يجب أن تقاوم أنابيب الخطوط (Line Pipe) المصنوعة من الفولاذ الكربوني لخدمة الغاز الحامضي الرطب أو الخام الحامضي نمطين من الانهيار المرتبط بالهيدروجين: التشقق الناتج عن الهيدروجين (HIC) والتشقق الإجهادي الكبريتيدي (SSC). ولا يمكن التحقق من أيّ منهما بالتحليل الكيميائي أو اختبارات الشد وحدها، لذا تُؤهَّل أنابيب الخدمة الحامضية باختبارات تعريض مخبرية في محاليل مشبّعة بغاز H2S. يشرح هذا المقال ما تقيسه اختبارات HIC وSSC فعلًا، ومعايير القبول في الملحق H من API 5L، وما يجب على المشتري كتابته في أمر الشراء.
HIC وSSC: آليتان مختلفتان
يحدث HIC دون أي إجهاد مطبّق. فالهيدروجين الذري الناتج عن التآكل في وجود H2S ينتشر داخل الفولاذ ويتجمع عند شوائب كبريتيد المنغنيز المستطيلة وأشرطة الانعزال في المنتصف (Centreline Segregation)، ثم يتحد ليكوّن هيدروجينًا جزيئيًا يولّد ضغطًا كافيًا لفتح شقوق داخلية موازية للسطح. وقد تترابط الشقوق عبر الجدار بنمط متدرّج (Stepwise). والتنفّط (Blistering) هو الشكل القريب من السطح للآلية نفسها. ويُعدّ HIC مشكلة أساسية في الألواح واللفائف المستخدمة في الأنابيب الملحومة طوليًا (SAW وHFW).
أما SSC فيحتاج إلى إجهاد شد، مطبّق أو متبقٍّ. وهو شكل من أشكال التقصّف الهيدروجيني يشقّق البنى المجهرية الصلبة، وعادةً مناطق اللحام والبقع الصلبة الموضعية والفولاذ عالي المقاومة. والتحكم في الصلادة هو خط الدفاع الرئيسي، ولهذا يحدّ كل من ISO 15156-2 والملحق H من API 5L الصلادة عند 250 HV10.
اختبار HIC وفق NACE TM0284
يُعدّ NACE TM0284 (الذي تصدره الآن AMPP) المعيار القياسي لاختبار HIC. وباختصار:
- تُقطع ثلاث عيّنات، عادةً بطول 100 mm وعرض 20 mm، من كل أنبوب أو لوح اختبار في المواضع عبر السماكة التي يحددها المعيار، مع عيّنات من خط اللحام عند الاقتضاء.
- تُعرَّض العيّنات دون إجهاد لمدة 96 ساعة في محلول مشبّع بغاز H2S عند درجة الحرارة المحيطة.
- تُقطع كل عيّنة عند ثلاثة مقاطع وتُصقل وتُفحص بحثًا عن الشقوق. وتُقاس أطوال الشقوق وسماكاتها لحساب ثلاث نسب.
هذه النسب هي CLR (نسبة طول الشق، مجموع أطوال الشقوق إلى عرض المقطع) وCTR (نسبة سماكة الشق، مجموع سماكات الشقوق إلى سماكة الجدار) وCSR (نسبة حساسية التشقق، مجموع حاصل طول الشق × سماكته إلى مساحة المقطع). وتُسجَّل التنفّطات بشكل منفصل.
محلولا الاختبار A وB
المحلول A هو 5% NaCl و0.5% حمض الأسيتيك في ماء مقطّر، مشبّع بغاز H2S، وقيمة pH الابتدائية نحو 2.7. وهو الظرف الأشد قسوة والخيار الافتراضي في الملحق H من API 5L. أما المحلول B فهو ماء بحر صناعي وفق ASTM D1141 مشبّع بغاز H2S، وقيمة pH نحو 4.8–5.4. وهو أخف قسوة ويُقبل أحيانًا للخدمة الأقل شدة بالاتفاق. ولا يمكن مقارنة نتائج أحد المحلولين مباشرة بالآخر، لذا يجب ذكر المحلول في أمر الشراء.
