API 6A Класове материали: Как никеловите сплави отговарят на изискванията на HH-NL

Защо класовете материали по API 6A имат значение за оборудването за нефт и газ

Класовете на материалите API 6A (AA до HH) определят температурната-обвивка на околната среда и необходимата група материали за устието на кладенеца и оборудването за коледно дърво. Клас HH е най-високият рейтинг, изискващ -устойчиви на корозия-сплави на никелова основа (CRA), като напр.Инконел 625и Hastelloy C276, за да издържат на най-агресивните условия на киселинен газ, включително високи концентрации на H₂S, повишени температури до 180 градуса и високо съдържание на хлорид. Суфиксите "L" (ниска температура, до -46 градуса) и "N" (нормализирано) допълнително определят работната обвивка. Посочването на правилния клас на материала не е задължително - това е критично за безопасността-инженерно и нормативно изискване.

При приложения на киселинни газове и нефтени находища под високо-налягане, един-единствен грешен избор на материал може да причини катастрофална повреда на оборудването: сулфидно напукване под напрежение (SSC), напукване от напрегната корозия (SCC), точково напукване или предизвикано от -водород напукване (HIC) може да доведе до издухване на кладенец, разливи в околната среда и загуба на живот. API 6A (ISO 10423) предоставя окончателната рамка за определяне на оборудването за ухото на кладенеца и неговата система за класове на материали е основният инструмент за съпоставяне на капацитета на материала с обслужващата среда.

[Източник] Спецификация на API 6A, 21-во издание (2018 г.), „Спецификация за оборудване за сондажи и коледни елхи,“ Приложение F - Изисквания за материали.

Какви са класовете материали по API 6A и какво покриват?

API 6A определя седем класа материали - AA, BB, CC, DD, EE, FF и HH -, подредени от най-ниската до най-високата устойчивост на корозия и температура. Класовете от AA до FF са базирани на въглеродни и ниско-легирани стомани с прогресивно по-строги контроли върху химията, твърдостта и термичната обработка. Клас HH е изключително за -базирани на никел-устойчиви на корозия сплави (CRA) и представлява най-тежките условия на експлоатация. Наставката „L“ (както в „DD-L“, „EE-L“, „FF-L“, „HH-L“) означава работа при ниска-температура до −46 градуса (−51 градуса F).

[Източник] API 6A, 21-во издание, Приложение F, Таблица F.1 - Класове материали и условия на обслужване. Температурни стойности съгласно приложение F; действителните граници зависят от конкретния PSL и група материали.

Как работи температурната-матрица на околната среда

Класът на материала се избира чрез съпоставяне на условията на експлоатация с изискванията за класа. Двете ключови променливи са:

• температура:Температура: околните условия и температурата на течността в устието на кладенеца
• Околна среда:Концентрация на H₂S (парциално налягане), концентрация на CO₂ и съдържание на хлорид (Cl⁻)

С повишаване на температурата или концентрацията на H₂S/CO₂ се увеличава, необходимият клас на материала се повишава от AA към HH. След като температурата надвиши 121 градуса (250 градуса F), отговарят на условията само EE, EE-L, FF, FF-L, HH и HH-L. За най-агресивните среди с кисели газове - особено тези с високо съдържание на хлорид и температури над 150 градуса - никеловите сплави от клас HH стават единственият технически валиден избор.

[Източник] API 6A, 21-во издание, Приложение F, Клауза F.2 - Ограничения на условията за обслужване за класове материали.

Какво прави средата с кисел газ толкова агресивна?

Сероводородът (H₂S) се разтваря в произведената вода, за да образува слаба киселина, която се разпада на H⁺ и HS⁻ йони. Атомите H⁺ дифундират в стоманена решетка, рекомбинират се като H₂ газ при вътрешни дефекти и генерират масивно вътрешно налягане, което причинява водород-индуцирано напукване (HIC) и сулфидно напукване под напрежение (SSC). CO₂ се разтваря, за да образува въглеродна киселина (H₂CO3), която агресивно атакува стоманата, причинявайки равномерно изтъняване, питинг и галванична корозия на заваръчните шевове. Никеловите сплави са устойчиви на тези механизми, тъй като тяхното високо съдържание на Ni (по-голямо или равно на 58%) е имунизирано срещу SSC и тяхното високо съдържание на Cr/Mo/W пасивира повърхността срещу киселинна атака.

[Източник] NACE MR0175 / ISO 15156-1:2020, клауза 4 - Механизми за повреда в среда, съдържаща H₂S. Haynes International, "Корозия при производството на нефт и газ."

Какъв е прагът на H₂S за изискване на клас HH?

Няма нито един праг на H₂S, който универсално да задейства клас HH. Класът на материала се определя от комбинирания ефект на H₂S парциално налягане, CO₂ парциално налягане, концентрация на хлорид, температура и-in situ pH -, както е определено в NACE MR0175 / ISO 15156-3. Най-общо никелови сплави от клас HH се определят, когато: (1) парциалното налягане на H₂S надвишава границите за материали от клас FF, (2) температурата надвишава 150 градуса при работа в кисела среда, (3) концентрацията на хлорид надвишава 50 000 ppm при работа в кисела среда или (4) околната среда съдържа елементарна сяра (която ускорява SSC ​​дори при ниски нива на H2S).

API 6A не предоставя директна таблица за справка от H₂S% до класа на материала. Вместо това инженерите използват методологията на ISO 15156-3 Приложение A, която изобразява комбинацията от парциално налягане на H₂S, парциално налягане на CO₂, концентрация на хлорид и рН на място върху диаграма за сериозност на околната среда. За справка в дизайна следната таблица предоставя приблизителни експлоатационни условия, обикновено свързани с клас HH:

[Източник] NACE MR0175 / ISO 15156-3:2020, Приложение A - Граници на екологична строгост. API 6A, 21-во издание, приложение F.

