Naftas un gāzes sakausējumu komponentu kalšana: API 6A materiālu klases un kvalifikācijas pārbaude

API 6Air specifikācija, kas nosaka, vai kaltas urbuma galviņas sastāvdaļa ir pieņemama jebkur naftas un gāzes nozarē. Ja jūsu uzņēmums kaltē vai iegādājas nerūsējošā tērauda vai niķeļa sakausējuma daļas aku galvām, Ziemassvētku eglītēm, vārstiem vai droseles, šajā rakstā ir izskaidrotas materiālu klases, sakausējumi un kvalifikācijas testi, kas atdala apstiprinātās sastāvdaļas no noraidītām.

Mēs atbildēsim uz deviņiem praktiskiem jautājumiem: kas ir API 6A un kāpēc tas ir svarīgi; ko nozīmē septiņas materiālās klases (AA līdz HH); kā salīdzināt nerūsējošo tēraudu un niķeļa sakausējumus; kā temperatūras un spiediena rādītāji ierobežo izvēli; ar ko kalšanas kvalifikācija patiesībā ir saistīta; kā atšķiras PR1 un PR2 testēšana; kāda ir nepieciešama NACE MR0175/ISO 15156 sliktā pakalpojuma kvalifikācija; kā pārbaudīt piegādātāja akreditācijas datus; un jautājumi, ko pircēji uzdod visbiežāk. Avotu saraksts aizver rakstu, lai varētu izsekot katru galveno apgalvojumu.

Kas ir API 6A, un kāpēc tas regulē kaltas akas galviņas sastāvdaļas?

API 6A — Specification for Wellhead and Tree Equipment, ko publicējis American Petroleum Institute — nosaka minimālās prasības akas galviņu un Ziemassvētku eglīšu aprīkojuma projektēšanai, materiāliem, ražošanai, testēšanai un dokumentācijai. Pašlaik tas ir 21. izdevumā (2018. gada novembrī), tiek uzturēts ar papildinājumiem, un to tehniski atspoguļo starptautiskais standarts ISO 10423.

Specifikācijas attiecas uz spiedienu saturošām un spiediena kontroles iekārtām, kas atrodas akas augšpusē: apvalka galviņas un spoles, cauruļu galviņas un spoles, Ziemassvētku eglītes, aizbīdņi, pretvārsti un aizbāžņi, droseles, korpusa un cauruļu pakaramie, kā arī savienotāji un atloki. Katrai no šīm daļām ir jāuztur urbuma spiediens un jāiztur šķidrumi, kas plūst caur to - bieži vien gadu desmitiem.

Kaltas detaļas tiek ražotas, karsti deformējot cietu metālu ar āmuriem vai presēm. Šis process aizver iekšējos tukšumus, uzlabo graudu struktūru un rada virziena graudu plūsmu pa detaļas formu – tieši tādas īpašības, kādas nepieciešamas spiedienu saturošām detaļām. Tāpēc korpusi, pārsegi, pakaramie un savienotāji parasti tiek norādīti kā kalumi, nevis lējumi.

Aprīkojumam, kas atbilst API 6A, var būt API monogramma, kas nozīmē, ka ražotājam ir licence, un to pārbauda API. Kalšanas piegādātājam šī licence attiecas uz visu ķēdi — kausēšanu, kalšanu, termisko apstrādi, testēšanu un izsekojamību — ne tikai sakausējuma ķīmiju.

Kādas ir septiņas API 6A materiālu klases, un kura no tām ir nepieciešama jūsu komponentam?

API 6A definē septiņas materiālu klases — AA, BB un CC vispārējam pakalpojumam un DD, EE, FF un HH skābiem pakalpojumiem. Klase nosaka minimālās materiālu prasības divām detaļu grupām: spiedienu saturošajam korpusam (korpusam, dzinēja pārsegam, gala un izplūdes savienojumiem) un iekšējām spiedienu regulējošajām daļām (stieņa pakaramie, vārstu urbuma blīvēšanas mehānismi, droseles apdare un kāti).

