Nafta ja gaasi sulamite komponentide sepistamine: API 6A materjaliklassid ja kvalifikatsiooni testimine

API 6Aon spetsifikatsioon, mis otsustab, kas sepistatud kaevupea komponent on nafta- ja gaasitööstuses vastuvõetav. Kui teie ettevõte sepistab või ostab roostevabast terasest või niklisulamist osi kaevupeade, jõulupuude, ventiilide või drosselite jaoks, selgitatakse selles artiklis materjaliklasse, sulamid ja kvalifikatsioonitestid, mis eraldavad heakskiidetud komponendid tagasilükatud komponentidest.

Vastame üheksale praktilisele küsimusele: mis on API 6A ja miks see on oluline; mida tähendavad seitse materjaliklassi (AA kuni HH); kuidas võrrelda roostevaba terast ja niklisulamid; kuidas temperatuuri ja rõhu väärtused valikut piiravad; mida sepistamise kvalifikatsioon tegelikult hõlmab; kuidas PR1 ja PR2 testimine erinevad; mida nõuab NACE MR0175/ISO 15156 haputeenuste kvalifikatsioon; kuidas kontrollida tarnija volitusi; ja küsimused, mida ostjad kõige sagedamini esitavad. Allikaloend sulgeb artikli, nii et iga peamist väidet saab jälgida.

Mis on API 6A ja miks see reguleerib sepistatud kaevupea komponente?

API 6A – Specification for Wellhead and Tree Equipment, mille avaldas American Petroleum Institute – seab miinimumnõuded kaevupea ja jõulupuu seadmete projekteerimisele, materjalidele, tootmisele, katsetamisele ja dokumenteerimisele. See on praegu oma 21. väljaandes (november 2018), seda hooldatakse lisadega ja seda peegeldab tehniliselt rahvusvaheline standard ISO 10423.

Spetsifikatsioon hõlmab survet sisaldavaid ja survet reguleerivaid seadmeid, mis asuvad kaevu peal: korpuse pead ja poolid, torupead ja poolid, jõulupuud, värava-, tagasilöögi- ja korkventiilid, drosselid, korpuse ja torude riidepuud ning pistikud ja äärikud. Kõik need osad peavad hoidma puuraugu survet ja vastu pidama seda läbivatele vedelikele – sageli aastakümneid.

Sepistatud komponente toodetakse tahke metalli kuumdeformeerimisel haamrite või pressidega. See protsess sulgeb sisemised tühimikud, viimistleb tera struktuuri ja loob suunalise viljavoolu piki detaili kuju – täpselt selliseid omadusi, nagu survet sisaldavad osad vajavad. Seetõttu on korpused, kapotid, riidepuud ja pistikud tavaliselt määratletud pigem sepistatud kui valanditena.

Seadmed, mis vastavad API 6A nõuetele, võivad kanda API monogrammi, mis tähendab, et tootjal on litsents ja API auditeerib. Sepistamise tarnija jaoks hõlmab see litsents kogu ahelat – sulatamist, sepistamist, kuumtöötlust, katsetamist ja jälgitavust – mitte ainult sulamikeemiat.

Millised on seitse API 6A materjaliklassi ja millist neist teie komponent vajab?

API 6A määratleb seitse materjaliklassi – AA, BB ja CC üldteenuse jaoks ning DD, EE, FF ja HH hapu teenuse jaoks. Klassis on kehtestatud minimaalsed materjalinõuded kahele osade rühmale: survet sisaldavale korpusele (kere, kapott, otsa- ja väljalaskeühendused) ning sisemised rõhku reguleerivad osad (tünniripid, klapiavade tihendusmehhanismid, õhuklapi ääris ja varred).

Tabel 1 - API 6A materjaliklassid (API 6A / ISO 10423 kohta; allikas: API spetsifikatsiooni 6A tutvustus, Cameron/Schlumberger)

Tabeli lugemine.Lihtkeeles on klassid AA kuni CC mõeldud kaevudele, kus vesiniksulfiid ei ole probleem; klassid DD kuni HH on mõeldud haputeeninduseks, kus H2S võib tavalise terase ootamatult praguneda. HH on kõige nõudlikum klass: vedelikuga niisutatud pinnad peavad olema korrosioonikindlast sulamist (CRA).

Ostjad jätavad sageli kahe punkti vahele.Esiteks, materjaliklass ei ole üks metall – see on nõue, mille sepisetootja täidab, valides sobiva kvaliteedi ja tõestades seda katsetega. Teiseks, klasside DD, EE, FF ja HH puhul peavad rõhupiirdeosad vastama ka standardile NACE MR0175/ISO 15156, H2S-keskkondade tööstusstandardile (vt allpool haputeenuste jaotist).

