안녕하세요? 간만에 인사드립니다.
현장에서 SSC Test 를 하는데, 여러번 Fail (Flange 쪽에서) 이 납니다. 사업주 Requirement 에 따라서 (1) C/S 배관 과 (2) C/S Flange 를
GTAW/SMAW 방식으로 용접을 하고, SSC Test (720 시간) 을 수행합니다.
제가 Study 한 바로는 SSC Test 에 Fail 되는 요인은 (1) 높은 Strength 와 (2) 높은 Hardness 이고, 용접시 수소(Hydrogen)를 최대한 배출시키는 것이 관건이어서, (1) 예열을 LPG Torch 보다는 Ceramic Pad 를 감아서 제대로 수행하고, (2) Interpass Temperature 를 최대한 높게 가져가고, (3) 용접입열(Heat Input) 은 낮게 하고, (4) 꼭 필요한 경우는 PWHT 를 수행하려고 합니다.
제가 Study 한 사항 말고, 추가로 PQR 시 해야할 사항이 있는지요? 아니면 제가 Study 한 사항에 문제가 있다면 알려 주세요
즐거운 주말 되시길 바랍니다.
감사합니다.
이규확
현재 이미 이해하고 계신 내용이 정확합니다만, 원소재에 대한 부분은 추가로 고려해야 합니다.
불순물의 양 뿐만 아니라 분포에 대해서도 고민해야 하고, 그리고 시편 가공 준비와 실제 실험 과정에 대해서도 고민이 필요하죠.
산소를 적절하게 배제해야 하는데, 단순하게 업체의 말만 믿기 보다는 실제로 어떻게 관리하는 지 확인하는 게 좋습니다. 인장의 경우에는 Strain Rate도 미리 확인해 보세요. YS의 70%로 가더라도 Strain Rate가 너무 빠르거나 느리면 결과에 영향을 미칩니다.
Process Data가 충분히 제시되지 않아 추측을 한 번 해 보게 됩니다.
우선 잦은 Fail 이 용접 자체에 기인한 것인지 부식 분위기에 의해 가속된 것인지가 다시 한번 다 확인이 되어야 할 것으로 봅니다. 만약 사업주가 Flange Connection대신에 Direct Welding Type을 요구하였다면 High Temperature Hydrogen Service 일 가능성이 더 높기 때문입니다.
잘 아시다시피 SSC (and HSC) 는 300 deg.C 이하에서 High Temperature Hydrogen Attack (HTHA)은 400 deg. F 이상에서 발생하기 때문에 그 Mechanism에 따른 요구사항이 다소 달라질 수 있습니다.
공통적으로 요구되는 사항은 PWHT (NACE SP0472 with hardness control in wet sour service) 와 Killed CS 이지만 SSC는 Electrochemical Reaction (H2S에서 해리된 수소원자의 Diffusion) 에 기반하기에 아주 낮은 Hydrogen partial pressure에서도 일어날 수 있는 반면, HTHA는 Hydrogen gas의 Diffusion에 기반하기에 penetration속도가 빠르고 상대적으로 높은 Hydrogen Partial Pressure에서 발생하게 됩니다. 이 높은 Partial Pressure 는 수소 침투의 Driving Force로 작용하기 때문에 침투 속도가 더 빠르고 특히 물리적인 틈새가 (gasket contact surface 포함) 있으면 Leak가 쉽게 발생하게 되며 아울러 모두 고온 고압에서 발생하기에 파괴시 그 위험성이 아주 큽니다. 따라서 Licensor나 FEED 사의 요구에 의해 Flange Connection을 피하는 경우도 종종 있습니다. 그러나 HTHA 분위기에서는 PQR에서 추가로 요구되는 상항은 거의 없으나 상기 공통 사항으로 해결이 못되면 재료 선정 (Cr-Mo or SS) 로 Upgrading하는 것이 일반적인 해결책입니다.
반면에 SSC는 Upstream이 아니면 거의 대부분 중저압에서 발생하며 (Downstream & Midstream의 경우) 단독 보다는 HIC (모재 조성과 Cleanness에 민감)가 함께 공존하게 됩니다. 이들 Wet Sour Service에서는 Hardness가 높은 곳이나 Notch (주로 용접부) 또는 Contamination이 제거되지 않은 Surface에서Crack Initiation이 되기 쉽습니다. 따라서 모재의 조성과 Cleanness (내부의 Flattened Inclusion/Segregation 배제 포함) 를 유지하는 과정이 동시에 필요하며 이 근거가 PQR에도 반영되어야 합니다. 용접부에서는 Cooling Rate를 낮추면 HAZ의 Hardness를 낮출 수 있습니다. HIC 는 용접부 보다는 모재에서 더 자주 발생하지만 (특히 Plate소재에서) Crack의 발생이 계속된다면 SOHIC 발생과도 연계가 될 수 있기에 이의 발생을 최소화하기 위해 HIC resistant filler (S, P 를 최대한 낮춘 filler-e.g., Kobelco LB-52(U) or eq.) 의 사용을 추천드립니다.
또한 사업주가 요구할 경우 PQR은 지금과 같이 SSC test (and HIC test) 도 실시하게 됩니다.
그러나 Wet Sour Service에서 Flange Connection대신에 Welded Joint를 요구하는 경우는 아직 보고 되지 않고 있는데 이는 용접부의 Risk가 더 크기 때문일 것입니다.
안녕하십니까?
일단 제가 Study 한 부분에 맞다는 확인을 해 주셔서 감사합니다.
프로세스 적용할 상황은 아직이며 현재 PQR 을 위해 용접하고, SSC test 하다가 문제가 발생하여 문의드렸던 사항입니다.
늘 강건하십시요
감사합니다.
이규확
재 생각에는 대부분의 사항이 포함된 듯 합니다만,
(4) 꼭 필요한 경우는 PWHT를 수행하려고 합니다.
--> 무조건 PWHT로 가야 하겠습니다.
그리고, C.S 재질의 경도는 200BHN으로 제한을 합니다.