Tabula 1 - API 6A materiālu klases (atbilstoši API 6A/ISO 10423; avots: Ievads API specifikācijā 6A, Cameron/Schlumberger)

Tabulas lasīšana.Vienkāršā valodā AA līdz CC klases ir paredzētas urbumiem, kur sērūdeņradis nav problēma; klases DD līdz HH ir paredzētas skābiem pakalpojumiem, kur H2S var pēkšņi ieplīst parastam tēraudam. HH ir visprasīgākā klase: šķidrumā samitrinātajām virsmām jābūt no korozijas izturīga sakausējuma (CRA).

Pircēji bieži palaiž garām divus punktus.Pirmkārt, materiāla klase nav atsevišķs metāls – tā ir prasība, ko kaluma ražotājs ievēro, izvēloties piemērotu marku un pierādot to ar testēšanu. Otrkārt, DD, EE, FF un HH klasēm spiediena robeždaļām jāatbilst arī NACE MR0175/ISO 15156, nozares standartam H2S vidē (skatiet zemāk esošo sadaļu par pakalpojumiem).

Noderīga detaļa.Attiecībā uz HH CRA ir nepieciešama tikai uz aizturētām, šķidrumā samitrinātām virsmām; CRA apšuvums no mazleģētā vai nerūsējošā tērauda ir atļauts. Šo ceļu daudzi ražotāji izmanto, lai kontrolētu izmaksas, vienlaikus nodrošinot mitrās virsmas drošību.

Vienkārša analoģija.Padomājiet par materiālu klasēm kā drošības līmeni ēkā: AA ir parasts birojs, HH ir laboratorija, kas strādā ar bīstamām ķīmiskām vielām. Jūs nebūvējat ķīmisko laboratoriju ar tādiem pašiem materiāliem kā biroju, un nevajadzētu norādīt skābo aku ar vispārējas nozīmes materiāliem.

Nerūsējošais tērauds vai niķeļa sakausējums? Kā salīdzināt sakausējumus API 6A kalumiem

Izvēle ir atkarīga no četriem jautājumiem: vai vide satur H2S? Cik karsta ir aka un cik daudz hlorīda ir šķidrumā? Kāds spēks ir nepieciešams detaļai? Un kādas ir pieņemamās izmaksas? Praksē martensīta un dupleksais nerūsējošais tērauds aptver lielāko daļu virsmas lietojumu; niķeļa sakausējumi ir paredzēti korozīvākajiem, karstākajiem vai visizturīgākajiem darbiem, īpaši HH klases un HPHT iekārtām.

Tabula 2 - Visizplatītākie kalšanas sakausējumi API 6A pakalpojumam un katra atbilstība

Kā lasīt tabulu.UNS numuri ir universālo sakausējumu identitātes (S=nerūsējošais tērauds, N=uz niķeļa bāzes). API rekvizītu apzīmējumi 60K, 75K, 100K un 105K attiecas uz minimālo tecēšanas robežu tūkstošos psi — 75 K kalumam ir jābūt vismaz 75 000 psi.

Praktisks īkšķis.Oglekļa un mazleģētais tērauds ir izturīgs un lēts, taču tas ir korozīvs; martensīta nerūsējošais tērauds (410, F6NM) palielina izturību pret koroziju un ir vispārējās apkalpošanas darba zirgi; dupleksās klases (22Cr, 25Cr) palielina pretestību pret ievainojumiem un plaisāšanu skābam darbam; niķeļa sakausējumi (625, 718, 825, K-500, C-276) nodrošina visaugstāko izturību pret koroziju un, novecojot, vislielāko izturību — par visaugstākajām izmaksām.

Vēl viens inženiertehniskais punkts.Novecojoši rūdīti sakausējumi uz niķeļa bāzes, ko izmanto spiedienu saturošām un spiedienu kontrolējošām daļām, attiecas uz īpašu API standartu API 6ACRA. Ja jūsu dizains balstās uz augstas stiprības sakausējumu 718, kvalifikācija tiek veikta saskaņā ar šo ceļu, nevis tikai uz pamata sakausējuma tabulu.

Kā API 6A temperatūras un spiediena rādītāji ierobežo sakausējuma izvēli?

