn và tạo hình, đẩy nhanh quá trình hình thành vết nứt dưới tác dụng của hydro.
4. Các biện pháp kỹ thuật kiểm soát và ngăn chặn liên kết đầy đủ-
① Thêm chất ức chế ăn mòn hydro hiệu quả vào dung dịch tẩy rửa để ngăn chặn sự hình thành nguyên tử hydro
Cắt bỏ nguồn xâm nhập hydro trong quá trình làm sạch bằng hóa chất.
② Thực hiện xử lý nướng bảo quản nhiệt khử hydro ở nhiệt độ thấp sau khi hàn và rửa axit
Đẩy khí hydro khuếch tán bên trong mạng kim loại ra ngoài để loại bỏ tình trạng kết tủa hydrua.
③ Điều chỉnh chính xác khả năng bảo vệ catốt để tránh phản ứng bảo vệ quá mức và tạo ra hydro
Giới hạn điện thế catốt trong phạm vi an toàn chống lại hiện tượng giòn do hydro.
④ Tối ưu hóa công nghệ tạo hình đường ống và loại bỏ ứng suất dư-sau xử lý thông qua quá trình ủ giảm ứng suất
Giảm các vị trí khuyết tật để tập hợp hydro và lan truyền vết nứt.
⑤ Thường xuyên tiến hành phát hiện lỗ hổng bằng sóng siêu âm và kiểm tra lấy mẫu hàm lượng hydro đối với các phần ống chịu áp-chính
Sàng lọc các vết nứt nhỏ-do hydro gây ra trước khi bị gãy giòn.
5. Bảng so sánh hiệu quả phòng ngừa
表格
| Chế độ Xây dựng & Bảo vệ | Nguy cơ gãy xương do hydro | Đề xuất ứng dụng |
|---|---|---|
| Tẩy trắng không bị cấm + không xử lý khử hydro + bảo vệ quá mức bằng-ca-tốt | Vết nứt giòn đột ngột xảy ra trong thời gian vận hành vòng bi chịu áp- | Bổ sung quá trình khử hydro và điều chỉnh cài đặt thông số bảo vệ |
| Tẩy bằng chất ức chế + quy trình khử hydro được tiêu chuẩn hóa + kiểm soát tiềm năng bảo vệ chính xác | Hạn chế hiệu quả sự xâm nhập của hydro và kết tủa pha giòn hydrua | Thông số kỹ thuật xây dựng tiêu chuẩn cho việc hàn và bảo trì đường ống dẫn nhiệt bằng titan chịu áp- |
| -giảm căng thẳng tích hợp sau mối hàn + giám sát tiềm năng bảo vệ trực tuyến-theo thời gian thực + lấy mẫu hiệu suất vật liệu hàng năm | Nguy cơ gãy giòn đột ngột cực thấp và nguy cơ an toàn rò rỉ trung bình | Sơ đồ ưu tiên dành cho các dự án mạng lưới đường ống sưởi ấm bằng titan trung bình chống ăn mòn-giảm áp suất cao- |
Phần kết luận
Lỗi làm giòn hydro trong ống gia nhiệt titan là do các nguyên tử hydro xuyên qua ma trận kim loại để tạo thành titan hydrua giòn, gây ra sự giãn nở vết nứt nhanh chóng và gãy giòn khi bị căng thẳng. Các biện pháp phòng ngừa cốt lõi bao gồm bổ sung chất ức chế tẩy rửa, cấu hình xử lý nhiệt khử hydro, tối ưu hóa các thông số bảo vệ cathode, loại bỏ ứng suất dư trong quá trình xử lý và tiến hành phát hiện khuyết tật thường xuyên và kiểm tra hàm lượng hydro. Quản lý toàn bộ-quy trình khép kín-trong quá trình xử lý đường ống, vận hành bảo trì và cài đặt thông số bảo vệ chống ăn mòn-có thể ngăn ngừa gãy xương đột ngột và tai nạn an toàn do hiện tượng giòn hydro của đường ống áp suất nung nóng bằng titan.
