Öljy- ja kaasuseoskomponenttien taonta: API 6A -materiaaliluokat ja pätevyystestaus

API 6Aon eritelmä, joka päättää, onko taottu kaivonpääkomponentti hyväksyttävä missä tahansa öljy- ja kaasuteollisuudessa. Jos yrityksesi takoo tai ostaa ruostumattomasta teräksestä tai nikkeliseoksesta valmistettuja osia kaivonpäihin, joulukuusiin, venttiileihin tai kuristimiin, tässä artikkelissa selitetään materiaaliluokat, seokset ja pätevyystestit, jotka erottavat hyväksytyt komponentit hylätyistä komponenteista.

Vastaamme yhdeksään käytännön kysymykseen: mikä API 6A on ja miksi sillä on merkitystä; mitä seitsemän materiaaliluokkaa (AA - HH) tarkoittavat; kuinka vertailla ruostumattomia teräksiä ja nikkeliseoksia; kuinka lämpötila- ja painearvot rajoittavat valintaa; mitä taontapätevyys todellisuudessa sisältää; miten PR1- ja PR2-testaus eroavat toisistaan; mitä NACE MR0175/ISO 15156 lähdepalvelun pätevyys edellyttää; kuinka varmistaa toimittajan valtakirjat; ja kysymykset, joita ostajat kysyvät useimmiten. Lähdeluettelo sulkee artikkelin, jotta jokainen keskeinen väite voidaan jäljittää.

Mikä on API 6A, ja miksi se hallitsee taotut kaivonpääkomponentit?

API 6A – Specification for Wellhead and Tree Equipment, jonka on julkaissut American Petroleum Institute – asettaa vähimmäisvaatimukset kaivonpää- ja joulukuusilaitteiden suunnittelulle, materiaaleille, valmistukselle, testaukselle ja dokumentoinnille. Se on tällä hetkellä 21. painosssaan (marraskuu 2018), sitä ylläpidetään lisäysten avulla, ja se vastaa teknisesti kansainvälistä ISO 10423 -standardia.

Erittely kattaa kaivon päällä sijoitettavat painetta sisältävät ja paineensäätölaitteet: kotelon päät ja puolat, letkupäät ja puolat, joulukuuset, portti-, takaisku- ja tulppaventtiilit, kuristimet, kotelon ja putkien ripustimet sekä liittimet ja laipat. Jokaisen näistä osista on säilytettävä porauspaine ja vastustettava sen läpi virtaavia nesteitä - usein vuosikymmeniä.

Taotut komponentit valmistetaan kuumamuodostamalla kiinteää metallia vasaroilla tai puristimilla. Tämä prosessi sulkee sisäisiä aukkoja, jalostaa raerakennetta ja luo suunnatun raevirtauksen kappaleen muotoa pitkin - juuri ne ominaisuudet, joita painepitoiset osat tarvitsevat. Siksi rungot, konepellit, ripustimet ja liittimet määritellään yleensä takomuksiksi valukappaleiden sijaan.

Laitteissa, jotka täyttävät API 6A, voi olla API-monogrammi, mikä tarkoittaa, että valmistajalla on lisenssi ja API auditoi sen. Taontatoimittajalle tämä lisenssi kattaa koko ketjun - sulatuksen, taontamisen, lämpökäsittelyn, testauksen ja jäljitettävyyden - ei vain seoskemian.

Mitkä ovat seitsemän API 6A -materiaaliluokkaa ja minkä komponenttisi tarvitsee?

API 6A määrittelee seitsemän materiaaliluokkaa - AA, BB ja CC yleispalvelua varten ja DD, EE, FF ja HH hapan palvelua varten. Luokka asettaa vähimmäismateriaalivaatimukset kahdelle osaryhmälle: painetta sisältävälle rungolle (runko, konepelti, pääty- ja ulostuloliitännät) ja sisäisille painetta sääteleville osille (karan ripustimet, venttiilin reiän tiivistysmekanismit, kuristimen verhoilu ja varret).