API 6A daļām jābūt marķētām ar trim lietām, kas darbojas kopā: temperatūras klase, spiediena reitings un materiāla klase. Temperatūras klases svārstās no arktiskā dienesta pie -60 grādiem līdz ekstremālam HPHT pakalpojumam pie 343 grādiem; darba spiediens svārstās no 2000 līdz 20000 psi. Viņi kopā izlemj, kuri sakausējumi, termiskā apstrāde un testi ir pieņemami.

Tabula 3 - API 6A temperatūras klases (K–V API 6. specifikācijas ievadā; X–Y API 6A HPHT praksei, BHEL TDC)

Kombinētie vērtējumi.Temperatūras klases var apvienot, lai paplašinātu vērtējumu. Parastā akas galvas vārsta reitings ir P+U, kas nozīmē, ka konstrukcija aptver no -20 līdz +250 grādiem F (no -29 līdz +121 grādiem).

Kāpēc temperatūrai ir nozīme kalumā.Zemas temperatūras klasēs (K, L) ir nepieciešama triecienizturība — Šarpi testi parasti tiek veikti pie –29 grādiem un zemāk. Augstas temperatūras klases (X, Y) nosaka, ka sakausējumam jāsaglabā izmantojamā izturība, kad karstā un paaugstinātā temperatūrā stiepes testi tiek veikti 180 grādos X klasei un 345 grādos Y klasei. Niķeļa sakausējumi iztur stiprību temperatūrā daudz labāk nekā vairums nerūsējošā tērauda, ​​tāpēc tie dominē HPHT iekārtās.

Tabula 4 - API 6A darba spiediena vērtējumi (avots: API 6A skaidrotājs, Jiangsu Wellhead Drilling Equipment Co.)

Kāpēc spiedienam ir nozīme.Augstāki vērtējumi nozīmē biezākas sekcijas, augstākas izturības prasības un nopietnāku nesagraujošo pārbaudi. 20 000 psi korpusu nevar izgatavot un pārbaudīt tāpat kā 2000 psi korpusu — kalšanas plāns, termiskā apstrāde un ultraskaņas izmeklēšana kļūst stingrāki, palielinoties reitingam.

Ko patiesībā ietver API 6A kaluma kvalifikācijas pārbaude?

Kvalifikācija ir pierādījums, nevis dokumenti. Kalums ir kvalificēts, ja ir pierādīts, ka tā ķīmija, kalšanas process, termiskā apstrāde, mehāniskās īpašības un nesagraujošā pārbaude atbilst klases, PSL un temperatūras prasībām — ar ierakstiem auditors var izsekot metāla sākotnējam karstumam.

1 -. darbība Kausēšana un attīrīšana.API 6A spiediena daļas sākas no pilnībā izkaltēta smalkgraudaina tērauda, ​​kas izkausēts elektriskā krāsnī, pamata skābekļa krāsnī vai indukcijas krāsnī, kam seko sekundārā attīrīšana, piemēram, vakuuma degazēšana, AOD, ESR vai VAR. Attiecībā uz PSL 4 kausēšanas prakse ir jādokumentē un jāziņo.

2 -. darbība. Plāna kalšana un samazināšana.Karstā kalšana jāveic saskaņā ar dokumentētu plānu, kurā norādīti kalšanas posmi un samazināšana katrā posmā. Kopējais minimums ir laukuma samazinājums no lietņa līdz gatavajam kalumam 3:1, graudu plūsmai ritot paralēli aksiālajam garumam. Tādā veidā tiek garantēta kaltā konstrukcija - iemesls, kāpēc mēs vispār viltojam.

3 -. darbība. Termiskā apstrāde ar kvalifikācijas pārbaudes kuponiem (QTC).Katra termiskās apstrādes partija ir kvalificēta ar kvalifikācijas pārbaudes kuponiem (QTC), kas apstrādāti tajā pašā krāsnī un dzesēšanas tvertnē, kur ražošanas daļas. Kupona līdzvērtīgajai kārtai — dzesēšanas ātruma pielāgošanai sekcijas izmēram — jābūt vienādam ar daļu, kurai tas atbilst, vai lielākai par to. Dzesēšanas līdzekļa temperatūra tiek kontrolēta, piemēram, ūdens vai polimērs ir 38 grādi vai zemāks dzesēšanas sākumā.