معايير القبول في الملحق H من API 5L
يغطي الملحق H من API 5L أنابيب PSL 2 للخدمة الحامضية، والتي تُميَّز باللاحقة "S" في الدرجة (مثل L360QS / X52QS أو L450MS / X65MS). وتُذكر معايير قبول HIC فيه، المطبّقة على متوسط المقاطع الثلاثة لكل عيّنة، عادةً كما يلي:
| المعامل | حد الملحق H من API 5L | حد أشد نموذجي في المشاريع |
|---|---|---|
| CSR (نسبة حساسية التشقق) | ≤ 2% | ≤ 1% أو 1.5% |
| CLR (نسبة طول الشق) | ≤ 15% | ≤ 10% |
| CTR (نسبة سماكة الشق) | ≤ 5% | ≤ 3% |
| محلول الاختبار | المحلول A وفق NACE TM0284 ما لم يُتفق على غيره | المحلول A |
| الصلادة | 250 HV10 حدًا أقصى | 250 HV10، وأحيانًا 248 HV10 أو أقل في جذر اللحام |
القيم الأشد في العمود الأيسر أمثلة تظهر في مواصفات المشغّلين وليست أرقامًا عامة. وتحقّق من إصدار API 5L المشار إليه في عقدك، إذ يتغير ترقيم البنود وتفاصيلها بين الإصدارات.
اختبار SSC وفق NACE TM0177 واختبار الانحناء رباعي النقاط
يحدد NACE TM0177 أربع طرق لاختبار SSC:
- الطريقة A: عيّنة شد أحادية المحور تحت حمل ثابت، عادةً لمدة 720 ساعة، ويكون الحكم بالنجاح أو الرسوب بحسب حدوث الانهيار.
- الطريقة B: عيّنة عارضة منحنية (Bent-Beam)، تُستخدم أساسًا لترتيب المواد.
- الطريقة C: عيّنة حلقة C (C-Ring)، مفيدة للمنتجات الأنبوبية والإجهاد العرضي.
- الطريقة D: عارضة ناتئة مزدوجة (DCB)، تقيس شدة الإجهاد الحدّية KISSC، وتُستخدم بكثرة لأنابيب OCTG.
أما لأنابيب الخطوط فالاختبار المعتاد هو طريقة الانحناء رباعي النقاط (Four-Point Bend) وفق ISO 7539-2 أو ASTM G39، والتي أصبحت موحّدة أيضًا للاختبار الحامضي ضمن NACE TM0316. وتُحمَّل العيّنات المأخوذة من المعدن الأساسي وعبر اللحام إلى نسبة محددة من مقاومة الخضوع، عادةً 72% من SMYS في الملحق H من API 5L، وتُعرَّض لمدة 720 ساعة في المحلول A من TM0177 المشبّع بغاز H2S. ويكون القبول بعدم وجود شقوق ظاهرة على السطح عند الفحص بتكبير 10×. وتحدد بعض المشاريع مستويات إجهاد أعلى منسوبة إلى مقاومة الخضوع الفعلية، أو اختبارات ملاءمة للغرض (Fit-for-Purpose) عند الضغط الجزئي الفعلي لغاز H2S وقيمة pH الفعلية وفق الملحق B من ISO 15156-2 أو منشور EFC رقم 16.
تأهيل المصنع وتكرار الاختبارات
في الأنابيب الملحومة تتحدد مقاومة HIC في معظمها في مصنع الصلب: صناعة صلب نظيفة بكبريت منخفض جدًا (يحدّ الجدول H.1 في الملحق H الكبريت بنحو 0.002–0.003%)، ومعالجة بالكالسيوم للتحكم في شكل الشوائب، وفوسفور منخفض، والتحكم في انعزال المنتصف أثناء الصب المستمر. ثم يحتاج مصنع الأنابيب إلى إجراء مؤهل يغطي التشكيل واللحام.