Taulukko 1 - API 6A -materiaaliluokat (per API 6A / ISO 10423; lähde: Introduction to API Specification 6A, Cameron/Schlumberger)

Taulukon lukeminen.Selkeällä kielellä luokat AA–CC on tarkoitettu kaivoille, joissa rikkivety ei ole ongelma; luokat DD - HH ovat hapan palvelua varten, jossa H2S voi saada tavallisen teräksen äkillisesti halkeilemaan. HH on vaativin luokka: nestemäisten pintojen tulee olla korroosionkestävää metalliseosta (CRA).

Kaksi pistettä ostajat usein kaipaavat.Ensinnäkin materiaaliluokka ei ole yksittäinen metalli - se on vaatimus, jonka taontavalmistaja täyttää valitsemalla sopivan laadun ja testaamalla sen. Toiseksi luokkien DD, EE, FF ja HH painerajaosien on oltava myös NACE MR0175/ISO 15156 -standardin, H2S-ympäristöjen alan standardin mukaisia ​​(katso alla oleva huolto-osio).

Hyödyllinen yksityiskohta.HH:ta varten CRA vaaditaan vain nestemäisillä pinnoilla; Vähäseosteisesta tai ruostumattomasta teräksestä valmistettu CRA-verhous on sallittu. Tämä on tapa, jolla monet valmistajat hallitsevat kustannuksia ja pitävät kostuneen pinnan turvallisena.

Yksinkertainen analogia.Ajattele materiaaliluokkia rakennuksen turvallisuustasoina: AA on normaali toimisto, HH on vaarallisia kemikaaleja käsittelevä laboratorio. Kemiallista laboratoriota ei rakentaisi samoista materiaaleista kuin toimistoa, eikä hapankaivoa kannata määritellä yleispalvelun materiaaleihin.

Ruostumaton teräs vai nikkeliseos? Kuinka verrata seoksia API 6A -takoille

Valinta riippuu neljästä kysymyksestä: Sisältääkö ympäristö H2S:ää? Kuinka kuuma kaivo on ja kuinka paljon kloridia on nesteessä? Mitä vahvuutta osa vaatii? Ja mikä on hyväksyttävä hinta? Käytännössä martensiittiset ja duplex-ruostumattomat teräkset kattavat useimmat pintasovellukset; nikkeliseokset on varattu kaikkein syövyttävimpiin, kuumimpiin tai lujimpiin tehtäviin - erityisesti HH-luokan ja HPHT-laitteisiin.

Taulukko 2 - Yleiset taontaseokset API 6A -palvelulle ja kuhunkin niistä sopii

Kuinka lukea taulukkoa.UNS-numerot ovat yleisiä seosten tunnisteita (S=ruostumaton teräs, N=nikkelipohjainen). API-ominaisuusmerkinnät 60K, 75K, 100K ja 105K viittaavat pienimpään myötölujuuteen tuhansissa psi:issä – 75K:n takomisen on kestettävä vähintään 75 000 psi.

Käytännön nyrkkisääntö.Hiili- ja niukkaseosteiset teräkset ovat vahvoja ja halpoja, mutta syöpyviä; martensiittiset ruostumattomat teräkset (410, F6NM) lisäävät korroosionkestävyyttä ja ovat yleisen palvelun työhevosia; duplex-laadut (22Cr, 25Cr) lisäävät pistesyöpymis- ja halkeilukestävyyttä hapanta palvelua varten; nikkeliseokset (625, 718, 825, K-500, C-276) tarjoavat korkeimman korroosionkestävyyden ja ikääntymiskarkaisttuna suurimman lujuuden - korkeimmalla hinnalla.

Vielä yksi tekninen pointti.Painetta sisältäviin ja painetta sääteleviin osiin käytettyjä ikääntymiskarkaistuja nikkelipohjaisia ​​seoksia käsitellään erillisessä API-standardissa API 6ACRA. Jos suunnittelusi perustuu erittäin lujaan metalliseokseen 718, pätevyys noudattaa tätä reittiä pelkän perusseostaulukon sijaan.

