هيدرو تست مخازن تحت فشار

[محمــد 4415]

هيدرو تست مخازن تحت فشار از جنس فولاد زنگ نزن آستنيتي

ايجاد خوردگي تأخيري در حين تست هيدروستاتيک و بعد از آن ميتواند به سازه آسيب بزند. اين موضوع در سازه هاي توليد شده از فولاد زنگ نزن، با توجه به حساسيت اين نوع فولادها به خوردگي هاي تأخيري از اهميت بيشتري برخوردار است. اين آسيب ممکن است بعد از چند هفته يا حتي چند ماه نمايان شده و ترميم آن مي تواند بسيار مشکل و هزينه بر باشد. هر چند اگر ملاحظات لازم رعايت گردد، تست هيدروستاتيک ميتواند بدون ريسک اجرا گردد، اين ملاحظات اساساً به کيفيت و نحوه فرآوري آب مورد استفاده در تست و چگونگي عمليات روي سازه بعد از تست وابسته است. بسياري از کدها و استانداردهاي موجود راهنمايي هاي کلي در زمينه تست هيدروستاتيک سازه هاي ساخته شده از فولاد زنگ نزن ارائه کرده اند اما متأسفانه علي رغم اهميت موضوع و آسيبهايي که مي تواند ايجاد نمايد، استاندارد يا دستورالعمل جامعي در اين زمينه وجود ندارد.

در اين مقاله سعي شده است با در نظر گرفتن کليه شرايط تأثيرگذار، دستورالعمل نسبتاً جامعي بعنوان راهنما براي اجراي بهينه ي تست هيدروستاتيک و کاهش ريسک آن در شرايط کاري مختلف تدوين گردد.

فولادهاي زنگ نزن

فولادهاي زنگ نزن آلياژهاي با پايه آهن هستند که داراي حداقل 10.5 % کُرم مي باشند. مكانيزم مقاومت به خوردگي اين آلياژها تشكيل يك لايه روئين چسبنده و يكپارچه روي سطح در حضور اکسيژن است. عامل اصلي در تشكيل اين لايه روئين، عنصر کُرم مي باشد. تجربه نشان داده اين لايه در آلياژهايي با 10.5 % کُرم بسيار ضعيف بوده و مقاومت مناسبي ايجاد نمي كند. در حالي که حداقل ميزان کُرم لازم براي ايجاد لايه روئين مناسب 12 % مي باشد. همانگونه که از نام اين آلياژها پيداست هدف استفاده از فولادهاي زنگ نزن معمولا مقابله با خوردگي است، در بسياري موارد به دليل عدم رعايت الزامات خاص کار با اين فولادها در کارگاههاي ساخت و کارآيي عملکرد آنها در حد انتظار نبوده لذا باعث بروز مشكلاتي از جمله کاهش طول عمر سيستم و نياز به تعميرات پيش از موعد، گرديده است. ريشه اصلي اين مسئله به حساسيت بسياري از اين فولادها به خوردگي موضعي برمي گردد. در عمليات نصب و جوشكاري قطعاتي که از جنس فولاد زنگ نزن ساخته شده اند بايد بسياري موارد خاص را مَد نظر داشت تا عمليات اجرايي موجب تخريب و زوال زود هنگام اين قطعات نگردد يكي از عمليات اجرايي که معمولاً در مراحل نصب خطوط لوله انجام مي گيرد تست هيدروستاتيك است که به منظور حصول اطمينان از تحمل فشار کاري توسط سيستم و عدم نشتي آن اجرا مي گردد. در بيشتر تستهاي هيدروستاتيك بدليل اينكه آب تقريباً قابليت فشرده شدن ندارد از اين ماده استفاده مي شود با توجه به حساسيت اين نوع فولادها، نوع و کيفيت آب مورد استفاده و همچنين چگونگي اجراي مراحل تست از اهميت ويژه اي برخوردار است و در صورت نامناسب بودن شرايط مي تواند باعث تخريب سيستم گردد. از طرفي عليرغم حساسيت موجود در اغلب کُدها و استانداردها تنها به کليات و يا موارد خاصي اشاره شده است. در مقاله حاضر سعي شده با بررسي جوانب مختلف موضوع، نكات مهم در اجراي يك تست مناسب ارائه گردد.

