Hydrogen Induced Cracking

التشقق الناجم عن الهيدروجين (HIC) - تهديد صامت لبنية النفط والغاز

يُعد التشقق الناجم عن الهيدروجين (HIC) ظاهرة تشكل خطراً كبيراً على سلامة بنية النفط والغاز. ينشأ هذا النوع من التشقق بسبب وجود الهيدروجين في الفولاذ، مما يُؤدي إلى هشاشة المادة ويضعف قدرتها على تحمل الضغوط. على الرغم من أنه يرتبط عادةً بخدمة الهيدروجين عالية الضغط، يمكن أن يحدث HIC أيضًا في البيئات التي يكون فيها الهيدروجين موجودًا بكميات ضئيلة.

فهم الآلية

تبدأ عملية HIC بانتشار ذرات الهيدروجين في الفولاذ. يمكن أن يحدث هذا الانتشار خلال مراحل مختلفة، بما في ذلك:

1. صناعة الفولاذ: يمكن أن يُحبس الهيدروجين المتبقي من عملية صناعة الفولاذ داخل المادة.
2. اللحام: غالبًا ما تُدخِل عملية اللحام الهيدروجين في منطقة اللحام.
3. ظروف الخدمة: يمكن أن يؤدي التعرض للبيئات الحمضية، مثل تلك الموجودة في آبار النفط والغاز، إلى توليد الهيدروجين من خلال تفاعلات التآكل.

بمجرد دخول الهيدروجين إلى الفولاذ، تتحد ذرات الهيدروجين لتشكيل جزيئات الهيدروجين. هذه الجزيئات صغيرة بما يكفي لاختراق بنية الفولاذ البلورية، مما يخلق ضغطًا داخليًا يمكن أن يؤدي إلى تكوين:

فقاعات الهيدروجين: هي تجاويف صغيرة على شكل قبة مليئة بغاز الهيدروجين. بينما قد لا تشكل تهديدًا مباشرًا، فهي علامة مميزة على HIC.

تشققات داخلية تدريجية: مع تراكم ضغط الهيدروجين، فإنه يُنشئ تشققات داخلية تنتشر بشكل تدريجي. يمكن أن تنمو هذه الشقوق في الحجم وتتصل بفقاعات مجاورة، مما يؤدي في النهاية إلى فشل كارثي للمكون المتضرر.

العوامل المؤثرة على HIC:

يُؤثر العديد من العوامل على قابلية الفولاذ لـ HIC، بما في ذلك:

• درجة الفولاذ: الفولاذ عالي القوة أكثر عرضة لـ HIC من الفولاذ منخفض القوة.
• البنية المجهرية: وجود هياكل مجهرية معينة، مثل الفريت، يزيد من القابلية.
• مستويات الإجهاد: تُفاقم الإجهادات الشديدة HIC من خلال توفير قوة دافعة لانتشار التشقق.
• تركيز الهيدروجين: تؤدي تركيزات الهيدروجين الأعلى إلى زيادة شدة التشقق.
• درجة الحرارة: يزداد معدل انتشار الهيدروجين مع ارتفاع درجة الحرارة.

الوقاية والتخفيف

يتطلب منع HIC نهجًا متعدد الجوانب:

• اختيار المواد: يمكن أن يُقلل اختيار الفولاذ ذو القابلية المنخفضة، مثل الفولاذ منخفض الهيدروجين أو الفولاذ ذو البنية الدقيقة، من المخاطر.
• إجراءات اللحام: تُقلل استخدام تقنيات اللحام والمواد المناسبة، بما في ذلك الأقطاب الكهربائية منخفضة الهيدروجين، من دخول الهيدروجين أثناء اللحام.
• معالجات ما قبل التسخين وما بعد التسخين: يمكن أن تُقلل هذه المعالجات الحرارية من كمية الهيدروجين المذاب في الفولاذ.
• إزالة الإجهاد: تُقلل معالجات إزالة الإجهاد من الإجهادات المتبقية وبالتالي القوة الدافعة لانتشار التشقق.
• امتصاص الهيدروجين: يمكن أن يُؤدي إضافة كاشفات كيميائية إلى البيئة إلى امتصاص ذرات الهيدروجين قبل أن تنتشر في الفولاذ.

عواقب HIC:

يمكن أن يؤدي فشل المكونات بسبب HIC إلى:

• التسريبات والانسكابات: مما يؤدي إلى تلوث البيئة ومخاطر السلامة.
• توقف المعدات: مما يتطلب إصلاحات باهظة الثمن ويُسبب خسائر كبيرة في الإنتاج.
• إصابات الأفراد: في حالة حدوث التسريبات أو الانفجارات، يمكن أن تؤدي إلى إصابات خطيرة أو حتى وفيات.

الاستنتاج

يُعد HIC تهديدًا خطيرًا لبنية النفط والغاز. يُعد فهم آليات HIC وتطبيق استراتيجيات الوقاية والتخفيف المناسبة أمرًا بالغ الأهمية لضمان سلامة وموثوقية هذه الأصول الحيوية.

تُقدم هذه المقالة لمحة سريعة عن هذه المشكلة المعقدة. للحصول على معرفة أعمق وفهم شامل لـ HIC، استشر مهندسي المواد ذوي الخبرة والمتخصصين في صناعة النفط والغاز.