Asetik Ortamda Kırılma Mekaniği: SENT ve SENB Numunesinde Karakterizasyon Testleri

 

Şu anda, asetik hizmet ortamlarında (sour environment) boru hatlarının kırılma tokluğunun (fracture toughness) nasıl oluşturulacağına dair net bir kılavuz yoktur.

Boru hatlarında, özellikle asetik ortamda kırılma tokluğunu test etmek için artan bir gereksinim vardır. Asidik akışkanların varlığı ve boru hatlarındaki gaz durumlarının bozulmasının etkileri küçük iğne deliği sızıntılarından yıkıcı arızalara kadar değişebilir.

 

Karbon çeliği için, H2S konsantrasyonundaki bir artış, esas olarak hidrojen gevrekleşme etkisine bağlı olarak bir kırılma tokluğunun azalmasına neden olur. Bu durum sonucunda maksimum tolere edilebilir kusur boyutu, H2S etkisi dikkate alındığında daha küçüktür. SENT testlerinin asitli hizmette yürütülmesinin, ürün analizi için gerçek malzeme davranışına daha yakın veri vermesi ve korozif ortamın daha katı koşullarında kullanılan örnek geometrisine özgü daha az koruyucu parametreleri dengelemesi beklenmektedir.

Hem SENT hem de SENB numuneleri için asetik ortamdaki J-R Eğrileri ile havadaki J-R eğrileri arasında bir karşılaştırma yapmak için bazı karakterizasyon testleri tasarlanmış ve test edilmiştir. Bu yazıda, SENT testlerinin sonuçları tartışılmaktadır.

 

Test Kurulumu Nasıl Yapılmalı?

Testi yürütmeden önce malzeme seçimi, montaj prosedürü ve numune hazırlama, herhangi bir kontaminasyon olmadığını ve tüm test aşamalarında H2S kabarcıklarının sürekli varlığını garanti etmelidir (ön yüklemeden kırılma mekaniği testinin sonuna kadar). Asimetrik kaplar, bir standarda veya müşterinin spesifikasyonuna göre doğru çözelti konsantrasyonunu garanti etmek için tasarlanmıştır. Test H2S kabarcıklanma ile yapıldığından, operatörlerin ve ölçüm aparatlarının doğru sağlık ve güvenlik koşullarının sağlanmasına ve korunmasına özel önem verilir.

Kırılma mekaniği testinden önce numuneler, 250 kN'ye kadar sabit yük uygulayabilen özel yükleme çerçeveleri kullanılarak seçilmiş yüklerde H2S önceden doldurulur. Çatlak stabilitesi için ön şarj süresi boyunca yük stabilitesi izlenir. Çatlak ilerlemesi olduğunda testler durdurulur ve numuneler analiz edilir. Veri günlükleri, gelecekteki araştırmalar ve kontroller için kaydedilir. Çatlak izleme, tüm ön şarj çerçeveleri arasında elektronik olarak sıralı ve döngüsel olarak anahtarlanan bir Doğru Akım Potansiyel Düşüşü (DCPD) sistemi kullanılarak gerçekleştirilir. DCPD elektronik amplifikatörler, filtreler, görev döngüsü ve örnekleme frekansı, tüm ölçüm süresi boyunca yüksek doğrulukta olacak şekilde tasarlanmıştır. DCPD sistemini kontrol etmek için geliştirilen yazılım, test sırasında çatlak büyümesinin gerçek zamanlı tahminine izin verir. Ön şarj süresi tipik olarak 1 haftadır.

Numuneler, ön yükleme çerçevesinden çıkarılır ve H2S'nin sürekli varlığını ve test düzeneğinin güvenli bir şekilde kullanılmasını garanti etmek için tasarlanmış bir araç kullanılarak kırılma mekaniği test çerçevesine taşınır.

Kırılma mekaniği testi daha sonra DCPD sistemi kullanılarak SENT numuneleri için minimum 3,16 10 -3 M√m/s ile çok düşük hızlarda gerçekleştirilir. SENB örnekleri için minimum hız 5 10-3M √m/s'dir. Çözeltinin sıcaklığı 240°C ± 20°C aralığında olmalıdır.

Genel test süresi tipik olarak 8 ila 12 saat arasındadır.

 

Test Sonuçları

Asitik ortamın ve farklı test hızlarının birleşik etkisi açıktır: hız ne kadar yüksekse, veriler "havada" eğrilere o kadar yakın olur.

Ön yükleme ve asetik koşullarda test ile ilişkili etkiler şunlardır:

- "havada" eğrilere göre verinin en az iki katı artan dağılım,

- "asetik koşullarda" tüm örnekler için J, yayılma eğrisinin ilk kısmında neredeyse 0'dır (Δa, 0 ila ≈ 0,1 mm).

 

Büyük numunelerin SENT testine alınması durumunda, artık gerilmelerin etkisi, bir hafta boyunca nispeten yüksek yüklerde ön yüklemeye tabi tutulan numuneler için geçerli hale gelir. Erken ön yeterlilik aşamasında, yalnızca birkaç gün @ 150MPa ön yüklemeden sonra kendiliğinden çatlak yayılması gözlemlenebilir. Sonraki artık gerilim ölçümleri, numunelerin hazırlanması için makineyle işlemeyi vurgular ve %0,4'te ön gerilme, yalnızca değerlerini azaltır.

 

Sonuç Olarak

H2S solüsyonunda bir ön şarj süresinden sonra asetik (sour) koşullarda kırılma mekaniği testinin uygulamadaki gerçek malzeme davranışına daha yakın sonuçlar verdiği kanıtlanmıştır.

Deneysel veriler, hem ön yükleme hem de kırılma mekaniği için asidik koşulların önemli bir etkisini göstermektedir. H2S varlığında J-eğrisinin belirlenmesi üzerinde farklı test hızlarının önemli bir etkisi olduğu gösterilmiştir.

 

SENT, SENB, Kırılma Tokluğu (Fracture Toughness), Kırılma Mekaniği (Fracture Mechanics) Testleri hakkında daha fazla bilgi almak ya da kafanıza takılan herhangi bir soru işareti için Malzeme Test ile iletişime geçin.

 

SENT-SENB Kırılma Mekaniği Testleri (PDF)