Ковање компоненти од легуре нафте и гаса: Класе материјала по АПИ 6А и квалификационо испитивање

АПИ 6Аје спецификација која одлучује да ли је кована компонента бушотине прихватљива било где у индустрији нафте и гаса. Ако ваша компанија кује или купује делове од нерђајућег челика или легура никла за главе бунара, божићне јелке, вентиле или пригушнице, овај чланак објашњава класе материјала, легуре и квалификационе тестове који одвајају одобрене компоненте од оних одбачених.

Одговорићемо на девет практичних питања: шта је АПИ 6А и зашто је важан; шта значи седам класа материјала (АА до ХХ); како упоредити нерђајуће челике и легуре никла; како оцене температуре и притиска ограничавају избор; шта квалификација ковања заправо укључује; како се ПР1 и ПР2 тестирање разликују; шта захтева НАЦЕ МР0175/ИСО 15156 квалификација киселих услуга; како верификовати акредитиве добављача; и питања која купци најчешће постављају. Листа извора затвара чланак тако да се може пратити свака кључна тврдња.

Шта је АПИ 6А и зашто он управља кованим компонентама ушћа бушотине?

АПИ 6А – Спецификација за опрему на ушћу бушотина и дрвећа, коју је објавио Амерички институт за нафту – поставља минималне захтеве за дизајн, материјале, производњу, тестирање и документацију опреме на ушћу бунара и божићној јелки. Тренутно је у свом 21. издању (новембар 2018.), одржава се додацима и технички је пресликан на међународни стандард ИСО 10423.

Спецификација покрива опрему која садржи и регулише притисак и која се налази на врху бунара: главе и калемови за кућиште, главе и калемови за цеви, божићне јелке, капије, вентили за проверу и утикачи, пригушнице, вешалице за кућиште и цеви, и конектори и прирубнице. Сваки од ових делова мора да држи притисак у бушотини и да се одупре течностима које теку кроз њега – често деценијама.

Коване компоненте се производе врућим деформисањем чврстог метала чекићима или пресама. Овај процес затвара унутрашње празнине, оплемењује структуру зрна и ствара усмерени ток зрна дуж облика дела – управо она својства која су потребна деловима који садрже притисак. Због тога се тела, поклопци, вешалице и конектори обично наводе као отковци, а не као одливци.

Опрема која испуњава АПИ 6А може да носи монограм АПИ-ја, што значи да произвођач поседује лиценцу и да је АПИ проверен. За добављача ковања, та лиценца покрива цео ланац - топљење, ковање, термичку обраду, тестирање и следљивост - не само хемију легуре.

Којих је седам класа материјала АПИ 6А и која је потребна вашој компоненти?

АПИ 6А дефинише седам класа материјала - АА, ББ и ЦЦ за општу употребу и ДД, ЕЕ, ФФ и ХХ за киселу употребу. Класа поставља минималне захтеве за материјалом за две групе делова: тело које садржи притисак (тело, поклопац, крајњи и излазни прикључци) и унутрашње делове за контролу притиска (окачи за трнове, механизми за заптивање отвора вентила, облога пригушнице и вретена).

Табела 1 - Класе материјала АПИ 6А (по АПИ 6А / ИСО 10423; извор: Увод у АПИ спецификацију 6А, Цамерон/Сцхлумбергер)

Читање табеле.Једноставним језиком, класе од АА до ЦЦ су за бунаре у којима водоник-сулфид није проблем; класе ДД до ХХ су за киселу употребу, где Х2С може да нагло пукне обичан челик. ХХ је најзахтевнија класа: површине натопљене флуидом морају бити легура отпорна на корозију (ЦРА).

Купци често пропуштају два бода.Прво, класа материјала није један метал - то је услов који произвођач ковања испуњава избором одговарајуће класе и доказивањем испитивањем. Друго, за класе ДД, ЕЕ, ФФ и ХХ, делови који граниче са притиском морају такође бити у складу са НАЦЕ МР0175/ИСО 15156, индустријским стандардом за Х2С окружења (погледајте одељак о киселим услугама испод).