Miten API 6A:n lämpötila- ja paineluokitukset rajoittavat metalliseoksen valintaa?

API 6A -osissa on oltava kolme yhdessä toimivaa asiaa: lämpötilaluokka, paineluokitus ja materiaaliluokka. Lämpötilaluokat vaihtelevat arktisesta -60 asteen palvelusta äärimmäiseen HPHT-palveluun 343 asteessa; työpaineet vaihtelevat välillä 2000 - 20000 psi. Yhdessä he päättävät, mitkä seokset, lämpökäsittelyt ja testit ovat hyväksyttäviä.

Taulukko 3 - API 6A -lämpötilaluokat (K–V API-spesifikaatiota 6A kohti; X–Y API 6A HPHT-käytäntöä kohti, BHEL TDC)

Yhdistetyt arvosanat.Lämpötilaluokkia voidaan yhdistää luokituksen laajentamiseksi. Yleinen kaivonpääventtiilin arvo on P+U, mikä tarkoittaa, että suunnittelu kattaa −20 - +250 astetta F (−29 - +121 astetta).

Miksi lämpötilalla on merkitystä takomiselle.Low-temperature classes (K, L) demand impact toughness - Charpy tests are typically run at −29 ℃ and below. High-temperature classes (X, Y) demand that the alloy keeps usable strength when hot - elevated-temperature tensile tests are run at 180 ℃ for class X and 345 ℃ for class Y. Nickel alloys hold strength at temperature far better than most stainless steels, which is why they dominate HPHT equipment.

Taulukko 4 - API 6A:n käyttöpaineluokitukset (lähde: API 6A selittäjä, Jiangsu Wellhead Drilling Equipment Co.)

Miksi paineella on väliä.Korkeammat arvot tarkoittavat paksumpia osia, korkeampia lujuusvaatimuksia ja ankarampaa ainetta rikkomatonta tarkastusta. 20 000 psi:n kappaletta ei voida valmistaa ja todentaa samalla tavalla kuin 2 000 psi:n kappaletta – taontasuunnitelma, lämpökäsittely ja ultraäänitutkimus kiristyvät arvosanan noustessa.

Mitä API 6A -takauksen pätevyystestaus käytännössä sisältää?

Pätevyys on todiste, ei paperityötä. Taonta on kelpuutettu, kun sen kemia, taontaprosessi, lämpökäsittely, mekaaniset ominaisuudet ja ainetta rikkomaton tarkastus on kaikki osoitettu täyttävän luokka-, PSL- ja lämpötilavaatimukset - asiakirjoilla, jonka tarkastaja voi jäljittää metallin alkuperäiseen lämpöön.

Vaihe 1 - Sulatus ja jalostus.API 6A paineosat alkavat täysin tapetusta, hienorakeisesta teräksestä, joka on sulatettu sähköuunissa, perushappiuunissa tai induktiouunissa, mitä seuraa toissijainen jalostus, kuten tyhjiökaasunpoisto, AOD, ESR tai VAR. PSL 4:n sulatuskäytäntö on dokumentoitava ja raportoitava.

Vaihe 2 - Takosuunnitelma ja vähennys.Kuumataontauksen on noudatettava dokumentoitua suunnitelmaa, joka näyttää takomisen vaiheet ja pienennyksen kussakin vaiheessa. Yleinen minimi on pinta-alan pienentäminen 3:1 harkon ja valmiin taon välillä, kun raevirtaus kulkee samansuuntaisesti aksiaalisen pituuden kanssa. Näin taottu rakenne - miksi me takomme - on taattu.

Vaihe 3 - Lämpökäsittely pätevyystestikupongeilla (QTC).Jokainen lämpökäsittelyerä on hyväksytty Qualification Test Coupons (QTC) -kupongilla, joka on käsitelty samassa uunissa ja sammutussäiliössä kuin tuotantoosat. Kupongin vastaavan kierroksen - tapa sovittaa jäähdytysnopeus osan kokoon - on oltava yhtä suuri tai suurempi kuin se osa, jonka se täyttää. Sammutusväliaineen lämpötiloja valvotaan, esimerkiksi vesi tai polymeeri 38 astetta tai sen alle sammutuksen alussa.

