Naftos ir dujų lydinio komponentų kalimas: API 6A medžiagų klasės ir kvalifikacijos tikrinimas

API 6Ayra specifikacija, pagal kurią nusprendžiama, ar kaltinis šulinio galvutės komponentas yra priimtinas bet kurioje naftos ir dujų pramonės vietoje. Jei jūsų įmonė kala arba perka nerūdijančio plieno arba nikelio lydinio dalis šulinių galvutėms, Kalėdų eglutėms, vožtuvams ar droseliams, šiame straipsnyje paaiškinamos medžiagų klasės, lydiniai ir kvalifikaciniai testai, kuriais atskiriami patvirtinti komponentai nuo atmestų.

Atsakysime į devynis praktinius klausimus: kas yra API 6A ir kodėl tai svarbu; ką reiškia septynios medžiagų klasės (AA–HH); kaip palyginti nerūdijantį plieną ir nikelio lydinius; kaip temperatūros ir slėgio rodikliai riboja pasirinkimą; kokia iš tikrųjų yra kalimo kvalifikacija; kuo skiriasi PR1 ir PR2 testavimas; ko reikalauja NACE MR0175/ISO 15156 gamybinių paslaugų kvalifikacija; kaip patikrinti tiekėjo įgaliojimus; ir dažniausiai pirkėjų užduodamus klausimus. Šaltinių sąrašas uždaro straipsnį, kad būtų galima atsekti kiekvieną pagrindinį teiginį.

Kas yra API 6A ir kodėl jis valdo kaltinius šulinio galvutės komponentus?

API 6A – gręžinio galvutės ir medžio įrangos specifikacija, kurią paskelbė Amerikos naftos institutas – nustato minimalius reikalavimus šulinio galvutės ir eglutės įrangos projektavimui, medžiagoms, gamybai, bandymams ir dokumentacijai. Šiuo metu yra 21-asis jo leidimas (2018 m. lapkričio mėn.), tvarkomas su priedais ir techniškai atitinka tarptautinį ISO 10423 standartą.

Specifikacija apima slėgio ir slėgio valdymo įrangą, kuri yra ant šulinio: korpuso galvutes ir rites, vamzdžių galvutes ir rites, Kalėdų eglutes, užtvarus, atbulinius ir uždorius vožtuvus, droselius, korpuso ir vamzdelių pakabas, jungtis ir flanšus. Kiekviena iš šių dalių turi išlaikyti slėgį šulinio angoje ir atsispirti per ją tekantiems skysčiams – dažnai dešimtmečius.

Kaltiniai komponentai gaminami karštai deformuojant vientisą metalą plaktukais arba presais. Šis procesas uždaro vidines tuštumas, išgrynina grūdelių struktūrą ir sukuria kryptingą grūdelių srautą išilgai detalės formos – būtent tokių savybių, kurių reikia slėgį turinčioms detalėms. Štai kodėl korpusai, gaubtai, pakabos ir jungtys dažniausiai nurodomi kaip kaltiniai, o ne liejiniai.

API 6A atitinkanti įranga gali turėti API monogramą, o tai reiškia, kad gamintojas turi licenciją ir yra tikrinamas API. Kalimo tiekėjo licencija apima visą grandinę – lydymą, kalimą, terminį apdorojimą, bandymą ir atsekamumą – ne tik lydinio chemiją.

Kokios yra septynios API 6A medžiagų klasės ir kurios iš jų reikia jūsų komponentui?

API 6A apibrėžia septynias medžiagų klases – AA, BB ir CC bendrajai paslaugai, o DD, EE, FF ir HH rūgščioms paslaugoms. Klasė nustato minimalius medžiagų reikalavimus dviem dalių grupėms: slėgį turinčiam korpusui (korpusui, gaubtui, galinėms ir išleidimo jungtims) ir vidinėms slėgį kontroliuojančioms dalims (įtvarų pakaboms, vožtuvų angos sandarinimo mechanizmams, droselio apdailai ir stiebams).