4 -. darbība. Mehāniskā pārbaude.Kuponiem tiek veikti stiepes testi (0,2 % nobīde), Šarpi V veida iecirtuma trieciena testi (parasti pie –29 grādiem, ar minimālo vidējo absorbēto enerģiju aptuveni 20 J šķērsvirzienā un 27 J garenvirzienā) un cietības pētījumi. Rekvizītu apzīmējumi no 60 K līdz 105 K nosaka vajadzīgās stiprās puses. PSL 2 un augstākiem modeļiem cietība tiek pārbaudīta 100 % ražoto detaļu.

5 -. darbība. Nesagraujošā pārbaude (NDE).Ultraskaņas testēšana (UT) atbilstoši ASTM A388 pārbauda iekšējo stabilitāti; jutība tiek iestatīta ar plakanā dibena caurumu (FBH), kas pievelkas, paaugstinoties PSL, piemēram, 1,6 mm FBH sienu biezumam līdz 38 mm, 3,2 mm no 38 līdz 150 mm un 6,4 mm virs 150 mm. Magnētisko daļiņu (MT) un šķidruma penetrantu (PT) pārbaudes pārklājumu virsmas. NDE personālam ir jābūt kvalificētam atbilstoši ISO 9712 vai ASNT SNT-TC-1A.

6 -. darbība Izsekojamība.Katrai gatavajai daļai ir jāizseko līdz tās siltuma numuram, izmantojot dzirnavu sertifikātus, termiskās apstrādes ierakstus, testu ziņojumus un NDE ziņojumus. Ja trūkst kādas saites, daļa nav kvalificēta.

Aiz kaluma.Augstas integritātes pakalpojumam kvalifikācija neapstājas pie kalšanas. Ja tiek izmantots CRA apšuvums (atļauts HH klases samitrinātām virsmām), arī metināšanas pārklājuma procedūrai un metinātājiem ir jābūt kvalificētiem, veicot cietības mērījumus pāri pārklājumam, siltuma ietekmētajai zonai un parastajam metālam.

PR1 un PR2 - kāda ir atšķirība API 6A veiktspējas kvalifikācijā?

PR1 un PR2 ir divi API 6A veiktspējas prasību līmeņi. PR1 ir bāzes līnija — standarta hidrostatiskie, sēdekļa un gāzes testi, kas pierāda, ka daļa notur spiedienu. PR2 ir paplašināts validācijas ceļš, kas definēts F pielikumā — spiediena cikls, temperatūras cikls un blīvējuma testi, kas pierāda, ka dizains iztur vairākus reālus darbības ciklus.

Kas ietver PR1.Hidrostatiskā apvalka pārbaude vajadzīgajā spiedienā, ligzdas noplūdes pārbaude vārstiem un gāzes blīvējuma pārbaude, ja to pieprasa PSL. Tas ir noklusējuma līmenis lielākajai daļai standarta komponentu.

Ko PR2 piebilst.Pielikuma F konstrukcijas validācija pievieno: spēka vai griezes momenta mērīšanu darbības laikā; dinamisks cikls — parasti aptuveni 160 cikli pie maksimālā diferenciālā urbuma spiediena; maksimālās un minimālās temperatūras cikliskums, parasti 20 cikli katrā galējībā; spiediena-temperatūras cikliskums; un apkārtējās vides blīvējuma testi. Gāzi parasti izmanto kā testēšanas līdzekli kritiskām blīvēm.

Kad PR2 ir obligāta.Virszemes un zemūdens drošības vārstu (SSV, USV) un pretspiediena vārstu (BSDV) konstrukcijai ir jāatbilst PR2, un operatori parasti norāda PR2 HPHT un dziļūdens iekārtām.