Користан детаљ.За ХХ, ЦРА је неопходан само на површинама које су натопљене течношћу; ЦРА облоге од нисколегираног или нерђајућег челика су дозвољене. Ово је пут који многи произвођачи користе да контролишу трошкове, а да притом сачувају влажну површину.

Једноставна аналогија.Размислите о класама материјала као о безбедносним нивоима у згради: АА је нормална канцеларија, ХХ је лабораторија која рукује опасним хемикалијама. Не бисте градили хемијску лабораторију од истог материјала као канцеларију, а не би требало да наводите кисели бунар са материјалима опште службе.

Нерђајући челик или легура никла? Како упоредити легуре за отковке АПИ 6А

Избор зависи од четири питања: Да ли околина садржи Х2С? Колико је бунар врућ и колико хлорида има у течности? Која снага је потребна делу? А који је прихватљив трошак? У пракси, мартензитни и дуплекс нерђајући челици покривају већину површинских примена; легуре никла су резервисане за најкорозивније, најтоплије или најјаче снаге - посебно опрему класе ХХ и ХПХТ.

Табела 2 - Уобичајене легуре за ковање за АПИ 6А услугу и где свака од њих одговара

Како читати табелу.УНС бројеви су универзални идентитети легуре (С=нерђајући челик, Н=на бази никла). Ознаке АПИ својстава 60К, 75К, 100К и 105К односе се на минималну границу течења у хиљадама пси - ковање од 75К мора дати најмање 75.000 пси.

Практично правило.Угљенични и нисколегирани челици су јаки и јефтини, али кородирају; мартензитни нерђајући челици (410, Ф6НМ) додају отпорност на корозију и представљају радну снагу за општу употребу; дуплекс класе (22Цр, 25Цр) додају отпорност на удубљење и пуцање за киселу употребу; легуре никла (625, 718, 825, K-500, C-276) пружају највећу отпорност на корозију и, када се очврсну, највећу чврстоћу - по највишој цени.

Још једна инжењерска тачка.Старењем каљене легуре на бази никла које се користе за делове који садрже притисак и контролишу притисак третирани су наменским АПИ стандардом, АПИ 6АЦРА. Ако се ваш дизајн ослања на легуру високе чврстоће 718, квалификација следи тај пут, а не само табелу од основне легуре.

Како АПИ 6А оцене температуре и притиска ограничавају избор легуре?

Делови АПИ 6А морају бити означени са три ствари које раде заједно: температурна класа, оцена притиска и класа материјала. Температурне класе се крећу од арктичке услуге на -60 степени до екстремне ХПХТ услуге на 343 степена; радни притисци се крећу од 2.000 до 20.000 пси. Заједно одлучују које легуре, термичке обраде и тестови су прихватљиви.

Табела 3 - АПИ 6А температурне класе (К–В по Уводу у АПИ спецификацију 6А; Кс–И по АПИ 6А ХПХТ пракси, БХЕЛ ТДЦ)

Комбиноване оцене.Температурне класе се могу комбиновати да би се проширила оцена. Уобичајена оцена вентила на ушћу бушотине је П+У, што значи да дизајн покрива −20 до +250 степен Ф (−29 до +121 степен).

Зашто је температура важна за ковање.Класе ниске температуре (К, Л) захтевају ударну жилавост - Шарпи тестови се обично изводе на -29 степени и ниже. Високотемпературне класе (Кс, И) захтевају да легура задржи употребну чврстоћу када се тестови затезања на високим температурама изводе на 180 степени за класу Кс и 345 степени за класу И. Легуре никла држе чврстоћу на температури далеко боље од већине нерђајућих челика, због чега доминирају ХПХТ опремом.

Табела 4 - Радни притисак АПИ 6А (извор: објашњење за АПИ 6А, Јиангсу Веллхеад Дриллинг Екуипмент Цо.)