1 - lentelė API 6A medžiagų klasės (pagal API 6A / ISO 10423; šaltinis: API specifikacijos 6A įvadas, Cameron / Schlumberger)

Lentelės skaitymas.Paprasčiau tariant, AA–CC klasės yra skirtos šuliniams, kuriuose vandenilio sulfidas nėra problema; klasės nuo DD iki HH yra skirtos rūgščiam aptarnavimui, kai H2S gali staiga įtrūkti paprastas plienas. HH yra reikliausia klasė: skysčiu sudrėkinti paviršiai turi būti korozijai atsparaus lydinio (CRA).

Pirkėjai dažnai praleidžia du taškus.Pirma, medžiagos klasė nėra vienas metalas – tai reikalavimas, kurį kalimo gamintojas atitinka pasirinkdamas tinkamą rūšį ir įrodydamas tai bandymais. Antra, DD, EE, FF ir HH klasėms slėgio ribinės dalys taip pat turi atitikti NACE MR0175/ISO 15156, pramonės standartą, skirtą H2S aplinkai (žr. toliau pateiktą „surinktų paslaugų“ skyrių).

Naudinga detalė.HH atveju CRA reikalinga tik ant sulaikytų skysčiu sudrėkintų paviršių; Leidžiama CRA danga iš mažai legiruoto arba nerūdijančio plieno. Tai yra būdas, kurį daugelis gamintojų naudoja siekdami kontroliuoti išlaidas, kartu išlaikant sudrėkinto paviršiaus saugumą.

Paprasta analogija.Pagalvokite apie medžiagų klases kaip saugos lygius pastate: AA yra įprastas biuras, HH yra laboratorija, kurioje tvarkomos pavojingos cheminės medžiagos. Chemijos laboratorijos nepastatytumėte iš tų pačių medžiagų kaip biuro, o rūgščių šulinio nereikėtų nurodyti su bendrosios tarnybos medžiagomis.

Nerūdijantis plienas ar nikelio lydinys? Kaip palyginti API 6A kaltinių lydinius

Pasirinkimas priklauso nuo keturių klausimų: ar aplinkoje yra H2S? Kiek karšta šulinys ir kiek skystyje yra chlorido? Kokio stiprumo reikia detalei? Ir kokia yra priimtina kaina? Praktiškai martensitinis ir dvipusis nerūdijantis plienas apima daugumą paviršių; nikelio lydiniai yra skirti koroziškiausioms, karščiausioms ar didžiausio stiprumo užduotims, ypač HH klasės ir HPHT įrangai.

2 - Lentelė Įprasti kalimo lydiniai, skirti API 6A paslaugai, ir kur kiekvienas tinka

Kaip skaityti lentelę.UNS numeriai yra universalaus lydinio tapatybės (S=nerūdijančio plieno, N=nikelio pagrindu). API savybių žymėjimai 60K, 75K, 100K ir 105K nurodo mažiausią takumo ribą tūkstančiais psi – 75K kaltinis kalimas turi išdirbti mažiausiai 75 000 psi.

Praktinė taisyklė.Anglies ir mažai legiruotas plienas yra stiprus ir nebrangus, tačiau rūdijantis; martensitiniai nerūdijantys plienai (410, F6NM) padidina atsparumą korozijai ir yra bendrosios tarnybos darbo arkliukai; dvipusės klasės (22Cr, 25Cr) padidina atsparumą duobėms ir įtrūkimams, kad būtų rūgštus; nikelio lydiniai (625, 718, 825, K-500, C-276) užtikrina aukščiausią atsparumą korozijai ir, senstant sukietėjus, didžiausią stiprumą – už didžiausią kainą.

Dar vienas inžinerinis punktas.Senėjimo metu sukietinti nikelio lydiniai, naudojami slėgio turinčiose ir slėgį kontroliuojančiose dalyse, yra sprendžiami specialiu API standartu API 6ACRA. Jei jūsų dizainas remiasi didelio stiprumo lydiniu 718, kvalifikavimas vadovaujasi šiuo keliu, o ne vien tik pagrindinio lydinio lentele.

Kaip API 6A temperatūros ir slėgio rodikliai riboja lydinio pasirinkimą?

