تردی هیدروژن نوعی آسیب هیدروژنی است که از انتشار هیدروژن اتمی به انواع خاصی از فلزات ناشی می شود. سه معیار وجود دارد که منجر به شکنندگی هیدروژن می شود:
- هیدروژن،
- فولادها و آلیاژهای با استحکام بالا و
- تنش اعمالی یا پسماند
در حضور هیدروژن، این مواد با استحکام بالا خاصیت انعطاف پذیری خود را از دست می دهند و در برابر شکستگی آسیب پذیر می شوند . شروع و انتشار ترک می تواند در داخل رخ دهد، با این حال، بیشتر موارد در سطح یک جزء وجود دارد. حتی غلظت کم هیدروژن می تواند اثرات مضری بر تجهیزات داشته باشد.
تردی هیدروژنی عمدتاً در آلیاژهای آهنی مانند فولادهای مارتنزیتی و استحکام بالا رخ می دهد. به طور کلی، هر چه استحکام مواد بیشتر باشد، در برابر شکنندگی هیدروژن آسیب پذیرتر است. مواد دیگر، از جمله برخی از آلیاژهای مس، آلومینیوم و نیکل، حساسیت کمی به این نوع آسیب هیدروژنی دارند. با این حال، اگر این مواد تحت یک فرآیند سخت شدن کرنشی قرار گرفته باشند، ممکن است در معرض خطر بیشتری برای شکنندگی باشند.
تردی هیدروژنی یک اتفاق رایج در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی است. تجهیزات و واحدهای فرآیندی که معمولاً تحت تأثیر قرار می گیرند عبارتند از:
- لوله های فولادی کربن
- واحدهای کراکینگ کاتالیزوری سیال
- آب درمانی ها
- هیدروکرکرها
- مخازن ذخیره سازی
- راکتورها
- طبل کک
- واحدهای آلکیلاسیون HF
سایر قطعات مانند پیچ و مهره و فنر دارای استحکام بالایی برای تحمل بارها و تنش های زیاد هستند. این قطعات به دلیل استحکام کششی بالا در معرض ترک خوردگی هستند .
چندین مکانیسم آسیب هیدروژن مربوط به شکنندگی هیدروژن وجود دارد. این مکانیسم ها عبارتند از:
- پوسته پوسته شدن هیدروژن
- ترک ناشی از هیدروژن (HIC)
- استرس ترک خوردگی
- ترک خوردگی استرس هیدروژنی
اگرچه شکنندگی هیدروژن با ترک خوردن همراه است، اما در برخی موارد می تواند با آسیب خوردگی نیز همراه باشد.
هیدروژن از کجا می آید؟
انتشار هیدروژن می تواند در طی بسیاری از فرآیندها در دماهای پایین و همچنین دماهای بالا اتفاق بیفتد. روش های جوشکاری به طور کلی باعث ایجاد مناطق تحت تأثیر حرارت (HAZ) بین فلز پرکننده و فلز اصلی می شود. این HAZ ها می توانند نقاط بحرانی آسیب هیدروژن باشند حتی اگر فلز اصلی در برابر شکنندگی مقاوم باشد. ترشی (به عنوان مثال، از بین بردن رسوب اکسید غلیظ) نیز فرآیندی است که ممکن است به دلیل محلول های اسیدی مورد استفاده برای تمیز کردن سطح قطعه منجر به آسیب خورنده شود. اتمسفر هیدروژن در دماهای بالا و همچنین خدمات اسید H 2 S و HF مرطوب، همچنین آسیب تردی هیدروژن را تسریع می کند.
یکی از تفاوت های کلیدی بین شکنندگی هیدروژنی و ترک خوردگی تنشی، اگرچه در بسیاری از جنبه ها بسیار مشابه است، واکنش آنها به حفاظت کاتدی است . حفاظت کاتدی یکی از موثرترین روش های حفاظت در برابر خوردگی است، اما مانع از انتشار هیدروژن به اجزای فولادی نمی شود.
جلوگیری
چندین تکنیک را می توان برای کاهش احتمال شکنندگی هیدروژن به کار برد.
انتخاب مواد
در برخی موارد می توان از فولادها و آلیاژهای با مقاومت کمتر برای کاهش خطر شکنندگی استفاده کرد. با این حال، ملاحظات ویژه ای باید در نظر گرفته شود تا اطمینان حاصل شود که مواد می توانند در برابر بارهای اعمال شده در طول عملیات مقاومت کنند. اگر فولادها و آلیاژهای با استحکام بالا بهترین انتخاب مواد باشند، میتوان عملیات حرارتی خاصی را برای کاهش سختی و تنشهای پسماند انجام داد که ممکن است منجر به مشکلات شکنندگی شود.
پخت هیدروژن (هیدروژن زدایی)
پخت هیدروژن یک روش معمول صنعتی است که برای بیرون راندن هیدروژن از فولاد استفاده می شود. این امر به ویژه برای جوشکاری مهم است زیرا هیدروژن به دام افتاده می تواند باعث شکستگی شکننده شود. این فرآیند شامل حرارت دادن فولاد تا حدود 600 ‰ (316 ‰) و خیساندن برای مدت معینی (بسته به اندازه جزء و ضخامت ماده) است. خیساندن فولادها در دمای پخت بالاتر تضمین می کند که مقدار کافی هیدروژن قبل از انجام تعمیرات حذف شده است. محدودیت این تکنیک تعیین مدت زمانی است که فولاد برای خیساندن نیاز دارد. یک قانون کلی یک ساعت در هر اینچ ضخامت مواد است.
عملیات حرارتی پس از جوش (PWHT)
PWHT معمولاً مدت کوتاهی پس از جوشکاری برای کاهش تنشهای پسماند و کنترل نوسان دما بین جوشکاری و شرایط عملیاتی انجام میشود.
بازرسی و نظارت
بازرسی – مفیدترین و مقرون به صرفه ترین روش های بازرسی مورد استفاده برای شناسایی ترک خوردگی تردی هیدروژنی، تست ذرات مغناطیسی (MPT) و تست اولتراسونیک (UT) است . MPT به ویژه برای شناسایی ترک های سطحی مفید است. تکنیکهای UT همچنین میتوانند شکاف را روی سطح یا زیر سطح قطعه بهطور دقیق شناسایی کنند.
نظارت – مانیتورهای شار هیدروژن مشکل پخت هیدروژن عدم قطعیت در مورد مدت زمانی که یک فولاد برای خیساندن نیاز دارد را حل می کند. این مانیتورها در حین پخت هیدروژن برای تعیین زمانی که نرخ شار هیدروژن از طریق فولاد به زیر یا بالاتر از یک آستانه خاص میرسد، استفاده میشوند. بالاتر از این آستانه، پخت هیدروژن آغاز می شود و تا زمانی ادامه می یابد که نرخ شار هیدروژن به زیر آستانه کاهش یابد. این مانیتورها تعیین می کنند که چه زمانی می توان زمان پخت را کوتاه یا طولانی کرد.