Класе материјала АПИ 6А: Како легуре никла испуњавају захтеве ХХ-НЛ

Зашто су класе материјала АПИ 6А важне за опрему за нафту и гас

Класе материјала АПИ 6А (АА до ХХ) дефинишу температурно{1}}окружење и потребну групу материјала за опрему на ушћу бунара и божићном дрвцу. Класа ХХ је највиша оцена и захтева легуре отпорне на корозију-на бази никла (ЦРА) као нпр.Инцонел 625и Хастеллои Ц276 да издрже најагресивније услове киселог гаса, укључујући високе концентрације Х₂С, повишене температуре до 180 степени и висок садржај хлорида. Суфикси "Л" (ниска температура, до -46 степени) и "Н" (нормализовано) даље дефинишу радни оквир. Навођење тачне класе материјала није опционо - то је безбедносни-критички инжењерски и регулаторни захтев.

У применама на нафтним пољима са киселим гасом и-притиском, само један погрешан избор материјала може да изазове катастрофалан квар опреме: пуцање сулфидним напоном (ССЦ), пуцање од корозије под напоном (СЦЦ), питинг или пуцање изазвано водоником- (ХИЦ) може да доведе до издувавања бушотина, изливања околине и губитка живота. АПИ 6А (ИСО 10423) пружа дефинитиван оквир за спецификацију опреме на ушћу бушотине, а његов систем класа материјала је примарни алат за усклађивање способности материјала са сервисним окружењем.

[Извор] АПИ спецификација 6А, 21. издање (2018.), „Спецификација за опрему за бунар и божићно дрвце,“ Додатак Ф - Захтеви материјала.

Које су класе материјала АПИ 6А и шта оне покривају?

АПИ 6А дефинише седам класа материјала - АА, ББ, ЦЦ, ДД, ЕЕ, ФФ и ХХ - поређаних од најниже до највише отпорности на корозију и температурне оцене. Класе од АА до ФФ су засноване на угљеничним и нисколегираним челицима{4}}са прогресивно строжим контролама хемије, тврдоће и термичке обраде. Класа ХХ је искључиво за легуре отпорне на никл-базиране на корозију- (ЦРА) и представља најтеже услове рада. Суфикс „Л“ (као у „ДД-Л“, „ЕЕ-Л“, „ФФ-Л“, „ХХ-Л“) означава услугу ниске-температуре до −46 степени (−51 степен Ф).

[Извор] АПИ 6А, 21. издање, Анекс Ф, Табела Ф.1 - Класе материјала и услови услуге. Оцене температуре према Анексу Ф; стварне границе зависе од специфичне ПСЛ и групе материјала.

Како функционише матрица температуре{0}}окружења

Класа материјала се бира усклађивањем услова рада са захтевима класе. Две кључне варијабле су:

• температура:Температура: амбијентални услови и температура флуида на ушћу бушотине
• Окружење:Концентрација Х₂С (парцијални притисак), концентрација ЦО₂ и садржај хлорида (Цл⁻)

Како температура расте или концентрација Х₂С/ЦО₂ расте, потребна класа материјала расте од АА ка ХХ. Када температура пређе 121 степен (250 степени Ф), само ЕЕ, ЕЕ-Л, ФФ, ФФ-Л, ХХ и ХХ-Л су квалификовани. За најагресивније средине са киселим гасом - посебно оне са високим садржајем хлорида и температурама изнад 150 степени - легуре никла класе ХХ постају једини технички валидан избор.

[Извор] АПИ 6А, 21. издање, Анекс Ф, Клаузула Ф.2 - Ограничења услова услуге за класе материјала.

Шта окружење киселог гаса чини тако агресивним?

Водоник-сулфид (Х₂С) се раствара у произведеној води да би се формирала слаба киселина, која се дисоцира на Х⁺ и ХС⁻ јоне. Атоми Х⁺ дифундују у челичну решетку, рекомбинују се као гас Х₂ на унутрашњим дефектима и стварају огроман унутрашњи притисак који изазива водоник{1}}индуковано пуцање (ХИЦ) и пуцање под напоном сулфида (ССЦ). ЦО₂ се раствара да би се формирала угљена киселина (Х₂ЦО₃), која агресивно напада челик, изазивајући равномерно стањивање, питтинг и галванску корозију на завареним шавовима. Легуре никла су отпорне на ове механизме јер је њихов висок садржај Ни (већи или једнак 58%) имун на ССЦ и њихов висок садржај Цр/Мо/В пасивира површину против напада киселине.

[Извор] НАЦЕ МР0175 / ИСО 15156-1:2020, клаузула 4 - Механизми отказа у окружењима која садрже Х₂С. Хаинес Интернатионал, "Корозија у производњи нафте и гаса".