API 6A dalys turi būti pažymėtos trimis dalykais, kurie veikia kartu: temperatūros klasė, slėgio klasė ir medžiagos klasė. Temperatūros klasės svyruoja nuo arktinės –60 laipsnių temperatūros iki ekstremalios HPHT tarnybos 343 laipsnių temperatūroje; darbinis slėgis svyruoja nuo 2000 iki 20000 psi. Kartu jie nusprendžia, kurie lydiniai, terminis apdorojimas ir bandymai yra priimtini.

3 - lentelė API 6A temperatūros klasės (K–V pagal API specifikacijos 6A įvadą; X–Y pagal API 6A HPHT praktiką, BHEL TDC)

Kombinuoti įvertinimai.Temperatūros klases galima derinti, kad būtų išplėstas įvertinimas. Įprastas šulinio galvutės vožtuvas yra P+U, o tai reiškia, kad konstrukcija apima nuo –20 iki +250 laipsnių F (nuo –29 iki +121 laipsnių).

Kodėl temperatūra svarbi kalimui.Žemos temperatūros klasės (K, L) reikalauja atsparumo smūgiams – Charpy bandymai paprastai atliekami esant –29 laipsnių ir žemesnei temperatūrai. Aukštos temperatūros klasės (X, Y) reikalauja, kad lydinys išlaikytų naudingą stiprumą, kai tempimo bandymai karštoje aukštoje temperatūroje atliekami 180 laipsnių kampu X klasei ir 345 laipsnių Y klasei. Nikelio lydiniai išlaiko stiprumą temperatūroje daug geriau nei dauguma nerūdijančio plieno, todėl jie dominuoja HPHT įrangoje.

4 - lentelė API 6A darbinio slėgio įvertinimai (šaltinis: API 6A paaiškinimas, Jiangsu Wellhead Drilling Equipment Co.)

Kodėl svarbus spaudimas.Aukštesni įvertinimai reiškia storesnes dalis, didesnius stiprumo reikalavimus ir sunkesnį neardomąjį patikrinimą. 20 000 psi kėbulo negalima pagaminti ir patikrinti taip pat, kaip 2 000 psi kėbulo – kalimo planas, terminis apdorojimas ir ultragarsinis tyrimas sugriežtėja, kai reitingas didėja.

Ką iš tikrųjų apima API 6A kalimo kvalifikacijos patikrinimas?

Kvalifikacija yra įrodymas, o ne popierius. Kaltinys yra kvalifikuotas, kai įrodyta, kad jo chemija, kalimo procesas, terminis apdorojimas, mechaninės savybės ir neardomasis tyrimas atitinka klasės, PSL ir temperatūros reikalavimus – remdamasis įrašais auditorius gali atsekti pradinę metalo šilumą.

1 - veiksmas Lydymas ir gryninimas.API 6A slėginės dalys prasideda nuo visiškai užmušto smulkiagrūdžio plieno, išlydyto elektrinėje krosnyje, bazinėje deguonies krosnyje arba indukcinėje krosnyje, po to atliekamas antrinis rafinavimas, pvz., vakuuminis degazavimas, AOD, ESR arba VAR. PSL 4 atveju lydymosi praktika turi būti dokumentuojama ir pranešta.

2 - veiksmas. Plano kalimas ir sumažinimas.Karštas kalimas turi atitikti dokumentais pagrįstą planą, kuriame nurodomi kalimo etapai ir sumažinimas kiekviename etape. Bendras minimumas yra 3:1 ploto sumažinimas nuo luito iki gatavo kalimo, kai grūdų srautas vyksta lygiagrečiai ašiniam ilgiui. Taip kaltinė konstrukcija – priežastis, dėl kurios mes apskritai kalti – garantuojama.

