Kovanje komponenti legure nafte i plina: API 6A klase materijala i kvalifikacijsko ispitivanje

API 6Aje specifikacija koja odlučuje je li krivotvorena komponenta ušća bušotine prihvatljiva bilo gdje u industriji nafte i plina. Ako vaša tvrtka kuje ili kupuje dijelove od nehrđajućeg čelika ili legure nikla za bušotine, božićna drvca, ventile ili prigušnice, ovaj članak objašnjava klase materijala, legure i kvalifikacijske testove koji odvajaju odobrene komponente od odbijenih.

Odgovorit ćemo na devet praktičnih pitanja: što je API 6A i zašto je važan; što znači sedam klasa materijala (AA do HH); kako usporediti nehrđajuće čelike i legure nikla; kako vrijednosti temperature i tlaka ograničavaju odabir; što kvalifikacija krivotvorenja zapravo uključuje; kako se PR1 i PR2 testiranje razlikuju; što zahtijeva NACE MR0175/ISO 15156 kvalifikacija za kiselu uslugu; kako provjeriti vjerodajnice dobavljača; i pitanja koja kupci najčešće postavljaju. Popis izvora zatvara članak tako da se može pratiti svaka ključna tvrdnja.

Što je API 6A i zašto regulira kovane komponente ušća bušotine?

API 6A - Specifikacija za opremu za ušće bušotine i drvo, koju je objavio Američki institut za naftu - postavlja minimalne zahtjeve za dizajn, materijale, proizvodnju, testiranje i dokumentaciju opreme za ušće bušotine i božićno drvce. Trenutno je u svom 21. izdanju (studeni 2018.), održava se dodacima, a tehnički je preslikan međunarodnom normom ISO 10423.

Specifikacija pokriva opremu za držanje i kontrolu tlaka koja se nalazi na vrhu bušotine: glave i kalemovi zaštitne cijevi, glave i kalemovi za cijevi, božićna drvca, zasun, nepovratni i zaporni ventili, prigušnice, vješalice za kućište i cijevi te spojnice i prirubnice. Svaki od ovih dijelova mora održavati tlak u bušotini i oduprijeti se tekućinama koje prolaze kroz njega - često desetljećima.

Kovani dijelovi proizvode se vrućim deformiranjem čvrstog metala čekićima ili prešama. Ovaj proces zatvara unutarnje šupljine, pročišćava strukturu zrna i stvara usmjereni tok zrna duž oblika dijela - upravo onakva svojstva koja dijelovi koji drže pritisak trebaju. Zbog toga se tijela, poklopci, vješalice i spojnice obično navode kao otkovci, a ne kao odljevci.

Oprema koja zadovoljava API 6A može nositi API monogram, što znači da proizvođač ima licencu i da ga API revidira. Za dobavljača kovanja ta licenca pokriva cijeli lanac - taljenje, kovanje, toplinsku obradu, ispitivanje i sljedivost - ne samo kemiju legure.

Kojih je sedam API 6A klasa materijala i koja je potrebna vašoj komponenti?

API 6A definira sedam klasa materijala - AA, BB i CC za opću upotrebu i DD, EE, FF i HH za kiselu upotrebu. Klasa postavlja minimalne materijalne zahtjeve za dvije skupine dijelova: tijelo koje održava pritisak (tijelo, poklopac motora, krajnji i izlazni priključci) i unutarnje dijelove za kontrolu tlaka (vješalice trna, mehanizmi za brtvljenje provrta ventila, obloga prigušnice i osovine).

Tablica 1 - API 6A klase materijala (prema API 6A / ISO 10423; izvor: Introduction to API Specification 6A, Cameron/Schlumberger)

Čitanje tablice.Jednostavnim jezikom, klase AA do CC su za bušotine u kojima sumporovodik nije problem; klase DD do HH su za kiselu uslugu, gdje H2S može izazvati iznenadno pucanje običnog čelika. HH je najzahtjevnija klasa: površine natopljene tekućinom moraju biti od legure otporne na koroziju (CRA).

Dva boda kupci često promaše.Prvo, klasa materijala nije jedan metal - to je zahtjev koji proizvođač otkivaka ispunjava odabirom prikladne kvalitete i dokazivanjem ispitivanja. Drugo, za klase DD, EE, FF i HH, dijelovi s granicom tlaka također moraju biti u skladu s NACE MR0175/ISO 15156, industrijskim standardom za H2S okruženja (pogledajte odjeljak za kiselu upotrebu u nastavku).