Зашто је притисак важан.Веће оцене значе дебље пресеке, веће захтеве за чврстоћом и строжије испитивање без разарања. Тело од 20.000 пси не може бити произведено и верификовано на исти начин као тело од 2.000 пси - план ковања, топлотна обрада и ултразвучни преглед се пооштравају како се рејтинг повећава.

Шта заправо укључује квалификационо тестирање АПИ 6А ковања?

Квалификација је доказ, а не папирологија. Ковање је квалификовано када је показано да његова хемија, процес ковања, термичка обрада, механичка својства и испитивање без разарања испуњавају захтеве за класу, ПСЛ и температуру - са записима који ревизор може да прати до првобитне топлоте метала.

Корак 1 - Топљење и рафинирање.Делови под притиском АПИ 6А почињу од потпуно уништеног, ситнозрнастог челика топљеног у електричној пећи, основној пећи за кисеоник или индукционој пећи, након чега следи секундарна рафинација као што је вакуумско отпуштање гаса, АОД, ЕСР или ВАР. За ПСЛ 4, пракса топљења мора бити документована и пријављена.

Корак 2 - План ковања и смањење.Вруће ковање мора пратити документовани план који показује фазе ковања и редукције у свакој фази. Уобичајени минимум је 3:1 смањење површине од ингота до готовог ковања, са протоком зрна паралелно са аксијалном дужином. Тако је загарантована кована структура - разлог зашто уопште коујемо.

Корак 3 - Термичка обрада са купонима за квалификациони тест (КТЦ).Свака серија за термичку обраду је квалификована купонима за квалификациони тест (КТЦ) који се обрађују у истој пећи и резервоару за гашење као и производни делови. Еквивалентни круг купона - начин усклађивања брзине хлађења са величином секције - мора бити једнак или већи од дела који се квалификује. Температура медија за гашење се контролише, на пример воде или полимера на или испод 38 степени на почетку гашења.

Корак 4 - Механичко испитивање.Испитивања затезања (0,2% приноса померања), тестови удара по Шарпи В-зарезу (обично на -29 степени, са минималном просечном апсорбованом енергијом од око 20 Ј у попречном смеру и 27 Ј у уздужном смеру), и испитивања тврдоће се врше на купонима. Ознаке својстава од 60К до 105К дефинишу потребну снагу. За ПСЛ 2 и више, тврдоћа се проверава на 100% производних делова.

Корак 5 - Испитивање без разарања (НДЕ).Ултразвучно тестирање (УТ) према АСТМ А388 потврђује унутрашњу исправност; осетљивост је постављена референцама са равним дном (ФБХ) које се затежу како ПСЛ расте - на пример, ФБХ од 1,6 мм за дебљине зида до 38 мм, 3,2 мм од 38 до 150 мм и 6,4 мм изнад 150 мм. Испитивање магнетних честица (МТ) и пенетранта течности (ПТ) покривају површине. Особље НДЕ мора бити квалификовано за ИСО 9712 или АСНТ СНТ-TC-1A.

Корак 6 - Следљивост.Сваки готови део мора пратити свој топлотни број кроз сертификате млина, записе о топлотној обради, извештаје о испитивању и извештаје о НДЕ. Ако нека веза недостаје, део није квалификован.

Иза ковања.За услугу високог интегритета, квалификација се не зауставља на ковању. Ако се примењује ЦРА облога – дозвољено за влажне површине ХХ класе – поступак преклапања завара и заваривачи такође морају бити квалификовани, са испитивањем тврдоће преко слоја, зоне утицаја топлоте и основног метала.

ПР1 наспрам ПР2 - која је разлика у АПИ 6А квалификацији перформанси?

ПР1 и ПР2 су два нивоа захтева за перформансама у АПИ 6А. ПР1 је основна линија - стандардни хидростатички тестови, тестови седишта и гаса који доказују да део држи притисак. ПР2 је проширени пут валидације дефинисан у Анексу Ф - циклуси притиска, циклуси температуре и тестови заптивања који доказују да дизајн преживљава године стварних радних циклуса.