Шта је Х₂С праг за захтев класе ХХ?

Не постоји јединствени Х₂С праг који универзално покреће класу ХХ. Класа материјала је одређена комбинованим ефектом парцијалног притиска Х₂С, парцијалног притиска ЦО2, концентрације хлорида, температуре и-ин ситу пХ - као што је дефинисано у НАЦЕ МР0175 / ИСО 15156-3. Уопштено говорећи, легуре никла класе ХХ су специфициране када: (1) парцијални притисак Х₂С прелази границе за материјале класе ФФ, (2) температура прелази 150 степени у киселој употреби, (3) концентрација хлорида прелази 50.000 ппм у киселој употреби, или (4) окружење садржи елементарни сумпор (који чак и при ниским нивоима ХСЦ убрзава).

АПИ 6А не пружа табелу директног прегледа од Х₂С% до класе материјала. Уместо тога, инжењери користе ИСО 15156-3 Анекс А методологију, која приказује комбинацију парцијалног притиска Х₂С, парцијалног притиска ЦО₂, концентрације хлорида и пХ на лицу места на дијаграму озбиљности животне средине. За референцу о дизајну, следећа табела даје приближне услове рада који се обично повезују са класом ХХ:

[Извор] НАЦЕ МР0175 / ИСО 15156-3:2020, Анекс А – Границе озбиљности животне средине. АПИ 6А, 21. издање, Анекс Ф.

Шта тачно АПИ 6А захтева за материјале класе ХХ?

Захтеви за групу материјала и легуре

АПИ 6А класа ХХ захтева легуре отпорне на корозију-на бази никла-(ЦРА) као примарну групу материјала. Најшире прихваћене легуре које се налазе на складишту су Инцонел 625 (УНС Н06625 / В.Нр. 2.4856) иХастеллои Ц276(УНС Н10276 / В.Нр. 2.4819). Обе легуре морају бити у складу са релевантним АСТМ спецификацијама производа (АСТМ Б564 за отковке, Б443 за плоче/лимове, Б622 за бешавне цеви, Б574 за шипке) и морају бити квалификоване за киселу употребу према НАЦЕ МР0175 / ИСО 15156-3. Угљенични и нисколегирани челици{11}}изричито су забрањени за компоненте класе ХХ у киселој употреби.

[Извор] АСТМ Б443-22 (Инцонел 625 плоча/лист), Б564-22 (Откивање од легуре никла), Б574-22 (шипка од легуре никла), Б622-22 (Бешавне цеви); НАЦЕ МР0175 / ИСО 15156-3:2020.

Оцене температуре: ХХ вс ХХ-Л

Класа ХХ: Стандардна температура од −29 степени до +180 степени (максимална оцена у АПИ 6А).

Класа ХХ-Л: Продужена ниска-оцена температуре од −46 степени до +180 степени, потребна за арктичке и подводне апликације на мору где температуре околине падају испод −29 степени. Суфикс „Л“ намеће додатне захтеве за испитивање на удар (Цхарпи В-зарез на -46 степени, минимално 54 Ј попречно) и може захтевати посебну топлотну обраду да би се постигла потребна жилавост на криогеним температурама уз одржавање отпорности на корозију на горњем крају опсега.

[Извор] АПИ 6А, 21. издање, Анекс Ф, клаузула Ф.4 - Ниска-услужне оцене.

Које легуре никла испуњавају услове за АПИ 6А класу ХХ?

Инцонел 625 против Хастеллои Ц-276: Шта изабрати?

И Инцонел 625 (УНС Н06625) и Хастеллои Ц-276 (УНС Н10276) су квалификовани за АПИ 6А класе ХХ и усаглашени су са НАЦЕ МР0175 / ИСО 15156-3. Инцонел 625 је подразумевани избор за већину апликација АПИ 6А на бушотинама и божићним јелкама због своје супериорне могућности израде, утврђеног искуства и одличне чврстоће на високим температурама (до 980 степени).

Хастеллои Ц276 је пожељнија када окружење садржи концентровану хлороводоничну киселину (ХЦл), висок хлорид на повишеној температури или елементарни сумпор - услове где је садржај молибдена у Инцонел 625 (8–10%) недовољан, а Ц-276 обезбеђује додатну отпорност на Мо+19% (до 5%). ЈН Аллои има залихе обе легуре и може да испоручи потпуне отковке, цеви и фитинге усаглашене са АПИ 6А.

[Извор] Хаинес Интернатионал Инцонел 625 датасхеет; Хаинес Интернатионал Хастеллои Ц-276 датасхеет; Технички подаци компаније Специал Металс Цорпоратион. ПРЕН израчунат према НАЦЕ ТМ0177 / АСТМ Г48 методологији.

