Penempaan Komponen Aloi Minyak & Gas: Kelas Bahan API 6A dan Ujian Kelayakan

API 6Aialah spesifikasi yang menentukan sama ada komponen kepala telaga palsu boleh diterima di mana-mana dalam industri minyak dan gas. Jika syarikat anda menempa atau membeli bahagian keluli tahan karat atau aloi nikel untuk kepala telaga, pokok Krismas, injap atau pencekik, artikel ini menerangkan kelas bahan, aloi dan ujian kelayakan yang memisahkan komponen yang diluluskan daripada yang ditolak.

Kami akan menjawab sembilan soalan praktikal: apakah API 6A dan mengapa ia penting; apakah maksud tujuh kelas bahan (AA hingga HH); bagaimana untuk membandingkan keluli tahan karat dan aloi nikel; bagaimana penarafan suhu dan tekanan mengekang pemilihan; apakah kelayakan penempaan sebenarnya melibatkan; bagaimana ujian PR1 dan PR2 berbeza; apa yang diperlukan oleh kelayakan perkhidmatan masam NACE MR0175/ISO 15156; cara mengesahkan kelayakan pembekal; dan soalan yang paling kerap ditanya oleh pembeli. Senarai sumber menutup artikel supaya setiap tuntutan utama dapat dikesan.

Apakah API 6A, dan mengapa ia mengawal komponen kepala telaga palsu?

API 6A - Spesifikasi untuk Peralatan Kepala Telaga dan Pokok, diterbitkan oleh Institut Petroleum Amerika - menetapkan keperluan minimum untuk reka bentuk, bahan, pembuatan, ujian dan dokumentasi peralatan kepala telaga dan pokok Krismas. Ia kini dalam edisi ke-21 (November 2018), diselenggarakan oleh addenda, dan secara teknikal dicerminkan oleh standard antarabangsa ISO 10423.

Spesifikasi meliputi peralatan yang mengandungi tekanan dan kawalan tekanan yang terletak di atas perigi: kepala dan gelendong selongsong, kepala dan gelendong tiub, pokok Krismas, injap selak dan palam pintu pagar, pencekik, penyangkut selongsong dan tiub, serta penyambung dan bebibir. Setiap bahagian ini mesti menahan tekanan lubang telaga dan menahan cecair yang mengalir melaluinya - selalunya selama beberapa dekad.

Komponen palsu dihasilkan oleh logam pepejal ubah bentuk panas dengan tukul atau penekan. Proses ini menutup lompang dalaman, memperhalusi struktur butiran dan mencipta aliran butiran berarah sepanjang bentuk bahagian - betul-betul ciri-ciri yang diperlukan bahagian yang mengandungi tekanan. Itulah sebabnya badan, bonet, penyangkut, dan penyambung biasanya dinyatakan sebagai penempaan dan bukannya tuangan.

Peralatan yang memenuhi API 6A mungkin membawa monogram API, yang bermaksud pengilang memegang lesen dan diaudit oleh API. Bagi pembekal penempaan, lesen itu meliputi keseluruhan rantaian - peleburan, penempaan, rawatan haba, ujian dan kebolehkesanan - bukan hanya kimia aloi.

Apakah tujuh kelas bahan API 6A, dan yang manakah komponen anda perlukan?

API 6A mentakrifkan tujuh kelas bahan - AA, BB dan CC untuk perkhidmatan am dan DD, EE, FF dan HH untuk perkhidmatan masam. Kelas menetapkan keperluan bahan minimum untuk dua kumpulan bahagian: badan yang mengandungi tekanan (badan, bonet, hujung dan sambungan alur keluar) dan bahagian kawalan tekanan dalaman (penyangkut mandrel, mekanisme pengedap lubang injap, trim tercekik dan batang).