Шта укључује ПР1.Испитивање хидростатичког омотача на потребном притиску, испитивање цурења седишта за вентиле и испитивање гасних заптивки где ПСЛ то захтева. То је подразумевани ниво за већину стандардних компоненти.

Шта ПР2 додаје.Анекс Ф валидација дизајна додаје: мерење силе или обртног момента током рада; динамички циклус - обично око 160 циклуса при максималном диференцијалном притиску отвора; циклуси максималне и минималне температуре, обично 20 циклуса у сваком екстрему; циклуси притисак–температура; и испитивања заптивке у окружењу. Гас се обично користи као тест медијум за критичне заптивке.

Када је ПР2 обавезан.Површински и подводни сигурносни вентили (ССВ, УСВ) и вентили за повратни притисак (БСДВ) су потребни да би испунили ПР2, а оператери рутински специфицирају ПР2 за ХПХТ и опрему за дубоку воду.

Важна разлика.ПР2 потврђује дизајн, а не сваки појединачни део. Производни делови и даље пролазе своје рутинске тестове прихватања – прототип тестиран ПР2 доказује да дизајн може преживети; производни тестови доказују да је овај део правилно направљен.

Једноставна аналогија.Замислите ПР1 као испит за возачку дозволу и ПР2 као тркачки сертификат: један доказује да можете да возите; други доказује да можете преживети екстремне услове.

Шта захтева квалификација киселе услуге према НАЦЕ МР0175/ИСО 15156?

За класе материјала ДД, ЕЕ, ФФ и ХХ, делови са границама притиска морају бити у складу са НАЦЕ МР0175/ИСО 15156 - међународним стандардом за материјале у окружењима која садрже Х2С. Ограничава хемију, тврдоћу и микроструктуру тако да метал не може да пукне када је изложен водоник-сулфиду.

Зашто постоји.У влажном Х2С сервису, обични челици могу да пропадну услед пуцања сулфидног напрезања (ССЦ), пуцања од корозије под напоном (СЦЦ) или пуцања изазваног водоником (ХИЦ) - изненадни, катастрофални начини квара који се могу јавити знатно испод границе нормалне чврстоће материјала.

Како је стандард структуриран.Први део даје опште принципе за избор материјала отпорних на пуцање. Део 2 покрива угљеничне и нисколегиране челике (и ливено гвожђе): он ограничава тврдоћу - већина угљеничних и нисколегираних разреда је ограничена на око 22 ХРЦ - и намеће микроструктурне и процесне контроле како би се одупрли ССЦ и ХИЦ. Део 3 покрива легуре отпорне на корозију: дефинише прихватљиве прозоре температуре, парцијалног притиска Х2С, концентрације хлорида и пХ за сваку фамилију легура - на пример, услове под којима су прихватљиви 316Л, дуплекс разреди или легура 718.

Како се доказује квалификација.Испитивања тврдоће на производним деловима и завареним слојевима (обично Вицкерс тестирање на више локација широм слоја, топлотно погођене зоне и основног метала), плус, где је потребно, ССЦ испитивање према НАЦЕ ТМ0177 и ХИЦ испитивање према НАЦЕ ТМ0284. Резултати морају бити документовани и следљиви.

Практичан за понети.„Нерђајући челик” није аутоматски безбедно за кисело. Аустенитна класа може бити савршено прихватљива у једној бушотини и неприхватљива у другој, у зависности од температуре, парцијалног притиска Х2С, хлорида и пХ. Управо због тога класа материјала АПИ 6А мора бити специфицирана заједно са окружењем.

Како можете да проверите да ли је добављач ковања заиста квалификован за АПИ 6А?

