API TR 934-F PART 4-2018 Los efectos del hidrógeno para establecer una temperatura mínima de presurización (MPT) para recipientes de reactores de acero de paredes pesadas (PRIMERA EDICIÓN)
Resumen ejecutivo El hidrógeno@ disuelto en la pared gruesa de un recipiente a presión de acero durante la operación en estado estacionario en H2@ a temperatura elevada y alta presión puede causar tanto un avance de grieta subcrítico lento@ como una fractura catastrófica inestable durante el apagado y el arranque. Este comportamiento se define en la Sección 2. De ello se deduce que las evaluaciones modernas de la mecánica de fracturas de la temperatura mínima de presurización (MPT) y la aptitud para el servicio (FFS) deben incluir el efecto nocivo del H sobre el craqueo interno asistido por hidrógeno (IHAC) tanto subcrítico como inestable. . Se encuentran en etapa de borrador dos enfoques para desarrollar procedimientos estándar que aborden esta necesidad: una práctica recomendada API 934-F y una base del Boletín 562 de la WRC para ASME/API 579. El objetivo de este informe técnico es establecer la base técnica necesaria para permitir y validar estas mejores prácticas para cuantificar los efectos del hidrógeno en (a) el MPT@ y (b) FFS de un reactor de hidroprocesamiento de pared gruesa. El enfoque consta de dos partes. La parte 1 enfatiza la evaluación crítica y la recopilación de dos propiedades primarias del craqueo H: la intensidad de tensión umbral para el inicio del craqueo H subcrítico bajo una intensidad de tensión de aumento lento (KIH)@ y la intensidad de tensión crítica para el inicio de una escisión catastrófica inestable. crecimiento de grietas promovido por H (KIC-H). La Parte 2 se centra en los métodos para utilizar estos datos para predecir cuantitativamente un MPT que impida el craqueo de H durante el apagado y el arranque. La suma de estas dos partes: datos IHAC completos y validados y análisis de ingeniería con base científica. establece una base técnica única que puede incorporarse consistentemente en las prácticas recomendadas por API 934-F y API/ASME 579 para controlar el agrietamiento por H. La Sección 3 documenta datos extensos de KIH y KIC-H que caracterizan de manera conservadora IHAC en metal de soldadura y placa base de 2?Cr-1Mo. Los efectos de las variables críticas están documentados; incluyendo el grado de fragilidad del temperamento en términos de FATT después de la exposición térmica (FATTThermal) @ concentración total de H @ y temperatura de estrés. Los datos KIH se agregan para tres clases de pureza del acero: Base de datos A (baja pureza/alto FATT) con FATTThermal > 50 ?? Base de datos B (pureza intermedia/FATT intermedia) con ?30 ??< FATTTérmico < 50 ?? y Base de datos C (alta pureza/bajo contenido de grasa) con FATTThermal < ?30?? Estas tres categorías de composición de acero se definieron para reconocer la interacción crítica de la fragilidad por temple con el craqueo por hidrógeno @ y para optimizar la combinación de múltiples conjuntos de datos IHAC existentes de diferentes laboratorios. [Como alternativa, el usuario puede combinar las bases de datos B y C para cuantificar IHAC en aceros 2?Cr-1Mo fabricados antes y después del control de química de impurezas (Base de datos A).] El craqueo subcrítico de H (Sección 3.2) se elimina por debajo de un H disuelto crítico. concentración y por encima de una temperatura crítica @ que se relacionan mediante la teoría de captura de H con un solo parámetro crítico. El efecto beneficioso del aumento de la temperatura se confirma mediante experimentos de mecánica de fracturas con varias geometrías de probetas y proporciona la base para la definición de MPT para eliminar el agrietamiento por H subcrítico. Los experimentos de mecánica de fractura (Sección 3.3) establecen claramente que el H disuelto puede reducir la tenacidad a la fractura inestable del metal de soldadura 2?Cr-1Mo y la placa base@ de KIC a KIC-H@, consistente con el efecto nocivo del H sobre la energía de impacto Charpy y la FATT Charpy. . Sin embargo, estudios anteriores no han eliminado correctamente aquellos datos que se interpretaron incorrectamente para producir un KIC-H falso (por ejemplo, debido a la aparición de eventos emergentes inocuos). Los experimentos validados de KIC-H que cubren un rango de valores de FATT libre de H establecen que la aparición de un verdadero crecimiento de grietas inestables se correlaciona con (T-FATTThermal) @ esencialmente independiente de la concentración de H disuelto y que muestra una distribución de comportamiento para una temperatura determinada. Se elimina el agrietamiento inestable provocado por H; es decir, @ KIC-H se acerca al KIC libre de H por encima de una temperatura crítica igual a (Charpy FATTThermal + 66 ?? para la placa base y por encima del Charpy impacto FATTThermal para el metal de soldadura. (H nunca se observó agrietamiento inestable promovido a temperaturas absolutas superiores a 86 (para placa base y superior a 25 para metal de soldadura para los niveles de fragilidad por temple representados por los datos existentes). Los datos específicos de KIC y KIC-H versus temperatura de este análisis se modelan en la Sección 4 para proporcionar una base para la determinación