Jadual 1 - kelas bahan API 6A (setiap API 6A / ISO 10423; sumber: Pengenalan kepada Spesifikasi API 6A, Cameron/Schlumberger)

Membaca meja.Dalam bahasa biasa, kelas AA hingga CC adalah untuk telaga di mana hidrogen sulfida tidak menjadi masalah; kelas DD hingga HH adalah untuk perkhidmatan masam, di mana H2S boleh membuat keretakan keluli biasa secara tiba-tiba. HH ialah kelas yang paling menuntut: permukaan yang dibasahi bendalir mestilah aloi tahan kakisan (CRA).

Pembeli dua mata sering terlepas.Pertama, kelas bahan bukan logam tunggal - ia adalah keperluan yang mesti dipenuhi oleh pengilang penempaan dengan memilih gred yang sesuai dan membuktikannya dengan ujian. Kedua, untuk kelas DD, EE, FF dan HH, bahagian sempadan tekanan juga mesti mematuhi NACE MR0175/ISO 15156, piawaian industri untuk persekitaran H2S (lihat bahagian perkhidmatan masam di bawah).

Perincian yang berguna.Untuk HH, CRA diperlukan hanya pada permukaan yang dibasahi bendalir yang tertahan; Pelapisan CRA daripada keluli aloi rendah atau keluli tahan karat adalah dibenarkan. Ini adalah laluan yang digunakan oleh banyak pengeluar untuk mengawal kos sambil memastikan permukaan yang dibasahi selamat.

Satu analogi yang mudah.Fikirkan kelas bahan sebagai tahap keselamatan dalam bangunan: AA ialah pejabat biasa, HH ialah makmal yang mengendalikan bahan kimia berbahaya. Anda tidak akan membina makmal kimia dengan bahan yang sama seperti pejabat, dan anda tidak harus menentukan perigi masam dengan bahan perkhidmatan am.

Keluli tahan karat atau aloi nikel? Bagaimana untuk membandingkan aloi untuk penempaan API 6A

Pilihan bergantung kepada empat soalan: Adakah persekitaran mengandungi H2S? Berapa panas telaga dan berapa banyak klorida dalam bendalir? Apakah kekuatan yang diperlukan oleh bahagian itu? Dan apakah kos yang boleh diterima? Dalam amalan, keluli tahan karat martensitik dan dupleks meliputi kebanyakan aplikasi permukaan; aloi nikel dikhaskan untuk tugas yang paling menghakis, paling panas, atau berkekuatan tertinggi - terutamanya peralatan kelas HH dan HPHT.

Jadual 2 - Aloi penempaan biasa untuk perkhidmatan API 6A dan di mana setiap satu sesuai

Cara membaca jadual.Nombor UNS ialah identiti aloi universal (S=keluli tahan karat, N=berasaskan nikel). Penamaan sifat API 60K, 75K, 100K dan 105K merujuk kepada kekuatan hasil minimum dalam ribuan psi - penempaan 75K mesti menghasilkan sekurang-kurangnya 75,000 psi.

Peraturan praktikal.Karbon dan keluli aloi rendah adalah kuat dan murah tetapi menghakis; keluli tahan karat martensit (410, F6NM) menambah rintangan kakisan dan merupakan tenaga kerja perkhidmatan am; gred dupleks (22Cr, 25Cr) menambah rintangan pitting dan retak untuk perkhidmatan masam; aloi nikel (625, 718, 825, K-500, C-276) memberikan rintangan kakisan tertinggi dan, apabila dikeraskan oleh usia, kekuatan tertinggi - pada kos tertinggi.

Satu lagi titik kejuruteraan.Aloi berasaskan nikel yang dikeraskan umur yang digunakan untuk bahagian yang mengandungi tekanan dan mengawal tekanan ditangani oleh standard API khusus, API 6ACRA. Jika reka bentuk anda bergantung pada Alloy 718 berkekuatan tinggi, kelayakan mengikuti laluan itu dan bukannya jadual aloi asas sahaja.

Bagaimanakah penarafan suhu dan tekanan API 6A mengekang pilihan aloi?