Kasulik detail.HH puhul on CRA nõutav ainult vedelikuga niisutatud pindadel; Lubatud on madala legeeritud või roostevaba terase CRA-katted. Seda teed kasutavad paljud tootjad kulude kontrollimiseks, hoides samal ajal niisutatud pinna ohutuna.

Lihtne analoogia.Mõelge materjaliklassidele kui hoone ohutustasemetele: AA on tavaline kontor, HH on ohtlikke kemikaale käsitlev labor. Te ei ehitaks keemialaborit samadest materjalidest nagu kontorit ja ei tohiks määrata hapukaevu üldteenindusmaterjalidega.

Roostevaba teras või niklisulam? Kuidas võrrelda API 6A sepiste sulameid

Valik sõltub neljast küsimusest: Kas keskkond sisaldab H2S-i? Kui kuum on kaev ja kui palju on vedelikus kloriidi? Millist tugevust see osa vajab? Ja mis on vastuvõetav hind? Praktikas katavad martensiitsed ja dupleksroostevabad terased enamiku pinnarakendusi; niklisulamid on ette nähtud kõige söövitavamateks, kuumimateks või kõige tugevamateks töödeks – eriti HH-klassi ja HPHT-seadmete jaoks.

Tabel 2 - API 6A teenuse levinud sepistamissulamid ja nende sobivus

Kuidas tabelit lugeda.UNS-i numbrid on universaalsete sulamite tunnused (S=roostevaba teras, N=niklipõhine). API omaduste tähistused 60K, 75K, 100K ja 105K viitavad minimaalsele voolavuspiirile tuhandetes psi-des – 75K sepis peab tootma vähemalt 75 000 psi.

Praktiline rusikareegel.Süsinik- ja vähelegeeritud terased on tugevad ja odavad, kuid korrodeeruvad; martensiitsed roostevabad terased (410, F6NM) lisavad korrosioonikindlust ja on üldteeninduse tööhobused; dupleksklassid (22Cr, 25Cr) lisavad hapu teenuse jaoks vastupidavust täppide tekkele ja pragunemisele; niklisulamid (625, 718, 825, K-500, C-276) tagavad kõrgeima korrosioonikindluse ja vanusega karastamise korral suurima tugevuse – kõrgeima hinnaga.

Veel üks insenertehniline punkt.Survet sisaldavate ja rõhku reguleerivate osade jaoks kasutatavaid vananevalt karastatud niklipõhiseid sulameid käsitleb spetsiaalne API standard API 6ACRA. Kui teie disain tugineb ülitugevale sulamile 718, järgib kvalifitseerimine seda teed, mitte ainult põhisulami tabelit.

Kuidas piiravad API 6A temperatuuri ja rõhu väärtused sulami valikut?

API 6A osad peavad olema märgistatud kolme asjaga, mis koos töötavad: temperatuuriklass, rõhuklass ja materjaliklass. Temperatuuriklassid ulatuvad arktilisest teenistusest –60 kraadi juures kuni äärmusliku HPHT teenuseni 343 kraadi juures; töörõhud jäävad vahemikku 2000 kuni 20 000 psi. Koos otsustavad nad, millised sulamid, kuumtöötlused ja katsed on vastuvõetavad.

Tabel 3 - API 6A temperatuuriklassid (K–V API spetsifikatsiooni 6A sissejuhatuse kohta; X–Y API 6A HPHT praktika kohta, BHEL TDC)

Kombineeritud hinnangud.Temperatuuriklasse saab reitingu laiendamiseks kombineerida. Tavaline kaevupea ventiil on P+U, mis tähendab, et konstruktsioon katab −20 kuni +250 kraadi F (−29 kuni +121 kraadi).

Miks on temperatuur sepistamise jaoks oluline?Madala temperatuuri klassid (K, L) nõuavad löögikindlust – Charpy testid tehakse tavaliselt temperatuuril –29 kraadi ja alla selle. Kõrgtemperatuuri klassid (X, Y) nõuavad, et sulam säilitaks kasutatava tugevuse ka kuumal tõmbekatsetel 180 kraadi juures X klassi ja 345 kraadi juures Y klassi puhul. Niklisulamid hoiavad temperatuuril palju paremini tugevust kui enamik roostevabast terasest, mistõttu domineerivad need HPHT seadmetes.

Tabel 4 - API 6A töörõhu hinnangud (allikas: API 6A selgitaja, Jiangsu Wellhead Drilling Equipment Co.)