Koristan detalj.Za HH, CRA je potreban samo na površinama natopljenim tekućinom; Dopuštena je CRA obloga od niskolegiranog ili nehrđajućeg čelika. To je način na koji mnogi proizvođači koriste kako bi kontrolirali troškove, a da pritom očuvaju mokru površinu sigurnom.

Jednostavna analogija.Zamislite klase materijala kao razine sigurnosti u zgradi: AA je normalan ured, HH je laboratorij koji rukuje opasnim kemikalijama. Ne biste izgradili kemijski laboratorij s istim materijalima kao i ured, a ne biste trebali odrediti loš bunar s materijalima za opće usluge.

Nehrđajući čelik ili legura nikla? Kako usporediti legure za API 6A otkivke

Izbor ovisi o četiri pitanja: Sadrži li okoliš H2S? Koliko je vruća bušotina i koliko klorida ima u tekućini? Koju snagu treba dio? I koji je prihvatljivi trošak? U praksi, martenzitni i duplex nehrđajući čelici pokrivaju većinu površinskih primjena; legure nikla rezervirane su za najatraktivnije, najvruće ili zahtjeve najveće čvrstoće - posebno HH-klase i HPHT opreme.

Tablica 2 - Uobičajene legure za kovanje za uslugu API 6A i gdje koja odgovara

Kako čitati tablicu.UNS brojevi univerzalni su identiteti legura (S=nehrđajući čelik, N=na bazi nikla). Oznake API svojstava 60K, 75K, 100K i 105K odnose se na minimalnu granicu razvlačenja u tisućama psi - kovanje od 75K mora dati najmanje 75 000 psi.

Praktično pravilo.Ugljični i niskolegirani čelici su jaki i jeftini, ali korodiraju; martenzitni nehrđajući čelici (410, F6NM) dodaju otpornost na koroziju i radni su konji opće upotrebe; dvostruki stupnjevi (22Cr, 25Cr) dodaju otpornost na udubljenje i pucanje za kiselu upotrebu; legure nikla (625, 718, 825, K-500, C-276) pružaju najveću otpornost na koroziju i, kada su očvrsnute starenjem, najveću čvrstoću - po najvišoj cijeni.

Još jedna inženjerska točka.Starenjem otvrdnute legure na bazi nikla koje se koriste za dijelove koji drže i kontroliraju pritisak tretiraju se namenskim API standardom, API 6ACRA. Ako se vaš dizajn oslanja na leguru 718 visoke čvrstoće, kvalifikacija slijedi tu rutu, a ne samo tablicu osnovne legure.

Kako nazivne temperature i tlak API 6A ograničavaju izbor legure?

Dijelovi API 6A moraju biti označeni s tri stvari koje rade zajedno: temperaturna klasa, nazivni tlak i klasa materijala. Temperaturne klase kreću se od arktičke usluge na -60 stupnjeva do ekstremne HPHT usluge na 343 stupnja; radni tlakovi se kreću od 2.000 do 20.000 psi. Zajedno odlučuju koje su legure, toplinska obrada i ispitivanja prihvatljivi.

Tablica 3 - API 6A temperaturne klase (K–V po Uvodu u API specifikaciju 6A; X–Y po API 6A HPHT praksi, BHEL TDC)

Kombinirane ocjene.Temperaturne klase mogu se kombinirati kako bi se proširila ocjena. Uobičajena vrijednost ventila na ušću bušotine je P+U, što znači da dizajn pokriva −20 do +250 stupnjeva F (−29 do +121 stupnjeva).

Zašto je temperatura važna za kovanje.Niskotemperaturne klase (K, L) zahtijevaju udarnu žilavost - Charpy testovi se obično izvode na -29 stupnjeva i niže. Visokotemperaturne klase (X, Y) zahtijevaju da legura zadrži upotrebljivu čvrstoću kada se vruće - vlačna ispitivanja na povišenoj temperaturi izvode na 180 stupnjeva za klasu X i 345 stupnjeva za klasu Y. Legure nikla drže čvrstoću na temperaturi daleko bolje od većine nehrđajućih čelika, zbog čega dominiraju HPHT opremom.

Tablica 4 - API 6A radni tlak (izvor: API 6A objašnjavač, Jiangsu Wellhead Drilling Equipment Co.)