Bahagian API 6A mesti ditandakan dengan tiga perkara yang berfungsi bersama: kelas suhu, penilaian tekanan dan kelas bahan. Kelas suhu berjulat daripada perkhidmatan arktik pada −60 darjah kepada perkhidmatan HPHT yang melampau pada 343 darjah ; tekanan kerja berkisar antara 2,000 hingga 20,000 psi. Bersama-sama mereka memutuskan aloi, rawatan haba dan ujian yang boleh diterima.

Jadual 3 - Kelas suhu API 6A (K–V setiap Pengenalan kepada Spesifikasi API 6A; X–Y setiap amalan HPHT API 6A, BHEL TDC)

Penilaian gabungan.Kelas suhu boleh digabungkan untuk meluaskan penilaian. Penarafan injap kepala telaga biasa ialah P+U, yang bermaksud reka bentuk meliputi −20 hingga +250 darjah F (−29 hingga +121 darjah ).

Mengapa suhu penting kepada penempaan.Keliatan impak permintaan kelas suhu rendah (K, L) - Ujian Charpy biasanya dijalankan pada −29 darjah dan ke bawah. Kelas suhu tinggi (X, Y) menuntut aloi mengekalkan kekuatan yang boleh digunakan apabila ujian tegangan suhu tinggi - panas dijalankan pada 180 darjah untuk kelas X dan 345 darjah untuk kelas Y. Aloi nikel memegang kekuatan pada suhu jauh lebih baik daripada kebanyakan keluli tahan karat, itulah sebabnya ia menguasai peralatan HPHT.

Jadual 4 - penarafan tekanan kerja API 6A (sumber: penerang API 6A, Jiangsu Wellhead Drilling Equipment Co.)

Mengapa tekanan penting.Penarafan yang lebih tinggi bermakna bahagian yang lebih tebal, keperluan kekuatan yang lebih tinggi, dan pemeriksaan tidak merosakkan yang lebih teruk. Badan 20,000 psi tidak boleh dihasilkan dan disahkan dengan cara yang sama seperti badan 2,000 psi - pelan penempaan, rawatan haba dan pemeriksaan ultrasonik semuanya mengetatkan apabila penarafan meningkat.

Apakah sebenarnya melibatkan ujian kelayakan penempaan API 6A?

Kelayakan adalah bukti, bukan kertas kerja. Penempaan layak apabila kimianya, proses penempaan, rawatan haba, sifat mekanikal dan pemeriksaan tidak merosakkan semuanya telah ditunjukkan untuk memenuhi keperluan kelas, PSL dan suhu - dengan rekod seorang juruaudit boleh mengesan kembali kepada haba asal logam.

Langkah 1 - Pencairan dan penapisan.Bahagian tekanan API 6A bermula daripada keluli berbutir halus yang telah mati sepenuhnya yang dicairkan dalam relau elektrik, relau oksigen asas atau relau aruhan, diikuti dengan penapisan sekunder seperti penyahgas vakum, AOD, ESR atau VAR. Untuk PSL 4, amalan peleburan mesti didokumenkan dan dilaporkan.

Langkah 2 - Memalsukan pelan dan pengurangan.Penempaan panas mesti mengikut pelan yang didokumenkan yang menunjukkan peringkat penempaan dan pengurangan pada setiap peringkat. Minimum biasa ialah pengurangan 3:1 dalam kawasan dari jongkong kepada penempaan siap, dengan aliran butiran berjalan selari dengan panjang paksi. Ini adalah bagaimana struktur tempa - sebab kami memalsukan sama sekali - dijamin.

Langkah 3 - Rawatan haba dengan Kupon Ujian Kelayakan (QTC).Setiap lot rawatan haba layak dengan Kupon Ujian Kelayakan (QTC) yang diproses dalam relau dan tangki pelindapkejutan yang sama dengan bahagian pengeluaran. Pusingan setara kupon - cara memadankan kadar penyejukan dengan saiz bahagian - mestilah sama atau lebih besar daripada bahagian yang layak. Suhu media pelindapkejutan dikawal, contohnya air atau polimer pada atau di bawah 38 darjah pada permulaan pelindapkejutan.