Miks on surve oluline.Kõrgemad hinnangud tähendavad paksemaid sektsioone, kõrgemaid tugevusnõudeid ja rangemat mittepurustavat kontrolli. 20 000 psi survega kere ei saa toota ja kontrollida samamoodi nagu 2000 psi kere – sepistamisplaan, kuumtöötlemine ja ultraheliuuring karmistavad seda, kui reiting tõuseb.

Mida API 6A sepise kvalifikatsiooni testimine tegelikult hõlmab?

Kvalifikatsioon on tõend, mitte paberimajandus. Sepis on kvalifitseeritud, kui on tõestatud, et selle keemia, sepistamisprotsess, kuumtöötlus, mehaanilised omadused ja mittepurustavad uuringud vastavad klassi, PSL-i ja temperatuurinõuetele – dokumentide abil saab audiitor tuvastada metalli algse kuumuse.

Samm 1 - Sulatamine ja rafineerimine.API 6A surveosad algavad täielikult kustutatud peeneteralisest terasest, mis on sulatatud elektriahjus, põhihapnikuahjus või induktsioonahjus, millele järgneb sekundaarne rafineerimine, nagu vaakumdegaseerimine, AOD, ESR või VAR. PSL 4 puhul tuleb sulamistavad dokumenteerida ja esitada.

Samm 2 - Plaani sepistamine ja vähendamine.Kuum sepistamine peab järgima dokumenteeritud plaani, mis näitab sepistamise etappe ja vähendamist igal etapil. Üldine miinimum on pindala 3:1 vähendamine valuplokist valmis sepistamiseni, kusjuures viljavool kulgeb paralleelselt teljesuunalise pikkusega. Nii on sepistatud struktuur – põhjus, miks me üldse sepistame – garanteeritud.

Samm 3 - Kuumtöötlus kvalifikatsioonitesti kupongidega (QTC).Iga kuumtöötlemispartii kvalifitseeritakse kvalifitseerimistesti kupongidega (QTC), mida töödeldakse samas ahjus ja jahutuspaagis kui tootmisosi. Kupongi samaväärne ring – viis jahutuskiiruse ja sektsiooni suuruse sobitamiseks – peab olema võrdne osaga, millele see sobib, või sellest suurem. Jahutuskeskkonna temperatuure kontrollitakse, näiteks vee või polümeeri temperatuur on kustutamise alguses 38 kraadi või alla selle.

Samm 4 - Mehaaniline testimine.Kupongidel tehakse tõmbekatseid (0,2% nihkesaagis), Charpy V-sälgu löögikatseid (tavaliselt temperatuuril –29 kraadi, minimaalse keskmise neeldumisenergiaga umbes 20 J ristsuunas ja 27 J pikisuunas) ja kõvaduse uuringuid. Omaduste tähistused 60K kuni 105K määratlevad nõutavad tugevused. PSL 2 ja kõrgemate mudelite puhul kontrollitakse kõvadust 100% tootmisdetailide puhul.

Samm 5 - Mittepurustav kontroll (NDE).Ultraheli testimine (UT) ASTM A388 järgi kontrollib sisemist töökindlust; Tundlikkus määratakse lameda põhjaga augu (FBH) viitega, mis pinguldub PSL-i tõustes – näiteks 1,6 mm FBH seinapaksusega kuni 38 mm, 3,2 mm 38–150 mm ja 6,4 mm üle 150 mm. Magnetosakeste (MT) ja vedelate penetrantide (PT) uurimine katavad pinnad. NDE töötajad peavad olema kvalifitseeritud ISO 9712 või ASNT SNT-TC-1A järgi.

Samm 6 - Jälgimine.Iga viimistletud detail peab veski sertifikaatide, kuumtöötlemise dokumentide, katsearuannete ja NDE aruannete kaudu leidma oma kuumuse numbri. Kui mõni link puudub, ei ole osa kvalifitseeritud.

Väljaspool sepistamist.Tervikliku teenuse puhul ei piirdu kvalifikatsioon sepistamisega. Kui rakendatakse CRA kattekihti – lubatud HH-klassi niisutatud pindade puhul – peavad olema kvalifitseeritud ka keevisõmbluse protseduur ja keevitajad, mille kareduse uuringud on läbitavad kattekihi, kuumusest mõjutatud tsooni ja mitteväärismetalli.

PR1 vs PR2 - mis vahe on API 6A jõudluse kvalifikatsioonil?

PR1 ja PR2 on API 6A kaks jõudlusnõude taset. PR1 on lähtetase – standardsed hüdrostaatilised, istme- ja gaasitestid, mis tõestavad, et osa hoiab rõhku. PR2 on lisas F määratletud laiendatud valideerimisviis – rõhutsüklid, temperatuuritsüklid ja tihendikatsed, mis tõestavad, et disain peab vastu aastaid tegelike töötsüklite jooksul.