3 - veiksmas terminis apdorojimas su kvalifikacijos testo kuponais (QTC).Kiekviena terminio apdorojimo partija atitinka kvalifikacijos testo kuponus (QTC), apdorojamus toje pačioje krosnyje ir gesinimo bake kaip ir gamybos dalys. Kupono lygiavertis turas – būdas suderinti aušinimo greitį su sekcijos dydžiu – turi būti lygus arba didesnis už jį atitinkančią dalį. Gesinimo terpės temperatūra kontroliuojama, pavyzdžiui, vandens arba polimero temperatūra gesinimo pradžioje yra 38 laipsniai arba žemesnė.

4 - veiksmas Mechaninis bandymas.Atliekant kuponus atliekami tempimo bandymai (0,2 % poslinkio išeiga), Charpy V formos smūgio bandymai (paprastai esant –29 laipsniams, kai mažiausia vidutinė absorbuota energija yra apie 20 J skersine kryptimi ir 27 J išilgine kryptimi) ir kietumo tyrimai. Nuosavybės pavadinimai nuo 60K iki 105K apibrėžia reikiamus stiprumus. PSL 2 ir naujesnėms versijoms kietumas tikrinamas 100 % gaminamų dalių.

5 - veiksmas Neardomasis tyrimas (NDE).Ultragarsinis bandymas (UT) pagal ASTM A388 patvirtina vidinį patikimumą; jautrumas nustatomas plokščiadugnės skylės (FBH) nuorodomis, kurios veržiasi, kai PSL pakyla, pavyzdžiui, 1,6 mm FBH sienelių storiui iki 38 mm, 3,2 mm nuo 38 iki 150 mm ir 6,4 mm virš 150 mm. Magnetinių dalelių (MT) ir skysčio skvarbos (PT) tyrimo dangos paviršiai. NDE darbuotojai turi būti kvalifikuoti pagal ISO 9712 arba ASNT SNT-TC-1A.

6 - veiksmas Atsekamumas.Kiekviena baigta dalis turi būti atsekta iki jos šilumos skaičiaus, naudojant gamyklos sertifikatus, terminio apdorojimo įrašus, bandymų ataskaitas ir NDE ataskaitas. Jei trūksta kokios nors nuorodos, dalis nėra kvalifikuota.

Už kalimo.Aukšto vientisumo paslaugai kvalifikacija neapsiriboja kalimu. Jei naudojama CRA danga – leidžiama HH klasės drėgniems paviršiams – suvirinimo perdangos procedūra ir suvirintojai taip pat turi būti kvalifikuoti, atliekant perdangos, karščio paveiktos zonos ir netauriųjų metalų kietumo tyrimus.

PR1 ir PR2 - kuo skiriasi API 6A našumo kvalifikacija?

PR1 ir PR2 yra du API 6A našumo reikalavimų lygiai. PR1 yra pradinė linija – standartiniai hidrostatiniai, sėdynės ir dujų bandymai, įrodantys, kad dalis palaiko slėgį. PR2 yra išplėstinis patvirtinimo būdas, apibrėžtas F priede – slėgio ciklas, temperatūros ciklas ir sandarinimo bandymai, įrodantys, kad konstrukcija išgyvena ilgus realius veikimo ciklus.

Ką apima PR1.Hidrostatinis korpuso bandymas esant reikiamam slėgiui, vožtuvų lizdo sandarumo bandymas ir dujų sandariklio bandymas, kai to reikalauja PSL. Tai yra numatytasis daugelio standartinių komponentų lygis.

Ką prideda PR2.Prie F projekto patvirtinimo pridedama: jėgos arba sukimo momento matavimas eksploatacijos metu; dinaminis ciklas – paprastai apie 160 ciklų esant didžiausiam slėgio skirtumui; maksimalios ir minimalios temperatūros ciklas, paprastai po 20 ciklų kiekviename kraštutinume; slėgio ir temperatūros ciklas; ir aplinkos sandarumo bandymai. Dujos dažniausiai naudojamos kaip kritinių sandariklių bandymo terpė.

Kai PR2 yra privalomas.Paviršinio ir povandeninio apsauginio vožtuvo (SSV, USV) ir priešslėgio vožtuvo (BSDV) konstrukcijos turi atitikti PR2, o operatoriai paprastai nurodo PR2 HPHT ir giliavandeniai įrangai.