Vaihe 4 - Mekaaninen testaus.Vetokokeet (0,2 % offset-saanto), Charpyn V-lovi-iskutestit (tyypillisesti -29 asteessa, vähintään keskimääräinen absorboitunut energia noin 20 J poikittaissuunnassa ja 27 J pituussuunnassa) ja kovuusmittaukset suoritetaan kuponkeille. Kiinteistöjen nimet 60K - 105K määrittelevät vaaditut vahvuudet. PSL 2:ssa ja sitä uudemmissa kovuus tarkastetaan 100 % tuotantoosista.

Vaihe 5 - Rikkomaton tutkimus (NDE).Ultraäänitestaus (UT) ASTM A388:n mukaan varmistaa sisäisen luotettavuuden; Herkkyys asetetaan tasapohjaisilla rei'illä (FBH), jotka kiristyvät PSL:n noustessa - esimerkiksi 1,6 mm FBH seinämäpaksuuksille 38 mm asti, 3,2 mm 38 - 150 mm ja 6,4 mm yli 150 mm. Magneettiset hiukkaset (MT) ja nestettä tunkeutuvat (PT) tutkimukset peittävät pinnat. NDE-henkilöstön on oltava ISO 9712- tai ASNT SNT-TC-1A -pätevyys.

Vaihe 6 - Jäljitettävyys.Jokaisen valmiin osan on jäljitettävä lämpönumeronsa myllysertifikaattien, lämpökäsittelytietueiden, testiraporttien ja NDE-raporttien avulla. Jos jokin linkki puuttuu, osa ei ole hyväksytty.

Takon lisäksi.Korkean eheyden palvelun pätevyys ei pysähdy takomiseen. Jos käytetään CRA-pinnoitetta - sallittu HH-luokan kostutetuille pinnoille - myös hitsauspäällystysmenettelyn ja hitsaajien on oltava päteviä ja kovuusmittaukset päällysteen, lämpövaikutusten vyöhykkeen ja epäjalometallin poikki.

PR1 vs. PR2 - mitä eroa on API 6A:n suorituskyvyn hyväksymisessä?

PR1 ja PR2 ovat kaksi suorituskykyvaatimustasoa API 6A:ssa. PR1 on lähtötaso – standardi hydrostaattiset, istuin- ja kaasutestit, jotka osoittavat osan kestävän painetta. PR2 on liitteessä F määritelty laajennettu validointireitti - painejaksot, lämpötilajaksot ja tiivistetestit, jotka osoittavat, että malli kestää vuosia todellisia käyttösyklejä.

Mitä PR1 sisältää.Hydrostaattinen kuoren testaus vaaditulla paineella, tiivisteen vuototestaus venttiileille ja kaasutiivistetestaus, jos PSL sitä vaatii. Se on useimpien standardikomponenttien oletustaso.

Mitä PR2 lisää.Liitteen F suunnittelun validointi lisää: voiman tai vääntömomentin mittaus käytön aikana; dynaaminen sykli - tyypillisesti noin 160 sykliä suurimmalla porauspaine-erolla; maksimi- ja minimilämpötilajaksot, tyypillisesti 20 sykliä kussakin ääripäässä; paine-lämpötila-kierto; ja ympäristön tiivistetestit. Kaasua käytetään yleisesti kriittisten tiivisteiden testiväliaineena.

Kun PR2 on pakollinen.Pinta- ja vedenalainen varoventtiili (SSV, USV) ja vastapaineventtiili (BSDV) on suunniteltu täyttämään PR2, ja käyttäjät määrittävät rutiininomaisesti PR2:n HPHT- ja syvänmeren laitteille.

Tärkeä ero.PR2 vahvistaa suunnittelun, ei jokaista yksittäistä osaa. Tuotantoosat saavat edelleen rutiinihyväksyntätestauksensa - PR2-testattu prototyyppi todistaa, että suunnittelu voi selviytyä; tuotantotestit osoittavat, että tämä osa on valmistettu oikein.