Зашто је садржај никла изнад 58% критичан за кисели гас

Садржај никла већи или једнак 58% (Инцонел 625) и већи или једнак 57% (Хастеллои Ц-276) није случајан - већ је структурна основа за њихову ССЦ имунитет. У аустенитним легурама никла, ФЦЦ (кубична кубична) кристална структура има много нижу дифузивност водоника од БЦЦ угљеничног челика, што значи да мање атома водоника може продрети у решетку. Поред тога, никл активно рекомбинује настали водоник на површини пре него што може да дифундује унутра. Угљенични челик (Ни < 0,5%), па чак ни стандардни аустенитни нерђајући челик (Ни 8–12%) не могу да обезбеде ову заштиту, због чега су ограничени на класу ДД или ФФ у најбољем случају у киселој употреби.

Како ПСЛ 1, ПСЛ 2 и ПСЛ 3 утичу на материјалне захтеве?

ПСЛ (ниво спецификације производа) дефинише захтеве за документацију, инспекцију, тестирање и следљивост -, а не сам материјал. Класа ХХ се примењује без обзира на ПСЛ; међутим, ПСЛ 3 (обавезно за киселе услуге према АПИ 6А) намеће додатне захтеве за верификацију материјала који директно утичу на то како специфицирате и прихватате компоненте легуре никла. За класу ХХ у киселој служби, већина оператера и регулаторних тела широм света захтева ПСЛ 3.

[Извор] АПИ 6А, 21. издање, клаузула 7 - Захтеви за инспекцију и испитивање од стране ПСЛ-а. НАЦЕ ТМ0177-2016 - ССЦ испитивање метала.

Како одредити материјале ХХ класе АПИ 6А: Контролна листа набавке

[Извор] АПИ 6А, 21. издање, Анекс Ф и клаузула 7; НАЦЕ МР0175 / ИСО 15156-3:2020; ЕН 10204:2004 Метални производи - Врсте инспекцијских докумената.

Како верификовати материјал класе ХХ на пријему

По пријему материјала, увек извршите следеће кораке верификације пре него што пустите у радионицу:

Корак 1 - ПМИ:Позитивна идентификација материјала (ПМИ): Користите ручни КСРФ анализатор да бисте проверили садржај Ни, Цр, Мо и В у односу на опсег спецификације Ц-276 или 625.

Корак 2 - МТЦ преглед:МТЦ (Сертификат Милл Тест): Проверите топлотни број, хемијску анализу, механичка својства (затезност, попуштање, издужење, тврдоћу) и услове термичке обраде.

Корак 3 - Тест утицаја:Извештај о Цхарпијевом испитивању удара: Потврдите да енергија удара достиже 54 Ј (попречно) на потребној температури (РТ за ХХ, −46 степени за ХХ-Л).

Корак 4 - Кисел квалитет услуге:НАЦЕ МР0175 / ИСО 15156-3 сертификат: Потврдите квалификациону документацију добављача материјала.

Корак 5 - Визуелно и димензионално:Визуелна инспекција: Проверите да ли има површинских недостатака, погрешно{0}}обрађених димензија и тачних ознака.

Корак 6 - НДЕ:ултразвучно испитивање (УТ) или инспекција магнетним честицама (МПИ) на критичним завареним спојевима

Где се опрема од легуре никла класе ХХ користи у индустрији нафте и гаса?

Типичне примене за опрему класе ХХ АПИ 6А

Опрема од легуре никла класе ХХ АПИ 6А је спецификована за најзахтевније подземне и површинске примене где угљенични и нисколегирани челици -покваре у року од неколико месеци. Кључне области примене обухватају дубоке бушотине киселог гаса, резервоаре високог{3}}притиска и високе{4}}температуре (ХПХТ), платформе на мору са водом произведеном са високим-хлоридима и термалне ЕОР (побољшано добијање нафте) пројекте са убризгавањем топле слане воде.

[Извор] Састављено из спецификација пројекта оператера; Референце Хаинес Интернатионал за нафту и гас; Међународна публикација НАЦЕ-а 34100 - Преглед искуства на терену у области Х₂С.

Често постављана питања

Бр. АПИ 6А класе ХХ изричито захтева ЦРА материјале на бази никла-. Док нерђајући челик 316Л (УНС С31603) има добру отпорност на корозију у многим окружењима, његов садржај никла (10–14%) је недовољан да обезбеди отпорност на пуцање сулфидним стресом у сервису који садржи Х₂С-. Његов ПРЕН од приближно 24 је далеко испод прага потребног за окружења са тешким киселим гасом. За класу ХХ су прихватљиве само легуре које испуњавају садржај никла и ПРЕН захтеве Инцонел 625 (УНС Н06625) или Хастеллои Ц-276 (УНС Н10276) - и квалификоване према НАЦЕ МР0175 / ИСО 15156-3 -.

