Réunion plénière CIPG GT9 nov 2011 SRC Comment améliorer la fiabilité et les couts ? CEFRACOR CIPG GT9.

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1 Réunion plénière CIPG GT9 nov 2011 SRC Comment améliorer la fiabilité et les couts ? CEFRACOR CIPG GT9

2 Réunion plénière CIPG GT9 nov 2011 SRC aspects industriels et objectifs du projet Faits : Nombreuses défaillance de tous type dinox ( 304 800H) rapportés dans la littérature et dans nos REX; Prévention : design, paramètres de soudure … et lorsque pas possible ou mal controlé ou pour le 800H : traitement thermique …. =>couts élevés, risques corrosion. 2

3 Réunion plénière CIPG GT9 nov 2011 GT9 Groupe the température - CIPG CEFRACOR Plusieurs sociétés sociétés concernées : TOTAL TECHNIP IFP AM INDUSTEEL UGITECH Haynes Intl EPA HEURTEY PETROCHEMICALS. Exemples chez Total : 800H : High pressure, high temperature line 304 H : Convection tubes - welds 321H : support hangers on radiations elbows 316H : High pressure steam Elbows Generalement liés à de hauts niveaux de contraintes issus de design ou de pratique de fabrication inadaptées CEFRACOR CIPG GT9 3

4 Réunion plénière CIPG GT9 nov 2011 Tentative de JIP +à partir du GT9 : 4 Contacts suffisants en Europe, USA Disponibilité difficile mais pas impossible ( quid Wintech ) Difficile sans le TNO qui souhaite rester le point central. Essais dapplication des méthodologies proposées infructueuses Discussion pour obtenir la rédaction dun standard de test à la fin dun éventuel JIP

5 Réunion plénière CIPG GT9 nov 2011 Les réponses suite à la première reunion au TNO : Les participants Dow Chemicals Technip nl, VDM Thyssenkrupp Salzgitter, BASF, CBI Lumus, Uhde, Aramco, Nem Total Sumitomo Johnson Mattey. Interet déclaré : ( Exxon nl ), * Shell 5

6 Réunion plénière CIPG GT9 nov 2011 JIP SRC objectifs Objectifs du projet : Comprendre et quantifier les parametres influents pour chaque nuance et type de design. Et lorsque possible éviter le recour aux traitements thermiques. Eviter la généralisation de la specification ASME pour le 800H. Delivrable : A lissue du projet, proposée un guide de bonne pratiques incluant les facteurs influant pour chaque nuance ( contrainte géométrie, parametres de soudage, design).Ce guide serait alors proposé aux comités délaboration des codes : Eurocode,ASME, CODAP, API… Proposer un document pour lélaboration dun standard de méthode dévaluation du test de sensibilité au SRC. Ce test pourrait alors être utilisé par les producteurs dacier ( matériaux de base et métal dapport ) pour caractériser leurs produits. 6

7 Réunion plénière CIPG GT9 nov 2011 Proposition dorganisation Select ion des cas les plus représentatifs. Analyses des niveaux de contraintes ( analytique ou EF) Classification Experimentation pour reproduire certains des cas modelisés ( heat input, filler) Proposition dun indice de sensibilité au SRC et dun niveau dacceptabilité par nuance. Guide de bonne pratiques et de prévention. 7

8 Réunion plénière CIPG GT9 nov 2011 Proposition TNO ( draft ) : Work Package 2: Physico-chemical and mechanical understanding Work Package 3: Alternative remediation strategies Work Package 4: Effect of heat treatment on creep life time. Work Package 5: Sensitivity to and prevention of SRC in new alloys and weldments. Mais pas de proposition de normalisation de lessai ….. A suivre 8 Work Package 1: Refinement of recommended practice

9 Réunion plénière CIPG GT9 nov 2011 SRC Who and Where ? Industries : Chemicals and petrochemicals ( convection section, EB / Styren), power generation, silicon reactor ( fluidized chlorination reactor) Service and equipment : ( heat exchanger, reactor, ducts, piping, heating tubes, pig tail, weld o let, headers) High temperature and cyclic thick and thin wall. 9

10 Réunion plénière CIPG GT9 nov 2011 Materials grades and fabrications methods ( design, forming welding) : Grades :Existing high temperature alloys and their filler alloys, particularly stabilized grades. Nickel alloy : W 1.4958, 1.4959 ( 800H & HT) and equivalent; Nickel base alloy : Austenitic Stabilized high temperature grade : 321H, 347H …. New grades Design : geometry, thickness, ratio th/ diameter, welding design ( butt, nozzle, fillet, ), stresses accumulation ( distance between welds), forming, forming and welding. Differential thermal expansion Fabrication Welding : geometry, filler, sequences (nbr of passes, interpass temperature), process ( GTAW, MAG, PAW …), heat input parameters 10

11 Réunion plénière CIPG GT9 nov 2011 Data base and analysis : Establish a failure data base Complete the data base, analyze it to determine the major factors and propose a sensitivity ranking versus evaluation grid ( see grid of parameters) Cyclic loading Welds Proximity Expansion/contraction stresses are considered as secondary SRC Susceptibility Thermal gradient in through thickness Guidelines for stress classification are given in ASME VIII Div2 : 2007 Part 5 11

12 Réunion plénière CIPG GT9 nov 2011 For each grade determine the critical severity level : Severity index : depending on the stress system and fabrication parameters ( forming, welding, filler material type..) For each grade determination of severity index threshold to proposed mitigation solutions : inspection, heat treatment, avoid. Stress equivalent index T°C 304 800H 12 No problem Heat Treatment requiered Caution Required Typical engineering diagram

13 Réunion plénière CIPG GT9 nov 2011 Tentative de JIP +à partir du GT9; proposition TNO : 13 Work Package 1: Refinement of recommended practice The current recommended practice has a yes / no susceptibility assessment for each alloy, regardless of the design details. The goal of this work package is to refine this assessment, by taking into account stress introducing or stress relieving factors. The idea is to develop a five-point (semi-quantitative) scale which specifies the stress intensity factor. Included in this scale are: - Presence of weldments - Cold deformation over critical value (say, 5%) - Wall thickness over critical value (say, 20 mm) - Forging - High restraint design - Heat input / interpass temperature during welding - No thermal expansion allowed - Smooth transitions in thickness - Dissimilar welds - Stabilising heat treatment, yes or no. A scale similar to this one is already available in ASTM standards. Based on this scale, one can try to determine the safe and unsafe regions for the key engineering alloys in the programme. The key alloys to be used in this part are 304H (or the stabilised variants 321 or 347), the work horse 800H and the nickel base alloy 617. The assessment of the critical stress intensity factor can be approached both by laboratory tests, and by collection of industrial data (anonymous questionnaire among all partners). In this way, in a Nelson-curve type of approach, laboratory and industrial data may be combined to define a safe limit to the stress intensity factor for each alloy involved. Estimated cost: 50,000 euro