Svarbus skirtumas.PR2 patvirtina dizainą, o ne kiekvieną atskirą dalį. Gamybinės dalys vis dar atlieka įprastinius priėmimo testus – PR2 išbandytas prototipas įrodo, kad dizainas gali išlikti; gamybos bandymai įrodo, kad ši dalis buvo pagaminta teisingai.

Paprasta analogija.Pagalvokite apie PR1 kaip vairuotojo pažymėjimo egzaminą, o PR2 - kaip apie lenktynių sertifikatą: vienas įrodo, kad mokate vairuoti; kitas įrodo, kad galite išgyventi ekstremaliomis sąlygomis.

Ko reikalaujama pagal NACE MR0175/ISO 15156 standartus atitinkančių paslaugų kvalifikaciją?

DD, EE, FF ir HH medžiagų klasėms slėgio ribinės dalys turi atitikti NACE MR0175/ISO 15156 - tarptautinį medžiagų standartą, taikomą aplinkoje, kurioje yra H2S. Jis riboja chemiją, kietumą ir mikrostruktūrą, todėl metalas negali įtrūkti veikiamas vandenilio sulfido.

Kodėl ji egzistuoja.Naudojant šlapią H2S, paprasti plienai gali sugesti dėl sulfido įtempių įtrūkimų (SSC), įtempių korozijos įtrūkimų (SCC) arba vandenilio sukelto įtrūkimo (HIC) – staigių, katastrofiškų gedimų režimų, kurie gali atsirasti gerokai žemiau medžiagos įprasto stiprumo ribos.

Kaip sudarytas standartas.1 dalyje pateikiami bendrieji įtrūkimams atsparių medžiagų parinkimo principai. 2 dalis apima anglinį ir mažai legiruotą plieną (ir ketų): ji riboja kietumą – daugumos anglies ir mažai legiruotų rūšių ribos yra iki maždaug 22 HRC – ir nustatomi mikrostruktūriniai ir apdorojimo kontrolė, siekiant atsparumo SSC ir HIC. 3 dalis apima korozijai atsparius lydinius: joje apibrėžiami priimtini temperatūros, H2S dalinio slėgio, chlorido koncentracijos ir pH langai kiekvienai lydinių šeimai, pvz., sąlygos, kuriomis yra priimtinos 316L, dvipusės klasės arba 718 lydinys.

Kaip įrodoma kvalifikacija.Gaminių dalių ir suvirinimo sluoksnių kietumo tyrimai (paprastai Vickers bandymai atliekami keliose perdangos vietose, karščio paveiktoje zonoje ir netauriajame metale), taip pat, jei reikia, SSC bandymai pagal NACE TM0177 ir HIC bandymai pagal NACE TM0284. Rezultatai turi būti dokumentuojami ir atsekami.

Praktiškas išsinešimui."Nerūdijantis plienas" nėra automatiškai saugus rūgti. Austenitinė klasė gali būti visiškai priimtina viename šulinyje ir nepriimtina kitame, atsižvelgiant į temperatūrą, H2S dalinį slėgį, chloridus ir pH. Būtent todėl API 6A medžiagų klasė turi būti nurodyta kartu su aplinka.

Kaip galite patikrinti, ar kalimo tiekėjas tikrai atitinka API 6A reikalavimus?

Patikrinkite tris dalykus ir tada patikrinkite dokumentus. Pirma, tiekėjas turi API monogramos licenciją, kurios taikymo sritis apima jūsų perkamą produktą. Antra, kokybės valdymo sistema sertifikuota pagal API Q1 arba ISO 9001. Trečia, pats kalimo procesas yra kvalifikuotas pagal API 20B atviro štampavimo kaltiniams arba API 20C, skirtiems uždariems kaltiniams. Tada patikrinkite, ar dokumentai atitinka metalą.

API 20B ir API 20C paaiškinta.API 20B valdo atviros formos kaltinius – dideles, paprastas formas, kaltas tarp plokščių arba forminių štampų. API 20C valdo uždarų štampų kaltinius – sudėtingas beveik tinklines formas, pagamintas uždaruose atspaudų štampuose. Abiems reikalingos dokumentuotos medžiagos specifikacijos, kvalifikuoti procesai, atsekamumas ir NDE. Tiekėjas, teigiantis API 6A pajėgumą, neturintis 20B/20C proceso kvalifikacijos, turi silpnesnę istoriją.