Проверите три ствари - а затим ревидирајте документе. Прво, добављач поседује АПИ монограм лиценцу чији обим покрива производ који купујете. Друго, систем управљања квалитетом је сертификован према АПИ К1 или ИСО 9001. Треће, сам процес ковања је квалификован према АПИ 20Б за отковке са отвореним калупом или АПИ 20Ц за затворене отковке. Затим потврдите да документација одговара металу.

АПИ 20Б и АПИ 20Ц објашњени.АПИ 20Б регулише отковке у облику отвореног калупа - велике, једноставне облике ковани између равних или обликованих калупа. АПИ 20Ц регулише отковке са затвореним калупима – сложене облике скоро мреже произведене у затвореним калупима за отисак. Оба захтевају документоване спецификације материјала, квалификоване процесе, следљивост и НДЕ. Добављач који тврди АПИ 6А способност без квалификације процеса 20Б/20Ц има слабију причу.

Шта навести у наруџбини - пет параметара.Врста опреме; радни притисак; температурна класа; класа материјала; и ниво ПСЛ. Ако изоставите било коју опцију, добављач је слободан да подразумева најјефтинију усаглашену опцију.

Црвене заставице у документацији.Извештаји о испитивању материјала (МТР) који се не везују за топлотне бројеве; нема КТЦ записа који повезују купон са производном серијом; вредности тврдоће изван наведеног опсега; „коване“ делове са ливеном микроструктуром или без доказа протока зрна; недостају УТ/МТ/ПТ извештаји; и сертификати НДЕ од неквалификованог особља.

Инспекција треће стране.За ПСЛ 3 и ПСЛ 4, користите инспекцијску агенцију треће стране да присуствујете фабричким тестовима прихватања и прегледате комплетан пакет документације пре испоруке.

Често постављана питања

Класа материјала (АА до ХХ) је сервисни захтев - чему део мора да се одупре. Група материјала или разред (на пример, 410, Ф6НМ, 625 или 718) је специфична легура изабрана да испуни тај захтев. Једну класу може задовољити више различитих легура, а једна легура се може појавити у више класа.

Да ли је нерђајући челик 316 прихватљив за киселу услугу АПИ 6А?

Само у границама дефинисаним ИСО 15156-3. Аустенитни нерђајући челици као што је 316/316Л су прихватљиви за киселу употребу само унутар одређених прозора температуре, парцијалног притиска Х2С, концентрације хлорида и пХ. То није ћебе "да".

Шта ХХ значи у АПИ 6А?

ХХ је највиша класа киселих услужних материјала. Тело и унутрашњи делови који контролишу притисак морају користити легуру отпорну на корозију (ЦРА) на свим површинама натопљеним течношћу; ЦРА облоге од нисколегираног или нерђајућег челика су дозвољене.

Може ли се угљенични челик користити у ХХ опреми?

Не на површинама натопљеним течношћу - навлажена површина мора бити ЦРА. Дозвољена је основа од нисколегираног или угљеничног челика са ЦРА облогом.

Шта је ПСЛ 3Г?

ПСЛ је скраћеница за ниво спецификације производа (1, 2, 3, 3Г, 4). ПСЛ 3Г је ПСЛ 3 плус обавезно тестирање гаса свих заптивки и седишта који садрже притисак - типично специфицирано за ХПХТ и апликације у дубокој води.

ПР1 или ПР2 - која је потребна мојој компоненти?

Зависи од компоненте и услуге. ПР2 је обавезан за дизајне сигурносних вентила и вентила против притиска и рутински је специфициран за ХПХТ и опрему за критичне услуге. За стандардне компоненте, ПР1 плус потребни ПСЛ тестови могу бити довољни - потврдите са оператером или спецификацијом пројекта.

Која је разлика између АПИ 20Б и АПИ 20Ц?

Обе су АПИ спецификације за квалификоване добављаче ковања. АПИ 20Б покрива отковке у отвореном облику (велики, једноставни облици); АПИ 20Ц покрива затворене отковке (сложене облике близу мреже). Многи добављачи имају један или оба, у зависности од њиховог асортимана.