Mida PR1 sisaldab.Hüdrostaatilise kesta testimine nõutava rõhu juures, klappide pesa lekkekatse ja gaasitihendi testimine, kui PSL seda nõuab. See on enamiku standardkomponentide vaiketase.

Mida PR2 lisab.Lisa F konstruktsiooni valideerimine lisab: jõu või pöördemomendi mõõtmine töö ajal; dünaamiline tsükkel – tavaliselt umbes 160 tsüklit maksimaalse avarõhu erinevuse juures; maksimaalse ja minimaalse temperatuuri tsüklid, tavaliselt 20 tsüklit igas äärmuses; rõhu ja temperatuuri vaheldumine; ja ümbritseva keskkonna tihendikatsed. Kriitiliste tihendite katsekeskkonnana kasutatakse tavaliselt gaasi.

Kui PR2 on kohustuslik.Pinnapealsed ja veealused kaitseklapi (SSV, USV) ja vasturõhuklapi (BSDV) konstruktsioonid peavad vastama PR2-le ning operaatorid määravad tavaliselt PR2 HPHT- ja süvaveeseadmete jaoks.

Oluline eristus.PR2 kinnitab disaini, mitte iga üksikut osa. Tootmisosad läbivad endiselt oma rutiinsed vastuvõtutestid – PR2-testitud prototüüp tõestab, et disain suudab ellu jääda; tootmistestid tõestavad, et see konkreetne detail on õigesti valmistatud.

Lihtne analoogia.Mõelge PR1-le kui juhiloa eksamile ja PR2-le kui võidusõidutunnistusele: üks tõestab, et oskate juhtida; teine ​​tõestab, et suudad ellu jääda ekstreemsetes tingimustes.

Mida nõuab NACE MR0175/ISO 15156 järgi haputeenuste kvalifikatsioon?

Materjaliklasside DD, EE, FF ja HH puhul peavad rõhupiirdeosad vastama NACE MR0175/ISO 15156 - rahvusvahelisele standardile H2S-i sisaldavates keskkondades kasutatavate materjalide jaoks. See piirab keemiat, kõvadust ja mikrostruktuuri, nii et metall ei saaks vesiniksulfiidiga kokkupuutel praguneda.

Miks see eksisteerib.Märg-H2S-i töös võivad tavalised terased rikki minna sulfiid-pingepragude (SSC), pingekorrosioonipragude (SCC) või vesinikust põhjustatud pragude (HIC) tõttu – äkilised, katastroofilised rikkerežiimid, mis võivad ilmneda tunduvalt alla materjali normaalse tugevuspiiri.

Kuidas standard on üles ehitatud.1. osas on toodud pragunemiskindlate materjalide valimise üldpõhimõtted. 2. osa hõlmab süsinik- ja vähelegeeritud terast (ja malmi): see piirab kõvadust – enamik süsiniku- ja madala legeeritud teraseid on piiratud umbes 22 HRC-ga – ning kehtestab mikrostruktuuri- ja töötlemiskontrollid, et olla vastupidavad SSC-le ja HIC-le. 3. osa hõlmab korrosioonikindlaid sulameid: see määratleb iga sulamiperekonna jaoks vastuvõetavad temperatuuri, H2S osarõhu, kloriidi kontsentratsiooni ja pH aknad – näiteks tingimused, mille korral on vastuvõetavad 316L, dupleksklassid või sulam 718.

Kuidas kvalifikatsiooni näidatakse.Tootmisosade ja keevisõmbluste ülekatete kõvaduse uuringud (tavaliselt Vickersi testimine katte mitmes kohas, kuumusest mõjutatud tsoonis ja mitteväärismetallis), lisaks vajadusel SSC testimine NACE TM0177 ja HIC testimine NACE TM0284 järgi. Tulemused peavad olema dokumenteeritud ja jälgitavad.

Praktiline kaasavõtt."Roostevaba teras" ei ole automaatselt hapuohutu. Sõltuvalt temperatuurist, H2S osarõhust, kloriididest ja pH-st võib austeniitklass olla ühes süvendis täiesti vastuvõetav ja teises vastuvõetamatu. Just seetõttu tuleb API 6A materjaliklass määrata koos keskkonnaga.

Kuidas saate kontrollida, kas sepistamise tarnija on tõesti API 6A kvalifitseeritud?