Yksinkertainen analogia.Ajattele PR1:tä ajokorttikokeena ja PR2:ta kilpa-todistuksena: yksi todistaa, että osaat ajaa; toinen todistaa, että selviät äärimmäisistä olosuhteissa.

Mitä NACE MR0175/ISO 15156 -standardin mukainen happaman palvelun pätevyys edellyttää?

Materiaaliluokissa DD, EE, FF ja HH painerajaosien on täytettävä NACE MR0175/ISO 15156 - kansainvälinen standardi H2S-pitoisissa ympäristöissä oleville materiaaleille. Se rajoittaa kemiaa, kovuutta ja mikrorakennetta, joten metalli ei voi halkeilla joutuessaan alttiiksi vetysulfidille.

Miksi se on olemassa.Märkä-H2S-käytössä tavalliset teräkset voivat rikkoutua sulfidijännityshalkeilulla (SSC), jännityskorroosiohalkeilulla (SCC) tai vety-induced cracking (HIC) - äkillisillä, katastrofaalisilla murtumistiloilla, jotka voivat ilmetä selvästi materiaalin normaalin lujuusrajan alapuolella.

Miten standardi rakentuu.Osassa 1 esitetään yleiset periaatteet halkeilua kestävien materiaalien valinnassa. Osa 2 kattaa hiili- ja niukkaseosteiset teräkset (ja valuraudat): se rajoittaa kovuutta - useimpien hiili- ja niukkaseosteisten laatujen raja on noin 22 HRC - ja asettaa mikrorakenteen ja prosessoinnin säädöt SSC:n ja HIC:n vastustamiseksi. Osa 3 kattaa korroosionkestävät seokset: se määrittelee hyväksyttävät lämpötilan, H2S-osapaineen, kloridipitoisuuden ja pH:n ikkunat kullekin seosperheelle – esimerkiksi olosuhteet, joissa 316L, duplex-laadut tai Alloy 718 ovat hyväksyttäviä.

Kuinka pätevyys osoitetaan.Tuotantoosien ja hitsauspäällystysten kovuustutkimukset (yleensä Vickers-testaus useissa paikoissa päällysteen, lämmön vaikutuksen alaisen vyöhykkeen ja perusmetallin poikki) sekä tarvittaessa SSC-testaus NACE TM0177:n mukaisesti ja HIC-testaus NACE TM0284:n mukaan. Tulokset on dokumentoitava ja jäljitettävissä.

Käytännöllinen takeaway."Rostumaton teräs" ei ole automaattisesti hapankestävä. Austeniittinen laatu voi olla täysin hyväksyttävä yhdessä kaivossa ja ei hyväksyttävä toisessa riippuen lämpötilasta, H2S:n osapaineesta, klorideista ja pH:sta. Juuri siksi API 6A -materiaaliluokka on määritettävä yhdessä ympäristön kanssa.

Kuinka voit varmistaa, että taontatoimittaja on todella API 6A -hyväksytty?

Tarkista kolme asiaa ja tarkasta sitten asiakirjat. Ensinnäkin toimittajalla on API-monogrammilisenssi, jonka soveltamisala kattaa ostamasi tuotteen. Toiseksi laadunhallintajärjestelmä on sertifioitu API Q1:n tai ISO 9001:n mukaan. Kolmanneksi itse taontaprosessi on sertifioitu API 20B:n vaatimuksiin avosuutetuille tai API 20C:lle suljetuille takomoille. Varmista sitten, että paperit vastaavat metallia.

API 20B ja API 20C selitetty.API 20B hallitsee avoimien muotoiltuja takeita – suuria, yksinkertaisia ​​muotoja, jotka on taottu litteiden tai muotoiltujen muottien väliin. API 20C hallitsee suljettuja takomalleja - monimutkaisia ​​lähes verkkomuotoja, jotka on valmistettu suljetuissa painatusmuotteissa. Molemmat vaativat dokumentoidut materiaalispesifikaatiot, hyväksytyt prosessit, jäljitettävyyden ja NDE:n. Toimittajalla, joka väittää API 6A -valmiuden ilman 20B/20C-prosessin hyväksyntää, on heikompi tarina.