cuantitativa de MPT. Se requieren datos adicionales para aceros fragilizados con alto temple térmico en grasas particularmente sometidos a tensiones superiores a 50 °C para refinar la temperatura correlacionada para la eliminación del agrietamiento por H inestable. Los factores que controlan la dependencia de la temperatura de KIC-H son no se entiende bien @ lo que sugiere la necesidad de mejorar la comprensión del mecanismo del agrietamiento inestable promovido por H. La Sección 3.4 presenta los resultados de un estudio reciente patrocinado por API que estableció los siguientes datos de propiedades del material relevantes para la evaluación de MPT y FFS para Cr-Mo modificado con V acero. El primer craqueo H inestable es poco probable a temperaturas ambiente (y superiores) dada la alta pureza y el bajo FATTThermal@ que son típicos del Cr-Mo-V@ moderno, así como el cambio nulo a pequeño en Charpy FATT debido a relativamente Alta concentración de H disuelto. El segundo acero modificado con V exhibe IHAC de estabilidad muy lenta para la concentración de H típica de la alta solubilidad de H de este acero moderno, pero solo a KIH relativamente alto y por debajo de una temperatura crítica relativamente baja. Los aceros Cr-Mo y Cr-Mo-V son similar y significativamente susceptibles al agrietamiento por H cuando se someten a tensión en H2 de moderada a alta presión a temperatura cercana a la ambiente (Sección 3.5). Sin embargo, ninguno de los aceros presenta una interacción perjudicial entre IHAC y HEAC. Se han informado datos IHAC limitados para aceros 1Cr-0.5 Mo@ 1.25C-0.5Mo@ y C-0.5Mo@ pero los resultados son insuficientes para respaldar una evaluación MPT o FFS. La Sección 4 desarrolla la base técnica para las evaluaciones de MPT y FFS utilizando los datos de la mecánica de fractura presentados en la Sección 3. Los efectos de la concentración de H @ temperatura @ y la geometría del cuerpo fisurado en KIH se modelan efectivamente basándose en el concepto fundamental de similitud de concentración de H en la punta de la grieta: Un daño igual de H (igual KIH) se crea mediante una concentración igual de H localizada en la punta de la grieta. Para dicho crecimiento subcrítico de grietas, un modelo basado en atrapamiento H desarrollado por Al-Rumaih y Gangloff (AG) así como el modelo de ingeniería de Anderson y Brown (AB) utilizan cada uno este concepto para desarrollar curvas maestras que correlacionan efectivamente el gran cantidad de datos KIH para cada una de las tres bases de datos de acero 2?Cr-1Mo (Sección 4.1). El modelo teórico AG justifica plenamente el modelo de ingeniería AB@, que proporciona el enfoque de ingeniería optimizado para las evaluaciones MPT y FFS destinadas a minimizar el IHAC subcrítico. No se dispone de un modelo científico para describir el craqueo inestable provocado por H. Más bien, los procedimientos FFS para evitar la fractura rápida inestable durante el apagado y el arranque implican una combinación de la evaluación de fallas tipo grieta API 579 Nivel 2 @ combinada con el enfoque de la curva maestra de Wallin para la tenacidad a la fractura en la región de transición (Sección 4.2). En el último caso, la curva maestra KIC-H versus (T-To) se describe de manera conservadora con un nivel de confianza del 95 % al 99 % utilizando un aumento de temperatura de 50 ??(90 ?? en la temperatura del índice libre de H (ToH) @ resultando en ToH = FATTThermal. Este cambio de temperatura se basa en un examen de la distribución de datos validados de tenacidad a la fractura recopilados y seleccionados en la Sección 3.3@ y es igualmente relevante tanto para la placa base como para el metal de soldadura. Estos datos son insuficientes para respaldar una evaluación sistemática. efecto de la concentración de H disuelto en el nivel de este cambio de temperatura. El cambio basado en H en Charpy FATT no se utiliza para desarrollar este efecto de H en KIC-H versus temperatura. Para la evaluación rápida de fractura de Nivel 1 @ una presión-temperatura predeterminada La curva maestra se desarrolló para simplificar el procedimiento. Si esta descripción de la curva maestra de KIC-H produce un MPT alto y antieconómico para un reactor fabricado usando un acero térmico alto en grasas más antiguo, se pueden realizar experimentos adicionales para medir KIC-H versus temperatura para esta clase de Cr. -Acero Mo para justificar un MPT más bajo. La Sección 5 establece la arquitectura propuesta para la determinación de MPT, que se define tanto por criterios de IHAC estable como de fractura rápida inestable. Hay tres niveles de evaluación para cada criterio. El nivel 1 constituye el método más simple y conservador, mientras que el nivel 3 es el procedimiento más complejo y contiene el menor conservadurismo. El usuario de FFS puede mezclar niveles de evaluación según la situación. Por ejemplo, si el MPT está limitado por el criterio IHAC estable, el usuario puede combinar la evaluación rápida de fractura de Nivel 1 con una evaluación IHAC estable de Nivel 2 o 3.
API TR 934-F PART 4-2018 Historia
2018API TR 934-F PART 4-2018 Los efectos del hidrógeno para establecer una temperatura mínima de presurización (MPT) para recipientes de reactores de acero de paredes pesadas (PRIMERA EDICIÓN)