Svarīga atšķirība.PR2 apstiprina dizainu, nevis katru atsevišķu daļu. Ražošanas daļām joprojām tiek veiktas kārtējās pieņemšanas pārbaudes – PR2 pārbaudītais prototips pierāda, ka dizains var izdzīvot; ražošanas testi pierāda, ka šī konkrētā daļa ir izgatavota pareizi.

Vienkārša analoģija.Padomājiet par PR1 kā autovadītāja apliecības eksāmenu un PR2 kā par sacīkšu sertifikātu: viens pierāda, ka varat vadīt; otrs pierāda, ka varat izdzīvot ekstremālos apstākļos.

Kas ir nepieciešams, lai sniegtu pakalpojumu kvalifikāciju saskaņā ar NACE MR0175/ISO 15156?

Materiālu klasēm DD, EE, FF un HH spiediena robeždaļām jāatbilst NACE MR0175/ISO 15156 - starptautiskajam standartam materiāliem H2S saturošā vidē. Tas ierobežo ķīmiju, cietību un mikrostruktūru, tāpēc metāls nevar saplaisāt, pakļaujot sērūdeņradi.

Kāpēc tas pastāv.Slapjā H2S ekspluatācijā parastie tēraudi var sabojāt sulfīda spriegumu plaisāšanu (SSC), sprieguma korozijas plaisāšanu (SCC) vai ūdeņraža izraisītu plaisāšanu (HIC) — pēkšņus, katastrofālus bojājumu režīmus, kas var rasties krietni zem materiāla parastās stiprības robežas.

Kā standarts ir strukturēts.1. daļā ir sniegti vispārīgi principi plaisāšanas izturīgu materiālu izvēlei. 2. daļa attiecas uz oglekļa un mazleģētiem tēraudiem (un čuguniem): tā ierobežo cietību — lielākajai daļai oglekļa un mazleģēto kategoriju ir ierobežots līdz aptuveni 22 HRC — un tiek noteiktas mikrostruktūras un apstrādes kontroles, lai izturētu SSC un HIC. 3. daļa attiecas uz koroziju izturīgiem sakausējumiem: tā nosaka pieņemamos temperatūras, H2S daļējā spiediena, hlorīda koncentrācijas un pH logus katrai sakausējumu saimei, piemēram, nosacījumus, kādos ir pieņemami 316L, dupleksa klases vai sakausējums 718.

Kā tiek demonstrēta kvalifikācija.Cietības apsekojumi ražošanas daļām un metinājuma pārklājumiem (parasti Vickers testēšana vairākās vietās visā pārklājumā, karstuma ietekmētajā zonā un parastajā metālā), kā arī, ja nepieciešams, SSC testēšana atbilstoši NACE TM0177 un HIC pārbaude atbilstoši NACE TM0284. Rezultātiem jābūt dokumentētiem un izsekojamiem.

Praktiska līdzņemšanai."Nerūsējošais tērauds" nav automātiski skābs. Austenīta šķirne var būt pilnīgi pieņemama vienā iedobē un nepieņemama citā atkarībā no temperatūras, H2S daļējā spiediena, hlorīdiem un pH. Tieši tāpēc API 6A materiāla klase ir jānorāda kopā ar vidi.

Kā jūs varat pārbaudīt, vai kalšanas piegādātājs patiešām atbilst API 6A kvalifikācijai?

Pārbaudiet trīs lietas un pēc tam pārbaudiet dokumentus. Pirmkārt, piegādātājam ir API monogrammas licence, kuras darbības joma attiecas uz jūsu iegādāto produktu. Otrkārt, kvalitātes vadības sistēma ir sertificēta atbilstoši API Q1 vai ISO 9001. Treškārt, pats kalšanas process ir kvalificēts atbilstoši API 20B kalumiem ar atvērtu formu vai API 20C slēgtiem kalumiem. Pēc tam pārbaudiet, vai dokumenti atbilst metālam.

Izskaidrots API 20B un API 20C.API 20B regulē atvērtas formas kalumus — lielas, vienkāršas formas, kas kaltas starp plakanām vai formas presformām. API 20C pārvalda slēgto presformu kalumus — sarežģītas gandrīz tīkla formas, kas ražotas slēgtās presformās. Abiem nepieciešamas dokumentētas materiālu specifikācijas, kvalificēti procesi, izsekojamība un NDE. Piegādātājam, kurš apgalvo API 6A iespēju bez 20B/20C procesa kvalifikācijas, ir vājāks stāsts.