خوردگي پس از هيدروتست

آسيبهاي خوردگي که ميتواند پس از تست هيدروستاتيك سازه هاي فولاد زنگ نزن ايجاد شود ممكن است ناشي از يك يا ترکيبي از چند مكانيزم زير مي باشد:

• خوردگي Crevice و حفره اي شدن

• ترك خوردگي تنشي

• خوردگي ميكروبي

هر يك از اين مكانيزمها ميتوانند متأثر از پارامترهاي متعددي شامل کيفيت و فرآوري آب مورد استفاده در تست هيدروستاتيك، نحوه طراحي و اجرا و همچنين چگونگي عمليات روي تجهيز بعد از تست باشند. فولادهاي زنگ نزن به خوردگي موضعي بخصوص در حضور يونهاي هالوژني بسيار حساس مي باشند. رايجترين نوع خوردگي موضعي در فولادهاي زنگ نزن حفره اي شدن است که معمولا اثرات مخرب آن نسبت به خوردگي عمومي بيشتر است چرا که مي تواند در زمان بسيار کوتاهتري قطعه را از مدار خارج کند. در اين ميان مخرب ترين يون هالوژني موجود در آب که باعث خوردگي Crevice/ حفره اي در فولادهاي زنگ نزن ميگردد يون کلرايد است. خوردگي موضعي در فولاد 316/316L درکلرايد کمتر از 1000mg/l و در فولاد 304/304L در کلرايد کمتر از 200mg/l بندرت اتفاق مي افتد. اما با يك ديدگاه محتاطانه تر وقتي که امكان نامناسب بودن شرايط ديگر نيز وجود داشته باشد، اين حد مجاز براي فولاد 304/304L به 50mg/l و براي316/316L به 250mg/lکاهش مي يابد. شكل 1 احتمال ايجاد خوردگي Crevice را بر اساس ميزان کلرايد موجود در آب نشان مي دهد.

. در صورتيكه استفاده از آب با کلرايد بالا يا آبهاي غير شرب ناگزير باشد بايد آب را در ناحيه قليايي با PH، 5/7 الي 10 نگهداري کرد لذا جهت برقراري اين شرايط مي توان از سود سوز آور استفاده کرد. علاوه براين يون هيدروکسيد باعث کاهش خوردگي در فولاد زنگ نزن مي شود. سولفات نيز ممانعت کننده مفيدي است و مي تواند به آبهايي که داراي سولفات کم و کلرايد بالا هستند تا حد1000ppm افزوده شود.

زمان و دما نيز در تشديد خوردگي موضعي تاثيرگذارند. درصورتيكه زمان تماس و دماي آب کم باشند ميتوان از آبهايي با ميزان کلرايد بالاتري استفاده کرد. شكل 2 امكان ايجاد خوردگي Crevice را بر اساس ميزان کلرايد و دما نشان ميدهد. عامل مهم ديگري که باعث تشديد خوردگي موضعي ميگردد، از بين رفتن لايه روئين سطح تماس است. همانطور که گفته شد خاصيت مقاومت به خوردگي اين فولادها ناشي از ايجاد لايه روئين اکسيدکُرم روي سطح مي باشد. وجود لايه هاي اکسيدي ناشي از جوشكاري يا عمليات حرارتي و ديگر آلاينده هاي سطحي مانع ايجاد اين لايه روئين مي شوند. هنگامي که با استفاده از ابزار فولادي و يا آغشته به فولاد کربني روي سطح فولاد زنگ نزن خراش ايجاد گردد، اين لايه اکسيد برداشته شده و همزمان ذراتي از فولاد معمولي از ابزار جدا شده و روي سطح مي نشيند. در نقاطي که اين ذرات فولادي قرار دارند بدليل افت درصد نسبي کرم، لايه اکسيدي مقاوم تشكيل نشده و قطعه در آن نقاط دچار خوردگي ميشود. بنابراين بايد قبل از اجراي تست هيدروستاتيك اين مواد را با اسيد شويي مناسب برطرف نمود. بدين منظور معمولاً از مخلوط اسيدنيتريك و اسيدهيدروفلوريك استفاده مي شود. درصورتيكه امكان اسيدشويي وجود نداشته باشد مي توان از روشهاي مكانيكي يا بلاست با ذرات ساينده تميز مانند ذرات ريز شيشه استفاده کرد.