П2: Која је разлика између класе ФФ и класе ХХ?

И ФФ и ХХ имају исти температурни опсег (−29 степени до +180 степени), али користе фундаментално различите материјале. Класа ФФ користи угљеничне и ниско{3}}легиране челике (до 13Цр мартензитног нерђајућег челика) квалификоване према НАЦЕ МР0175 / ИСО 15156-3, са тврдоћом ограниченом на мању или једнаку 22 ХРЦ да би се смањила осетљивост на ССЦ. Класа ХХ користи ЦРА на бази никла- (Инцонел 625 или Хастеллои Ц-276), који су инхерентно имуни на ССЦ без обзира на тврдоћу. ХХ се бира када материјали класе ФФ не могу да задовоље стопу корозије, питинг или температурне захтеве радног окружења.

П3: Када је наведена класа ХХ-Л уместо класе ХХ?

Класа ХХ-Л је одређена када минимална радна температура падне испод -29 степени (-20 степени Ф). Ово се дешава у арктичким гасним пољима на копну и подводним системима бушотина на мору где температура морске воде може пасти на -46 степени или ниже. Л-суфикс захтева додатно Цхарпи В- тестирање на удар на -46 степени (минимално 54 Ј попречно) да би се показало да легура никла задржава адекватну жилавост на криогеним температурама без да постане ломљива. Горња граница температуре (+180 степен) остаје иста као стандардна класа ХХ.

П4: Да ли класа ХХ захтева термичку обраду након-заваривања (ПВХТ)?

У већини случајева, НЕ. И Инцонел 625 и Хастеллои Ц-276 се користе у -завареним или раствором- жареним условима за АПИ 6А апликације на глави бунара. Њихов ултра{8}}низак садржај угљеника и силицијума спречава таложење карбида у зони погођеном топлотом-вара (ХАЗ), елиминишући потребу за жарењем раствора после{15}заваривања. Међутим, за најтеже услуге (концентровани ХЦл, елементарни сумпор или температуре изнад 150 степени у киселом раствору соли), препоручује се жарење раствора на 1093–1171 степен праћено брзим гашењем водом да би се повратила максимална отпорност на корозију. ПВХТ (термичка обрада након заваривања на нижим температурама) треба избегавати јер не побољшава и може деградирати отпорност ових легура на корозију.

П5: Које је типично време испоруке за компоненте бушотине АПИ 6А класе ХХ Инцонел 625?

Отковке АПИ 6А класе ХХ Инцонел 625 за тела и поклопце бунара обично захтевају 16–26 недеља од потврде поруџбине до испоруке, јер већину производе специјализоване ливнице и ковачнице са лиценцама монограма АПИ 6А (АПИ 6А К1 систем управљања квалитетом). Артикли на залихама као што су Инцонел 625 плоча, шипка и бешавне цеви (АСТМ Б443/Б574/Б622) могу бити доступни за 4–10 недеља од дистрибутера. ЈН Аллои одржава инвентар Инцонел 625 и Хастеллои Ц-276 плоча, шипки и цеви за брз одговор на упите. За хитне захтеве, контактирајте jnalloy123@gmail.com са вашим специфичним РФК-ом, укључујући величину, количину, класу притиска и одредиште испоруке.

П6: Како ЈН Аллои потврђује да материјал класе ХХ испуњава захтеве АПИ 6А и НАЦЕ МР0175?

ЈН Аллои испоручује материјале од легура никла класе ХХ са пуном документацијом о усклађености са стандардима АПИ 6А и ИСО 15156-3. Свака пошиљка укључује: (1) ЕН 10204 3.1 сертификат о испитивању млина са топлотном хемијом, резултатима механичких испитивања и записом о термичкој обради; (2) НАЦЕ МР0175 / ИСО 15156-3 писмо о квалификацији материјала из фабрике; (3) АПИ 6А К1 број лиценце монограма (за готове компоненте); (4) резултате Цхарпи теста на удар на специфицираној температури; (5) опциони извештај о ПМИ тестирању и сертификат о инспекцији треће стране (АПИ 6А ПСЛ 3). По пријему, купци треба да изврше независну ПМИ верификацију користећи калибрисани ручни КСРФ анализатор да би потврдили да садржај Ни, Цр, Мо и В одговара спецификацији материјала пре пуштања материјала у производњу.