Zašto je pritisak bitan.Više ocjene znače deblje presjeke, veće zahtjeve za čvrstoćom i stroža ispitivanja bez razaranja. Tijelo od 20.000 psi ne može se proizvesti i provjeriti na isti način kao tijelo od 2.000 psi - plan kovanja, toplinska obrada i ultrazvučni pregled postaju sve čvršći kako ocjena raste.

Što zapravo uključuje testiranje kvalifikacije API 6A otkova?

Kvalifikacija je dokaz, a ne papirologija. Kovanje je kvalificirano kada je dokazano da njegova kemija, proces kovanja, toplinska obrada, mehanička svojstva i ispitivanje bez razaranja zadovoljavaju zahtjeve za klasu, PSL i temperaturu - pomoću zapisa revizor može pratiti izvornu toplinu metala.

Korak 1 - Taljenje i pročišćavanje.API 6A tlačni dijelovi polaze od potpuno ubijenog, fino zrnatog čelika otopljenog u električnoj peći, osnovnoj kisikovoj peći ili indukcijskoj peći, nakon čega slijedi sekundarna rafinacija kao što je vakuumsko otplinjavanje, AOD, ESR ili VAR. Za PSL 4, praksa taljenja mora se dokumentirati i prijaviti.

Korak 2 - Plan kovanja i redukcija.Vruće kovanje mora slijediti dokumentirani plan koji prikazuje faze kovanja i redukcije u svakoj fazi. Uobičajeni minimum je 3:1 smanjenje površine od ingota do gotovog otkovka, s protokom zrna koji teče paralelno s aksijalnom duljinom. Ovo je način na koji je kovana struktura - razlog zbog kojeg uopće kujemo - zajamčena.

Korak 3 - Toplinska obrada s kuponima za testiranje kvalifikacije (QTC).Svaka serija toplinske obrade kvalificirana je kvalifikacijskim ispitnim kuponima (QTC) koji se obrađuju u istoj peći i spremniku za gašenje kao i proizvodni dijelovi. Ekvivalentni krug kupona - način usklađivanja brzine hlađenja s veličinom odjeljka - mora biti jednak ili veći od dijela koji kvalificira. Temperature medija za gašenje su kontrolirane, na primjer voda ili polimer na ili ispod 38 stupnjeva na početku gašenja.

Korak 4 - Mehaničko ispitivanje.Na kuponima se provode ispitivanja vlačne čvrstoće (0,2 % pomaka prinosa), ispitivanja udara Charpy V-zareza (obično na -29 stupnjeva, s minimalnom prosječnom apsorbiranom energijom od oko 20 J u poprečnom smjeru i 27 J u uzdužnom smjeru) i ispitivanja tvrdoće. Oznake svojstava od 60K do 105K definiraju potrebne čvrstoće. Za PSL 2 i više, tvrdoća se provjerava na 100 % proizvodnih dijelova.

Korak 5 - Ispitivanje bez razaranja (NDE).Ultrazvučno ispitivanje (UT) prema ASTM A388 provjerava unutarnju čvrstoću; osjetljivost se postavlja referencama s rupama s ravnim dnom (FBH) koje se zatežu kako PSL raste - na primjer, FBH od 1,6 mm za debljine stijenke do 38 mm, 3,2 mm od 38 do 150 mm i 6,4 mm iznad 150 mm. Površine za ispitivanje magnetskim česticama (MT) i tekućim penetrantima (PT). NDE osoblje mora biti kvalificirano prema ISO 9712 ili ASNT SNT-TC-1A.

Korak 6 - Sljedivost.Svaki gotovi dio mora se pratiti do svog toplinskog broja kroz mlinske certifikate, zapise o toplinskoj obradi, izvješća o ispitivanju i izvješća o NDE. Ako bilo koja veza nedostaje, dio nije kvalificiran.

Izvan kovanja.Za uslugu visokog integriteta, kvalifikacija ne prestaje na kovanju. Ako se primjenjuje CRA obloga - dopušteno za HH-klasu namočene površine - postupak zavarivanja i zavarivači također moraju biti kvalificirani, s ispitivanjem tvrdoće preko sloja, zone utjecaja topline i osnovnog metala.

PR1 naspram PR2 - koja je razlika u API 6A kvalifikaciji izvedbe?