 

از ديگر عوامل تشديد کننده خوردگي موضعي باقي ماندن آب در شيارها و يا روي سطوح پس از تست هيدروستاتيك ميباشد. در اين حالت با تبخير تدريجي آب در حوضچه هاي باقيمانده، درصد کلرايد در آنها بالا رفته و سرعت خوردگي افزايش مي يابد. لذا پس از اتمام مراحل تست تجهيز، بايد آب بطور کامل تخليه شده و با دمش هوا کاملاً خشك شود. علاوه براين در صورت بالا بودن رطوبت هوا، بايد هوا را در کمترين دماي ممكن استفاده نمود تا کُندانس شدن رطوبت هوا درون تجهيز به حداقل ممكن برسد. مكانيزم تَرك خوردگي تنشي (Stress Corrosion Cracking) مي تواند به سرعت باعث زوال تجهيز گردد. ايجاد تَرك خوردگي تنشي در فولادهاي زنگ نزن در محيط آبي اتفاق رايجي نيست اما در صورت بالا بودن ميزان کلرايد و دماي آب، فولادهاي آستنيتي مانند 316 و 304مي توانند دچار اين پديده شوند.

 

فولادهاي دوپلكس مانند 2205 و يا 2705 بسيار مقاوم تر در محيط آب از مقابل اين پديده مي باشند. البته فولادهاي زنگ نزن آستنيتي نيز در صورتيكه دماي آب از50?C کمتر باشد، از ترك خوردگي تنشي مصون مي باشند (شكل 3). با توجه به اينكه تست هيدروستاتيك معمولا در دماي محيط انجام ميگيرد، تَرك خوردگي تنشي بندرت ايجاد مشكل ميكند. هر چند که اگر تجهيز براي مدت طولاني زير نور شديد خورشيد قرار گيرد، امكان رسيدن به اين دما وجود دارد، لذا بايد دقت کافي صورت گيرد تا از بالا رفتن دما جلوگيري شود. خوردگي ميكروبي نيز در فولادهاي زنگ نزن از اهميت ويژه اي برخوردار است، به طوريكه سرعت نفوذ تا 3.2mm در يک ماه براي فولاد304L و در چهار ماه براي فولاد 316L در اثر اين نوع خوردگي گزارش شده است.

در مورد فولادهاي زنگ نزن هر دو نوع باکتريهاي احيا کننده و اکسيد کننده سولفات بصورت مخرب عمل ميكنند. اما رايج ترين نوع خوردگي ميكروبي در اين فولادها توسط باکتريهاي مصرف کننده آهن صورت ميگيرد که غلظت کُلرايد را به صورت کُلريد آهن و منگنز بسيار بالاتر از غلظت آن در آب موجود ميكنند. اين موضوع باعث ايجاد خوردگيCrevice/ حفره اي ميگردد. شيارها بخصوص در محل گسكتها يكي از مكانهاي مناسب براي اين پديده مي باشند. اما در اکثر موارد، خوردگي ميكروبي در کنار خطوط جوش بخصوص هنگامي که آثار اکسيدي کناره جوش حذف نشده اند اتفاق مي افتد. خوردگي ميكروبي اغلب در اثر استفاده از آب خام بكلي و يا به طور کامل فرآوري نشده که از منابع آب تازه مانند چاه، رودخانه و يا ساير موارد تهيه شده ايجاد مي گردد. ايستايي و يا جريان کم آب اجازه مي دهد تا باکتريها به سطح فلز چسبيده و شروع به تشكيل کلونيها و ايجاد رسوب کنند. اين موضوع باعث ايجاد خوردگيهاي موضعي بسيار شديدتري نسبت به محيط اصلي آب مي شود.