يشترط الملحق H من API 5L إجراء اختبار HIC على الصبّات الأولى من الطلبية ثم بتكرار أقل لكل مجموعة من الصبّات، بينما يكون اختبار SSC عادةً جزءًا من تأهيل إجراء التصنيع (الملحق B). ويشدّد كثير من المشغّلين ذلك إلى اختبار HIC واحد لكل صبّة، إضافة إلى اختبار HIC للوح أو اللفيفة قبل تصنيع الأنبوب. وأيًا كان التكرار الذي تختاره، يجب كتابته في أمر الشراء.
قائمة تدقيق أمر الشراء لأنابيب الخطوط الحامضية
- مواصفة المنتج وPSL 2 والدرجة مع اللاحقة S وحالة التوريد، مثل API 5L X65MS SAWL.
- المطابقة للملحق H وتأهيل إجراء التصنيع وفق الملحق B.
- اختبار HIC وفق NACE TM0284 بالمحلول A، مع ذكر حدود CLR/CTR/CSR وتكرار الاختبار.
- طريقة اختبار SSC (الانحناء رباعي النقاط) ومستوى الإجهاد والمحلول ومواضع العيّنات.
- حدود التركيب الكيميائي بما فيها S وP وCE ونسبة Ca/S، وحدود الصلادة لجسم الأنبوب واللحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ).
- الفحص بالموجات فوق الصوتية للوح أو اللفيفة بحثًا عن التصفّح (Laminations) ولخط اللحام.
- الفحص من طرف ثالث مستقل والشهادة وفق EN 10204 3.2 عند الاقتضاء.
طبّق المنطق نفسه على تجهيزات اللحام التناكبي والشفاه (Flanges) في الخط نفسه. فالتجهيزة المصنوعة من لوح لم يُختبر لمقاومة HIC تُضعف خط أنابيب مؤهلًا بالكامل. وللاطلاع على الإطار العام، راجع دليلنا حول NACE MR0175 / ISO 15156.
إرسال طلب عرض سعر لأنابيب الخطوط للخدمة الحامضية
أرسل إلينا الدرجة والمقاس وسماكة الجدار والطول والكمية ومسار التصنيع ومواصفة مشروعك، مع متطلبات HIC وSSC المذكورة أعلاه ومستوى الشهادة. وإن كانت لديك معايير اختبار من المرخِّص أو المشغّل فأرفقها. يمكنك تقديم طلب عرض السعر عبر صفحة التواصل وسنرد بعروض توضّح المطابقة بندًا بندًا.
الأسئلة الشائعة
هل تحتاج الأنابيب غير الملحومة (Seamless) إلى اختبار HIC؟
يمثّل HIC خطرًا أساسيًا في الألواح واللفائف المستخدمة للأنابيب الملحومة، لكن الملحق H من API 5L يطبّق متطلبات اختبار HIC على أنابيب الخدمة الحامضية عمومًا، وتشترط مواصفات مشاريع كثيرة اختبار HIC للأنابيب غير الملحومة أيضًا. تأكّد مما تتطلبه مواصفتك.
ما الفرق بين المحلول A والمحلول B في NACE TM0284؟
المحلول A هو 5% NaCl مع 0.5% حمض الأسيتيك مشبّع بغاز H2S عند pH نحو 2.7، وهو الظرف الأشد. أما المحلول B فهو ماء بحر صناعي مشبّع بغاز H2S عند pH نحو 4.8–5.4، وهو أخف. والنتائج غير قابلة للتبادل.
كم تستغرق اختبارات HIC وSSC؟
مدة التعريض في اختبار HIC هي 96 ساعة، وتستمر اختبارات الانحناء رباعي النقاط لـSSC مدة 720 ساعة، إضافة إلى تحضير العيّنات وتقطيعها وإعداد التقارير. أدرج هذه الأسابيع في جدول التوريد، لا سيما عند الحاجة إلى اختبار كل صبّة.
هل يمكن للمصنع استخدام نتائج اختبارات HIC سابقة؟
قد تدعم النتائج السابقة قدرة المصنع، لكنها لا تغني عن اختبار الصبّات الموردة ضمن طلبيتك ما لم تنص مواصفتك على ذلك. اطلب تقارير اختبار قابلة للتتبع إلى الصبّات وأرقام الأنابيب الفعلية.