PR1 i PR2 dvije su razine zahtjeva za performanse u API-ju 6A. PR1 je osnovna vrijednost - standardna hidrostatska ispitivanja, ispitivanja sjedišta i plina koja dokazuju da dio drži pritisak. PR2 je prošireni put validacije definiran u Dodatku F - ciklusi tlaka, ciklusi temperature i testovi brtvi koji dokazuju da dizajn preživljava godine stvarnih radnih ciklusa.

Što PR1 uključuje.Hidrostatsko ispitivanje školjke pri potrebnom tlaku, ispitivanje propuštanja ventila i ispitivanje plinske brtve gdje to zahtijeva PSL. To je zadana razina za većinu standardnih komponenti.

Što PR2 dodaje.Aneks F validacije dizajna dodaje: mjerenje sile ili momenta tijekom rada; dinamički ciklusi - obično oko 160 ciklusa pri maksimalnom diferencijalnom tlaku u provrtu; ciklus maksimalne i minimalne temperature, obično 20 ciklusa na svakom ekstremu; ciklus tlak-temperatura; i ispitivanja nepropusnosti okoline. Plin se obično koristi kao ispitni medij za kritične brtve.

Kada je PR2 obavezan.Konstrukcije površinskog i podvodnog sigurnosnog ventila (SSV, USV) i protutlačnog ventila (BSDV) moraju zadovoljiti PR2, a operateri rutinski određuju PR2 za HPHT i dubokovodnu opremu.

Važna razlika.PR2 potvrđuje dizajn, a ne svaki pojedinačni dio. Proizvodni dijelovi još uvijek prolaze svoje rutinske testove prihvatljivosti - PR2 testirani prototip dokazuje da dizajn može preživjeti; proizvodni testovi dokazuju da je ovaj određeni dio napravljen ispravno.

Jednostavna analogija.Zamislite PR1 kao ispit za vozačku dozvolu, a PR2 kao certifikaciju za utrke: jedna dokazuje da znate voziti; drugi dokazuje da možete preživjeti ekstremne uvjete.

Što zahtijeva kvalifikacija za kiselu uslugu prema NACE MR0175/ISO 15156?

Za klase materijala DD, EE, FF i HH, dijelovi s graničnim tlakom moraju biti u skladu s NACE MR0175/ISO 15156 - međunarodnim standardom za materijale u okruženjima koja sadrže H2S. Ograničava kemiju, tvrdoću i mikrostrukturu tako da metal ne može puknuti kada je izložen vodikovom sulfidu.

Zašto postoji.U radu s mokrim H2S, obični čelici mogu otkazati uslijed sulfidnog pucanja pod naponom (SSC), pucanja uslijed korozije pod naponom (SCC) ili pucanja izazvanog vodikom (HIC) - iznenadni, katastrofalni načini kvara koji se mogu dogoditi znatno ispod granice normalne čvrstoće materijala.

Kako je strukturiran standard.Dio 1 daje opća načela za odabir materijala otpornih na pucanje. Dio 2 pokriva ugljične i niskolegirane čelike (i lijevano željezo): ograničava tvrdoću - većina ugljičnih i niskolegiranih razreda ograničena je na oko 22 HRC - i nameće mikrostrukturne i procesne kontrole za otpornost na SSC i HIC. Dio 3 pokriva legure otporne na koroziju: definira prihvatljive temperaturne okvire, parcijalni tlak H2S, koncentraciju klorida i pH za svaku obitelj legura - na primjer, uvjete pod kojima su prihvatljivi 316L, dupleksni stupnjevi ili legura 718.

Kako se dokazuje kvalifikacija.Ispitivanje tvrdoće proizvodnih dijelova i zavarenih slojeva (obično Vickersovo ispitivanje na više mjesta u sloju, zoni utjecaja topline i osnovnom metalu), plus, gdje je potrebno, SSC ispitivanje prema NACE TM0177 i HIC ispitivanje prema NACE TM0284. Rezultati moraju biti dokumentirani i sljedivi.

Praktično za van."Nehrđajući čelik" nije automatski siguran za kiselinu. Austenitni stupanj može biti savršeno prihvatljiv u jednoj jažici i neprihvatljiv u drugoj, ovisno o temperaturi, H2S parcijalnom tlaku, kloridima i pH. Upravo zato klasa materijala API 6A mora biti navedena zajedno s okolinom.

Kako možete provjeriti je li dobavljač otkivaka doista kvalificiran za API 6A?