Ką nurodyti pirkimo užsakyme – penki parametrai.Įrangos tipas; darbinio slėgio įvertinimas; temperatūros klasė; medžiagų klasė; ir PSL lygiu. Praleidus bet kurį iš jų, tiekėjas gali laisvai pasirinkti pigiausią suderinamą parinktį.

Raudonos vėliavėlės dokumentuose.Medžiagų bandymų ataskaitos (MTR), nesusijusios su šilumos skaičiais; nėra QTC įrašų, susiejančių kuponą su gamybos partija; kietumo vertės už nurodyto diapazono ribų; „kaltinės“ dalys su liejamos mikrostruktūros arba be grūdelių srauto požymių; trūksta UT/MT/PT ataskaitų; ir NDE sertifikatus iš nekvalifikuoto personalo.

Trečiosios šalies patikrinimas.Jei naudojate PSL 3 ir PSL 4, pasinaudokite trečiosios šalies tikrinimo agentūra, kad patikrintumėte gamyklos priėmimo testus ir prieš išsiųsdami peržiūrėkite visą dokumentų paketą.

Dažnai užduodami klausimai

Medžiagos klasė (AA–HH) yra techninės priežiūros reikalavimas – tai, kam detalė turi atsispirti. Medžiagų grupė arba klasė (pavyzdžiui, 410, F6NM, 625 arba 718) yra konkretus lydinys, pasirinktas, kad atitiktų šį reikalavimą. Vieną klasę gali patenkinti keli skirtingi lydiniai, o vienas lydinys gali būti keliose klasėse.

Ar 316 nerūdijantis plienas yra priimtinas API 6A rūgštinei paslaugai?

Tik ISO 15156-3 apibrėžtose ribose. Austenitiniai nerūdijantys plienai, tokie kaip 316/316L, yra priimtini naudoti tik tam tikruose temperatūros, H2S dalinio slėgio, chlorido koncentracijos ir pH languose. Tai nėra antklodė „taip“.

Ką API 6A reiškia HH?

HH yra aukščiausia rūgščių aptarnavimo medžiagų klasė. Kėbulas ir vidinis slėgį reguliuojančios dalys turi naudoti korozijai atsparų lydinį (CRA) ant visų sulaikytų skysčio sudrėkintų paviršių; Leidžiama CRA danga iš mažai legiruoto arba nerūdijančio plieno.

Ar anglinis plienas gali būti naudojamas HH įrangoje?

Ne ant skysčiu sudrėkintų paviršių – sudrėkintas paviršius turi būti CRA. Leidžiamas mažai legiruoto arba anglinio plieno pagrindas su CRA danga.

Kas yra PSL 3G?

PSL reiškia produkto specifikacijos lygį (1, 2, 3, 3G, 4). PSL 3G yra PSL 3 plius privalomas visų slėgio turinčių tarpiklių ir lizdų dujų bandymas – paprastai nurodomas HPHT ir giliavandeniams įrenginiams.

Kurio komponento reikia PR1 ar PR2 -?

Tai priklauso nuo komponento ir paslaugos. PR2 yra privalomas apsauginių vožtuvų ir priešslėgio vožtuvų konstrukcijoms ir įprastai nurodomas HPHT ir kritinės priežiūros įrangai. Standartiniams komponentams gali pakakti PR1 ir būtinų PSL testų – patvirtinkite operatorių arba projekto specifikaciją.

Kuo skiriasi API 20B ir API 20C?

Abi yra API specifikacijos, skirtos kvalifikuotiems kalimo tiekėjams. API 20B dengia atviros formos kaltinius (didelių, paprastų formų); API 20C dengia uždarus kaltinius (sudėtingos beveik tinklinės formos). Daugelis tiekėjų turi vieną arba abu, priklausomai nuo jų produktų asortimento.