لذا با تخليه و خشك کردن تجهيز پس از تست مي توان از خوردگي ميكروبي جلوگيري کرد. باکتريها براي رشد نياز به زمان دارند و در زمان کوتاه نمي توانند خسارت قابل توجهي به سيستم وارد نمايند. براي اطمينان بيشتر از عدم ايجاد خوردگي ميكروبي در مواردي که از منبع آبي غير از آب شرب تصفيه شده استفاده ميشود، بايد آب را از ***** عبور داده، گندزدايي و ضد عفوني نمود. استفاده از يك ***** که اجازه عبور ذرات بيش از25 ?m را ندهد براي تصفيه آب از ذرات معلق کافيست. اما عامل اصلي در جلوگيري از خوردگي ميكروبي گندزدايي است.

در اين ميان يکي از رايج ترين روش هاي گندزدايي، عمليات کُلر زني است. حد مجاز کُلر آزاد در آب ورودي به سيستم براي فولاد 304 برابر 2ppm و براي 316 برابر5 ppm مي باشد. البته در صورت کوتاه مدت بودن تماس اين مقدار مي تواند بيشتر نيز باشد، مثلاً در فولاد 316 در مدت 24 ساعت در تماس با آبي با 25 mg/l کُلر هيچ آسيبي ديده نشده است. پس از تست هيدروستاتيك بايد مقدار کُلر باقيمانده در آخرين مقادير آبي که تخليه مي گردد اندازه گيري شود در صورتيكه اين مقدار از 0.2 ppmکمتر باشد و يا آثار لاي و لجن در آن ديده شود بايد سريعاً سيستم توسط آب فرآوري و گندزدايي شده شستشو شود.

نتيجه گيري

با توجه به موارد اشاره شده مي توان نكات مهم براي اجراي يك تست هيدروستاتيك صحيح و با ريسك کم را بصورت زير خلاصه نمود:

• حذف و يا به حداقل رساندن شيارها و نقاط سُکون در طراحي و ساخت تجهيز.

• متمايل (شيب دار) کردن اجزا افقي تجهيز جهت تخليه خودبخودي و تأمين تخليه گاه کافي در نقاط بالايي و پاييني سيستم.

• استفاده از گسکتهاي مناسب غير جاذب و عاري از کُلرايد در اتصالات فلنجي.

• ايجاد جوشهايي با نفوذ کامل و کنترل دستيابي به آنها.

• استفاده از ابزارهاي مخصوص فولادهاي زنگ نزن در مراحل نصب و آماده سازي جوش

• و جلوگيري از تماس فولاد کربني با آن.

• استفاده از سيستمهاي مناسب محافظت ريشه در جوشكاري خطوط فولاد زنگ نزن به منظور جلوگيري از تشكيل لايه هاي اکسيدي در محل ريشه جوش.

• استفاده از فرآيند مناسب تميزکاري مانند فرآيندهاي مكانيكي، بلاست و يا اسيدشويي و رويين سازي سطوح دروني، در صورت وجود لايه هاي اکسيدي، ذرات آهن، خراش و يا ديگر آلاينده هاي سطحي.

• استفاده از تميزترين آب قابل دسترس به صورت سختي گيري شده، آب مقطر و يا آب شرب.

• در صورت عدم دسترسي به منبع آب شرب مناسب، بايد ميزان خورندگي آب آناليز گردد، ميزان کُلرايد با توجه به جنس سطح تماس کنترل شده و خواص شيميايي آن (سولفات و pH) تنظيم گردد. همچنين آب بايد ***** شده و گندزدايي شود تا احتمال خوردگي ميكروبي کاهش يابد.

• حصول اطمينان از کمتر بودن ميزان کلر آزاد از حد مجاز با توجه به جنس تجهيز

• صرفنظر از کيفيت آب، بايد بلافاصله پس از تست (ظرف مدت 3 روز) تجهيز بايد تخليه و خشک شود و جهت اطمينان از خشک شدن کامل، درون آن بازرسي گردد.

• در صورت عدم امكان تخليه آب از سيستم بايد بصورت متناوب آب را در سيستم به جريان درآورد.

• درصورتيكه مقدار کُلر باقيمانده در آخرين مقادير آب تخليه شده از 0.2ppm کمتر باشد يا آثار لاي و لجن در آن ديده شود بايد سريعاً سيستم توسط آب فرآوري و گندزدايي شده شستشو و سپس کاملاً خشك شود.

 

 

 

منبع:تكمولوژي نفت و گاز