Kontrollige kolme asja – ja seejärel kontrollige dokumente. Esiteks on tarnijal API monogrammi litsents, mille ulatus hõlmab teie ostetavat toodet. Teiseks on kvaliteedijuhtimissüsteem sertifitseeritud vastavalt API Q1 või ISO 9001 nõuetele. Kolmandaks on sepistamisprotsess ise kvalifitseeritud API 20B-le avatud stantsiga sepistamise või API 20C-le suletud stantsiga sepistamise jaoks. Seejärel veenduge, et paberitöö vastab metallile.

API 20B ja API 20C selgitatud.API 20B reguleerib avatud vormiga sepiseid – suuri, lihtsaid kujundeid, mis on sepistatud lamedate või vormitud stantside vahel. API 20C reguleerib kinnise stantsiga sepiseid – keerulisi võrgulähedasi kujundeid, mis on toodetud suletud jäljendites. Mõlemad nõuavad dokumenteeritud materjali spetsifikatsioone, kvalifitseeritud protsesse, jälgitavust ja NDE-d. Tarnijal, kes väidab, et API 6A võime on ilma 20B/20C protsessi kvalifikatsioonita, on nõrgem lugu.

Mida ostutellimusel täpsustada – viis parameetrit.Seadme tüüp; töörõhu reiting; temperatuuriklass; materjaliklass; ja PSL-i tase. Ükskõik millise väljajätmine jätab tarnijale vabaduse valida vaikimisi odavaima nõuetele vastava valiku.

Punased lipud dokumentides.Materjali testimise aruanded (MTR), mis ei ole seotud soojusarvudega; kupongi tootmispartiiga siduvaid QTC-kirjeid pole; kõvaduse väärtused väljaspool kindlaksmääratud vahemikku; "sepistatud" osad valatud mikrostruktuuriga või ilma teravooluta; puuduvad TÜ/MT/PT aruanded; ja NDE sertifikaadid kvalifitseerimata töötajatelt.

Kolmanda osapoole kontroll.PSL 3 ja PSL 4 puhul kasutage tehase vastuvõtutestide tunnistajaks kolmandast osapoolest kontrolliasutust ja vaadake enne saatmist läbi täielik dokumentatsioonipakett.

Korduma kippuvad küsimused

Materjaliklass (AA kuni HH) on hooldusnõue – millele detail peab vastu pidama. Materjalirühm või klass (nt 410, F6NM, 625 või 718) on selle nõude täitmiseks valitud konkreetne sulam. Ühte klassi võib rahuldada mitu erinevat sulamit ja üks sulam võib esineda mitmes klassis.

Kas 316 roostevaba teras on API 6A haputeenuse jaoks vastuvõetav?

Ainult ISO 15156-3 määratletud piirides. Austeniitsed roostevabad terased, nagu 316/316L, on vastuvõetavad hapuks kasutamiseks ainult temperatuuri, H2S osarõhu, kloriidi kontsentratsiooni ja pH piirides. See ei ole tekk "jah".

Mida HH API 6A puhul tähendab?

HH on kõrgeim haputeenindusmaterjalide klass. Kere ja sisemised rõhku reguleerivad osad peavad kasutama korrosioonikindlat sulamit (CRA) kõikidel vedelikuga niisutatud pindadel; Lubatud on madala legeeritud või roostevaba terase CRA-katted.

Kas süsinikterast saab HH-seadmetes kasutada?

Mitte vedelikuga niisutatud pindadel – niisutatud pind peab olema CRA. Lubatud on madala legeeritud või süsinikterasest alus CRA-kattega.

Mis on PSL 3G?

PSL tähistab toote spetsifikatsiooni taset (1, 2, 3, 3G, 4). PSL 3G on PSL 3 pluss kõigi survet sisaldavate tihendite ja pesade kohustuslik gaasitestimine – tavaliselt on ette nähtud HPHT ja süvaveerakenduste jaoks.

PR1 või PR2 - kumba minu komponent vajab?

Oleneb komponendist ja teenusest. PR2 on kohustuslik kaitseklappide ja vasturõhuklapi konstruktsioonide jaoks ning see on tavaliselt ette nähtud HPHT ja kriitilise teeninduse seadmete jaoks. Standardkomponentide puhul võib PR1 pluss nõutud PSL-testid piisata – kinnitage operaatori või projekti spetsifikatsiooniga.

Mis vahe on API 20B ja API 20C vahel?

Mõlemad on API spetsifikatsioonid kvalifitseeritud sepistamise tarnijatele. API 20B katab avatud vormiga sepiseid (suured lihtsad kujundid); API 20C katab kinnised sepised (keerulised võrgulähedased kujundid). Paljud tarnijad omavad ühte või mõlemat, olenevalt nende tootevalikust.