Langkah 4 - Ujian mekanikal.Ujian tegangan (0.2 % hasil mengimbangi), ujian hentaman Charpy V-notch (biasanya pada −29 darjah , dengan purata tenaga serap minimum kira-kira 20 J dalam arah melintang dan 27 J dalam arah membujur), dan tinjauan kekerasan dijalankan pada kupon. Penetapan harta 60K hingga 105K menentukan kekuatan yang diperlukan. Untuk PSL 2 dan ke atas, kekerasan diperiksa pada 100 % bahagian pengeluaran.

Langkah 5 - Pemeriksaan tidak merosakkan (NDE).Ujian ultrasonik (UT) bagi setiap ASTM A388 mengesahkan kekukuhan dalaman; kepekaan ditetapkan oleh rujukan flat-bottomed-hole (FBH) yang mengetatkan apabila PSL meningkat - contohnya, FBH 1.6 mm untuk ketebalan dinding sehingga 38 mm, 3.2 mm daripada 38 hingga 150 mm dan 6.4 mm melebihi 150 mm. Permukaan penutup pemeriksaan zarah magnet (MT) dan penembus cecair (PT). Kakitangan NDE mesti berkelayakan ISO 9712 atau ASNT SNT-TC-1A.

Langkah 6 - Kebolehkesanan.Setiap bahagian siap mesti menjejak kembali ke nombor habanya melalui sijil kilang, rekod rawatan haba, laporan ujian dan laporan NDE. Jika ada pautan yang hilang, bahagian itu tidak layak.

Di luar penempaan.Untuk perkhidmatan berintegriti tinggi, kelayakan tidak berhenti di pemalsuan. Jika pelapisan CRA digunakan - dibenarkan untuk permukaan basah kelas HH - prosedur tindanan-kimpalan dan pengimpal mestilah berkelayakan juga, dengan tinjauan kekerasan merentas tindanan, zon terjejas haba dan logam asas.

PR1 lwn. PR2 - apakah perbezaan dalam kelayakan prestasi API 6A?

PR1 dan PR2 ialah dua tahap keperluan prestasi dalam API 6A. PR1 ialah garis dasar - ujian hidrostatik, tempat duduk dan gas standard yang membuktikan sesuatu bahagian menahan tekanan. PR2 ialah laluan pengesahan lanjutan yang ditakrifkan dalam Lampiran F - kitaran tekanan, kitaran suhu dan ujian meterai yang membuktikan reka bentuk bertahan bertahun-tahun kitaran operasi sebenar.

Apa yang termasuk PR1.Ujian cengkerang hidrostatik pada tekanan yang diperlukan, ujian kebocoran tempat duduk untuk injap, dan ujian pengedap gas di mana PSL memerlukannya. Ia adalah tahap lalai untuk kebanyakan komponen standard.

Apa yang PR2 tambah.Pengesahan reka bentuk Lampiran F menambah: ukuran daya atau tork semasa operasi; berbasikal dinamik - biasanya sekitar 160 kitaran pada tekanan gerek pembezaan maksimum; kitaran suhu maksimum dan minimum, biasanya 20 kitaran pada setiap keterlaluan; berbasikal tekanan–suhu; dan ujian meterai ambien. Gas biasanya digunakan sebagai medium ujian untuk pengedap kritikal.

Apabila PR2 adalah wajib.Reka bentuk injap keselamatan permukaan dan bawah air (SSV, USV) dan injap tekanan belakang (BSDV) diperlukan untuk memenuhi PR2, dan pengendali secara rutin menetapkan PR2 untuk peralatan HPHT dan air dalam.

Satu perbezaan yang penting.PR2 mengesahkan reka bentuk, bukan setiap bahagian individu. Bahagian pengeluaran masih menerima ujian penerimaan rutin mereka - prototaip yang diuji PR2 membuktikan reka bentuk boleh bertahan; ujian pengeluaran membuktikan bahawa bahagian tertentu ini dibuat dengan betul.