Kas jānorāda pirkuma pasūtījumā - pieci parametri.Aprīkojuma veids; darba spiediena reitings; temperatūras klase; materiālu klase; un PSL līmenī. Izlaižot kādu no tiem, piegādātājs pēc noklusējuma var izvēlēties lētāko saderīgo iespēju.

Sarkanie karodziņi dokumentācijā.Materiālu pārbaudes ziņojumi (MTR), kas nav saistīti ar siltuma skaitļiem; nav QTC ierakstu, kas saistītu kuponu ar ražošanas partiju; cietības vērtības ārpus noteiktā diapazona; "kaltas" detaļas ar liešanas mikrostruktūru vai bez graudu plūsmas pierādījumiem; trūkst UT/MT/PT ziņojumu; un NDE sertifikāti no nekvalificēta personāla.

Trešās puses pārbaude.PSL 3 un PSL 4 gadījumā izmantojiet trešās puses pārbaudes aģentūru, lai redzētu rūpnīcas pieņemšanas testus un pirms nosūtīšanas pārskatītu visu dokumentācijas paketi.

Bieži uzdotie jautājumi

Materiāla klase (AA līdz HH) ir servisa prasība — kādai daļai ir jāizturas. Materiālu grupa vai marka (piemēram, 410, F6NM, 625 vai 718) ir konkrētais sakausējums, kas izvēlēts, lai atbilstu šai prasībai. Vienai klasei var būt vairāki dažādi sakausējumi, un viens sakausējums var būt vairākās klasēs.

Vai 316 nerūsējošais tērauds ir pieņemams API 6A skābajam pakalpojumam?

Tikai ISO 15156-3 noteiktajās robežās. Austenīta nerūsējošais tērauds, piemēram, 316/316L, ir pieņemams lietošanai tikai noteiktajos temperatūras, H2S daļējā spiediena, hlorīda koncentrācijas un pH lodziņos. Tas nav sega "jā".

Ko API 6A nozīmē HH?

HH ir augstākā skābju servisa materiālu klase. Korpusam un iekšējām spiedienu regulējošajām daļām ir jāizmanto korozijizturīgs sakausējums (CRA) uz visām ar šķidrumu samitrinātajām virsmām; CRA apšuvums no mazleģētā vai nerūsējošā tērauda ir atļauts.

Vai oglekļa tēraudu var izmantot HH iekārtās?

Ne uz aizturētu šķidrumu samitrinātām virsmām – samitrinātajai virsmai jābūt CRA. Ir atļauta zema leģēta vai oglekļa tērauda pamatne ar CRA apšuvumu.

Kas ir PSL 3G?

PSL ir produkta specifikācijas līmenis (1, 2, 3, 3G, 4). PSL 3G ir PSL 3 plus obligātā gāzes pārbaude visiem spiedienu saturošiem blīvslēgiem un ligzdām — parasti tas ir paredzēts HPHT un dziļūdens lietojumiem.

PR1 vai PR2 -, kurš no tiem ir vajadzīgs manam komponentam?

Tas ir atkarīgs no komponenta un pakalpojuma. PR2 ir obligāts drošības vārstu un pretspiediena vārstu konstrukcijām, un tas parasti tiek noteikts HPHT un kritisko pakalpojumu iekārtām. Standarta komponentiem var pietikt ar PR1 plus nepieciešamajiem PSL testiem - apstipriniet ar operatoru vai projekta specifikāciju.

Kāda ir atšķirība starp API 20B un API 20C?

Abas ir API specifikācijas kvalificētiem kalšanas piegādātājiem. API 20B aptver atvērtas formas kalumus (lielas, vienkāršas formas); API 20C aptver slēgtus kalumus (sarežģītas gandrīz tīkla formas). Daudzi piegādātāji patur vienu vai abus atkarībā no viņu produktu klāsta.