Provjerite tri stvari - a zatim provjerite dokumente. Prvo, dobavljač posjeduje licencu za API monogram čiji opseg pokriva proizvod koji kupujete. Drugo, sustav upravljanja kvalitetom certificiran je prema API Q1 ili ISO 9001. Treće, sam proces kovanja kvalificiran je prema API 20B za otkivke s otvorenim kalupom ili API 20C za otkivke sa zatvorenim kalupom. Zatim potvrdite da papirologija odgovara metalu.

API 20B i API 20C objašnjeni.API 20B regulira otkovke u obliku otvorene matrice - velike, jednostavne oblike kovane između ravnih ili oblikovanih matrica. API 20C regulira zatvorene otkivke - složene gotovo neto oblike proizvedene u zatvorenim kalupima za otiskivanje. Oba zahtijevaju dokumentirane specifikacije materijala, kvalificirane procese, sljedivost i NDE. Dobavljač koji tvrdi da ima API 6A bez kvalifikacije procesa 20B/20C ima slabiju priču.

Što navesti u narudžbenici - pet parametara.Vrsta opreme; nazivni radni tlak; temperaturni razred; klasa materijala; i PSL razini. Izostavljanje bilo kojeg ostavlja dobavljaču slobodu da odabere najjeftiniju sukladnu opciju.

Crvene zastavice u dokumentaciji.Izvješća o ispitivanju materijala (MTR) koja nisu povezana s toplinskim brojevima; nema QTC zapisa koji povezuju kupon s proizvodnom serijom; vrijednosti tvrdoće izvan navedenog raspona; "kovani" dijelovi s lijevanom mikrostrukturom ili bez dokaza o protoku zrna; nedostaju UT/MT/PT izvješća; i NDE potvrde od nekvalificiranog osoblja.

Inspekcija treće strane.Za PSL 3 i PSL 4 upotrijebite inspekcijsku agenciju treće strane da svjedočite tvorničkim testovima prihvaćanja i pregledate kompletan paket dokumentacije prije otpreme.

Često postavljana pitanja

Klasa materijala (AA do HH) je servisni zahtjev - ono čemu dio mora biti otporan. Grupa materijala ili stupanj (na primjer, 410, F6NM, 625 ili 718) je specifična legura odabrana da ispuni taj zahtjev. Jednu klasu može zadovoljiti više različitih legura, a jedna se legura može pojaviti u više klasa.

Je li nehrđajući čelik 316 prihvatljiv za kiselu uslugu API 6A?

Samo unutar granica definiranih ISO 15156-3. Austenitni nehrđajući čelici kao što je 316/316L prihvatljivi su za rad u kiselim uvjetima samo unutar određenih raspona temperature, parcijalnog tlaka H2S, koncentracije klorida i pH. Nije dekica "da".

Što znači HH u API 6A?

HH je najviša klasa kiselog servisnog materijala. Tijelo i unutarnji dijelovi koji kontroliraju tlak moraju koristiti leguru otpornu na koroziju (CRA) na svim površinama natopljenim tekućinom; Dopuštena je CRA obloga od niskolegiranog ili nehrđajućeg čelika.

Može li se ugljični čelik koristiti u HH opremi?

Ne na površinama namočenim tekućinom - nakvašena površina mora biti CRA. Dopuštena je baza od niskolegiranog ili ugljičnog čelika s CRA oblogom.

Što je PSL 3G?

PSL je kratica za razinu specifikacije proizvoda (1, 2, 3, 3G, 4). PSL 3G je PSL 3 plus obavezno ispitivanje plinom svih brtvi i sjedišta pod pritiskom - obično navedeno za HPHT i dubokovodne primjene.

PR1 ili PR2 - koja je potrebna mojoj komponenti?

Ovisi o komponenti i usluzi. PR2 je obavezan za konstrukcije sigurnosnih ventila i protutlačnih ventila i rutinski se specificira za HPHT i opremu za kritične usluge. Za standardne komponente, PR1 plus potrebni PSL testovi mogu biti dovoljni - potvrdite s operaterom ili specifikacijom projekta.

Koja je razlika između API 20B i API 20C?

Obje su specifikacije API-ja za kvalificirane dobavljače kovanja. API 20B pokriva otvorene otkovke (veliki, jednostavni oblici); API 20C pokriva zatvorene otkovke (složeni skoro neto oblici). Mnogi dobavljači drže jednu ili obje, ovisno o asortimanu proizvoda.