Satu analogi yang mudah.Fikirkan PR1 sebagai peperiksaan lesen memandu dan PR2 sebagai pensijilan perlumbaan: satu membuktikan anda boleh memandu; yang lain membuktikan anda boleh bertahan dalam keadaan yang melampau.

Apakah yang diperlukan oleh kelayakan perkhidmatan masam di bawah NACE MR0175/ISO 15156?

Untuk kelas bahan DD, EE, FF dan HH, bahagian sempadan tekanan mesti mematuhi NACE MR0175/ISO 15156 - piawaian antarabangsa untuk bahan dalam persekitaran yang mengandungi H2S. Ia menyekat kimia, kekerasan, dan struktur mikro supaya logam tidak boleh retak apabila terdedah kepada hidrogen sulfida.

Mengapa ia wujud.Dalam perkhidmatan H2S basah, keluli biasa boleh gagal oleh keretakan tegasan sulfida (SSC), retakan kakisan tegasan (SCC), atau retakan akibat hidrogen (HIC) - mod kegagalan mendadak dan bencana yang boleh berlaku jauh di bawah had kekuatan biasa bahan.

Bagaimana standard itu distrukturkan.Bahagian 1 memberikan prinsip umum untuk memilih bahan tahan retak. Bahagian 2 meliputi keluli karbon dan aloi rendah (dan besi tuang): ia menutup kekerasan - kebanyakan gred karbon dan aloi rendah dihadkan kepada kira-kira 22 HRC - dan mengenakan kawalan struktur mikro dan pemprosesan untuk menentang SSC dan HIC. Bahagian 3 meliputi aloi tahan kakisan: ia mentakrifkan tingkap suhu yang boleh diterima, tekanan separa H2S, kepekatan klorida dan pH untuk setiap keluarga aloi - contohnya, keadaan di mana 316L, gred dupleks atau Aloi 718 boleh diterima.

Bagaimana kelayakan ditunjukkan.Tinjauan kekerasan pada bahagian pengeluaran dan tindanan kimpal (biasanya ujian Vickers di berbilang lokasi merentas tindanan, zon terjejas haba dan logam asas), ditambah, jika perlu, ujian SSC bagi setiap ujian NACE TM0177 dan HIC bagi setiap NACE TM0284. Keputusan mesti didokumenkan dan boleh dikesan.

Praktikal bawa pulang."Keluli tahan karat" tidak selamat masam secara automatik. Gred austenit mungkin boleh diterima dengan sempurna dalam satu telaga dan tidak boleh diterima dalam telaga lain, bergantung pada suhu, tekanan separa H2S, klorida dan pH. Itulah sebabnya kelas bahan API 6A mesti ditentukan bersama-sama dengan persekitaran.

Bagaimanakah anda boleh mengesahkan bahawa pembekal pemalsuan benar-benar berkelayakan API 6A?

Sahkan tiga perkara - dan kemudian audit dokumen. Pertama, pembekal memegang lesen monogram API yang skopnya meliputi produk yang anda beli. Kedua, sistem pengurusan kualiti diperakui kepada API Q1 atau ISO 9001. Ketiga, proses penempaan itu sendiri layak untuk API 20B untuk penempaan mati terbuka atau API 20C untuk penempaan mati tertutup. Kemudian sahkan kertas kerja sepadan dengan logam.

API 20B dan API 20C dijelaskan.API 20B mengawal penempaan berbentuk dadu terbuka - bentuk besar dan ringkas yang ditempa antara acuan rata atau berbentuk. API 20C mengawal penempaan mati tertutup - bentuk hampir bersih kompleks yang dihasilkan dalam cetakan tera tertutup. Kedua-duanya memerlukan spesifikasi bahan yang didokumenkan, proses yang layak, kebolehkesanan dan NDE. Pembekal yang menuntut keupayaan API 6A tanpa kelayakan proses 20B/20C mempunyai cerita yang lebih lemah.