Mitä ostotilauksessa on ilmoitettava - viisi parametria.Laitteen tyyppi; työpaineluokitus; lämpötilaluokka; materiaaliluokka; ja PSL-tasolla. Jos jokin niistä jätetään pois, toimittaja voi valita oletusarvoisesti halvimman yhteensopivan vaihtoehdon.

Punaiset liput dokumentaatiossa.Materiaalitestausraportit (MTR), jotka eivät sido lämpölukuihin; ei QTC-tietueita, jotka yhdistävät kupongin tuotantoerään; kovuusarvot määritellyn alueen ulkopuolella; "taotut" osat, joissa on valettu mikrorakenne tai ei raevirtausta; puuttuvat UT/MT/PT-raportit; ja NDE-sertifikaatit pätemättömältä henkilökunnalta.

Kolmannen osapuolen tarkastus.Käytä PSL 3:n ja PSL 4:n osalta kolmannen osapuolen tarkastusvirastoa todistamaan tehtaan hyväksyntätestejä ja tarkista koko dokumentaatiopaketti ennen lähettämistä.

Usein kysytyt kysymykset

Materiaaliluokka (AA - HH) on huoltovaatimus - mitä osan on kestettävä. Materiaaliryhmä tai laatu (esimerkiksi 410, F6NM, 625 tai 718) on erityinen seos, joka on valittu täyttämään tämän vaatimuksen. Yhtä luokkaa voi täyttää useat eri metalliseokset, ja yksi metalliseos voi esiintyä useissa luokissa.

Onko 316 ruostumaton teräs hyväksyttävä API 6A hapan palveluun?

Vain ISO 15156-3:n määrittelemissä rajoissa. Austeniittiset ruostumattomat teräkset, kuten 316/316L, ovat hyväksyttäviä happamaan käyttöön vain tietyissä lämpötila-, H2S-osapaine-, kloridi- ja pH-ikkunoissa. Se ei ole peitto "kyllä".

Mitä HH tarkoittaa API 6A:ssa?

HH on korkein happaman palvelun materiaaliluokka. Rungon ja sisäisten painetta säätelevien osien on käytettävä korroosionkestävää metalliseosta (CRA) kaikilla nesteen kostutetuilla pinnoilla; Vähäseosteisesta tai ruostumattomasta teräksestä valmistettu CRA-verhous on sallittu.

Voidaanko hiiliterästä käyttää HH-laitteissa?

Ei kerääntyneen nesteen kastelemille pinnoille - kostutetun pinnan tulee olla CRA. Vähäseosteinen tai hiiliteräsjalusta CRA-verhouksella on sallittu.

Mikä on PSL 3G?

PSL on lyhenne sanoista Product Specification Level (1, 2, 3, 3G, 4). PSL 3G on PSL 3 plus pakollinen kaasutestaus kaikille painetta sisältäville tiivisteille ja istukkaille - tyypillisesti määritetty HPHT- ja syvänmeren sovelluksiin.

PR1 tai PR2 - kumpi komponentti tarvitsee?

Se riippuu komponentista ja palvelusta. PR2 on pakollinen varoventtiilien ja vastapaineventtiilien malleissa, ja se määritetään rutiininomaisesti HPHT- ja kriittisten huoltolaitteiden käyttöön. Vakiokomponenteille PR1 ja vaaditut PSL-testit voivat riittää - varmista operaattorilta tai projektin tiedoista.

Mitä eroa on API 20B:llä ja API 20C:llä?

Molemmat ovat API-määrityksiä päteville taontatoimittajille. API 20B kattaa avoimilla muotoiltuja takeita (suuret, yksinkertaiset muodot); API 20C kattaa suljetut takeet (monimutkaiset lähes verkkomuodot). Monilla toimittajilla on toinen tai molemmat, riippuen heidän tuotevalikoimastaan.