Perkara yang perlu dinyatakan dalam pesanan pembelian - lima parameter.Jenis peralatan; penarafan tekanan kerja; kelas suhu; kelas bahan; dan tahap PSL. Meninggalkan mana-mana satu meninggalkan pembekal bebas untuk lalai kepada pilihan patuh paling murah.

Bendera merah dalam dokumentasi.Laporan ujian bahan (MTR) yang tidak terikat dengan nombor haba; tiada rekod QTC yang menghubungkan kupon ke lot pengeluaran; nilai kekerasan di luar julat yang ditentukan; bahagian "dipalsukan" dengan struktur mikro tuangan atau tiada bukti aliran butiran; kehilangan laporan UT/MT/PT; dan sijil NDE daripada kakitangan yang tidak berkelayakan.

Pemeriksaan pihak ketiga.Untuk PSL 3 dan PSL 4, gunakan agensi pemeriksaan pihak ketiga untuk menyaksikan ujian penerimaan kilang dan semak pek dokumentasi lengkap sebelum penghantaran.

Soalan lazim

Kelas bahan (AA hingga HH) ialah keperluan perkhidmatan - perkara yang mesti ditolak oleh bahagian itu. Kumpulan atau gred bahan (contohnya, 410, F6NM, 625, atau 718) ialah aloi khusus yang dipilih untuk memenuhi keperluan tersebut. Satu kelas boleh dipenuhi oleh beberapa aloi yang berbeza, dan satu aloi boleh muncul dalam beberapa kelas.

Adakah keluli tahan karat 316 boleh diterima untuk perkhidmatan masam API 6A?

Hanya dalam had yang ditentukan oleh ISO 15156-3. Keluli tahan karat austenit seperti 316/316L boleh diterima untuk perkhidmatan masam hanya di dalam tingkap suhu tertentu, tekanan separa H2S, kepekatan klorida dan pH. Ia bukan selimut "ya".

Apakah maksud HH dalam API 6A?

HH ialah kelas bahan perkhidmatan masam tertinggi. Badan dan bahagian pengawal tekanan dalaman mesti menggunakan aloi tahan kakisan (CRA) pada semua permukaan yang dibasahi bendalir yang tertahan; Pelapisan CRA daripada keluli aloi rendah atau keluli tahan karat adalah dibenarkan.

Bolehkah keluli karbon digunakan dalam peralatan HH?

Bukan pada permukaan yang dibasahi bendalir yang dikekalkan - permukaan yang dibasahi mestilah CRA. Asas keluli aloi rendah atau karbon dengan pelapisan CRA dibenarkan.

Apakah PSL 3G?

PSL bermaksud Tahap Spesifikasi Produk (1, 2, 3, 3G, 4). PSL 3G ialah ujian gas wajib PSL 3 ditambah semua pengedap dan tempat duduk yang mengandungi tekanan - biasanya dinyatakan untuk aplikasi HPHT dan air dalam.

PR1 atau PR2 - yang manakah komponen saya perlukan?

Ia bergantung kepada komponen dan perkhidmatan. PR2 adalah wajib untuk reka bentuk injap keselamatan dan injap tekanan belakang dan secara rutin ditetapkan untuk peralatan HPHT dan perkhidmatan kritikal. Untuk komponen standard, PR1 ditambah ujian PSL yang diperlukan mungkin mencukupi - sahkan dengan operator atau spesifikasi projek.

Apakah perbezaan antara API 20B dan API 20C?

Kedua-duanya adalah spesifikasi API untuk melayakkan pembekal pemalsuan. API 20B meliputi penempaan berbentuk mati terbuka (besar, bentuk ringkas); API 20C meliputi penempaan mati tertutup (bentuk hampir bersih yang kompleks). Banyak pembekal memegang satu atau kedua-duanya, bergantung pada rangkaian produk mereka.