Какво точно изисква API 6A за материали от клас HH?

Изисквания за група материали и сплави

API 6A клас HH налага устойчиви на -корозия{2}}сплави (CRA) на базата на никел като основна група материали. Най-широко приетите и складирани сплави са Inconel 625 (UNS N06625 / W.Nr. 2.4856) иHastelloy C276(UNS N10276 / W.Nr. 2.4819). И двете сплави трябва да отговарят на съответните продуктови спецификации на ASTM (ASTM B564 за изковки, B443 за плочи/листове, B622 за безшевни тръби, B574 за пръти) и трябва да бъдат квалифицирани за работа в кисела среда съгласно NACE MR0175 / ISO 15156-3. Въглеродните и ниско{11}}легираните стомани са изрично забранени за компоненти от клас HH при експлоатация в кисело състояние.

[Източник] ASTM B443-22 (плоча/лист Inconel 625), B564-22 (изковки от никелова сплав), B574-22 (пръчка от никелова сплав), B622-22 (безшевна тръба); NACE MR0175 / ISO 15156-3:2020.

Температурни оценки: HH спрямо HH-L

Клас HH: Стандартен температурен рейтинг от −29 градуса до +180 градуса (максималния рейтинг в API 6A).

Клас HH-L: Разширена ниска{1}}температурна оценка от −46 градуса до +180 градуса, необходима за арктически и офшорни подводни приложения, където околните температури падат под −29 градуса. Суфиксът "L" налага допълнителни изисквания за изпитване на удар (V-прорез на Шарпи при -46 градуса, минимум 54 J напречно) и може да изисква специална топлинна обработка за постигане на необходимата якост при криогенни температури, като същевременно се поддържа устойчивост на корозия в горния край на диапазона.

[Източник] API 6A, 21-во издание, Приложение F, Клауза F.4 - Оценки за ниска-температура на обслужване.

Кои никелови сплави отговарят на изискванията за API 6A клас HH?

Inconel 625 срещу Hastelloy C-276: Кое да изберете?

Както Inconel 625 (UNS N06625), така и Hastelloy C-276 (UNS N10276) са квалифицирани по API 6A клас HH и съвместими с NACE MR0175 / ISO 15156-3. Inconel 625 е изборът по подразбиране за повечето API 6A приложения за сондажи и коледни елхи поради превъзходната си изработваемост, установен опит и отлична здравина при висока температура (до 980 градуса).

Hastelloy C276 се предпочита, когато средата съдържа концентрирана солна киселина (HCl), високо съдържание на хлорид при повишена температура или условия на елементарна сяра -, при които съдържанието на молибден в Inconel 625 (8–10%) е недостатъчно и по-високото Mo+W на C-276 (до 19,5%) осигурява допълнителна устойчивост. JN Alloy съхранява и двете сплави и може да достави напълно съвместими с API 6A изковки, тръби и фитинги.

[Източник] Лист с данни на Haynes International Inconel 625; Лист с данни на Haynes International Hastelloy C-276; Технически данни на Special Metals Corporation. PREN, изчислен по методологията на NACE TM0177 / ASTM G48.

Защо съдържанието на никел над 58% е критично за киселия газ

Съдържанието на никел в По-голямо или равно на 58% (Inconel 625) и По-голямо или равно на 57% (Hastelloy C-276) не е инцидент -, а е структурната основа за тяхната устойчивост на SSC. В аустенитните никелови сплави FCC (гранецентрирана кубична) кристална структура има много по-ниска водородна дифузия от BCC въглеродна стомана, което означава, че по-малко водородни атоми могат да проникнат през решетката. Освен това никелът активно рекомбинира зараждащия се водород на повърхността, преди да може да дифундира навътре. Въглеродната стомана (Ni < 0,5%) и дори стандартната аустенитна неръждаема стомана (Ni 8–12%) не могат да осигурят тази защита, поради което са ограничени до клас DD или FF в най-добрия случай при работа в кисела среда.

Как PSL 1, PSL 2 и PSL 3 влияят на материалните изисквания?

PSL (Ниво на спецификация на продукта) определя изискванията за документация, проверка, тестване и проследимост -, а не самия материал. Клас HH се прилага независимо от PSL; въпреки това, PSL 3 (задължителен за киселинна услуга съгласно API 6A) налага допълнителни изисквания за проверка на материала, които пряко засягат начина, по който определяте и приемате компоненти от никелова сплав. За клас HH при обслужване с киселини PSL 3 на практика се изисква от повечето оператори и регулаторни органи по света.

[Източник] API 6A, 21-во издание, клауза 7 - Изисквания за проверка и преглед от PSL. NACE TM0177-2016 - SSC изпитване на метали.

Как да посочите API 6A Class HH материали: Контролен списък за доставки

[Източник] API 6A, 21-во издание, приложение F и клауза 7; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2020; EN 10204:2004 Метални продукти - Видове документи за проверка.

Как да проверите материал от клас HH при получаване

При получаване на материала винаги изпълнявайте следните стъпки за проверка, преди да го пуснете в сервиза:

Стъпка 1 - PMI:Положителна идентификация на материала (PMI): Използвайте ръчен XRF анализатор, за да проверите съдържанието на Ni, Cr, Mo и W спрямо обхвата на спецификацията C-276 или 625.

Стъпка 2 - Преглед на MTC:MTC (Сертификат за изпитване на мелница): Проверете топлинното число, химичния анализ, механичните свойства (опън, провлачване, удължение, твърдост) и условията на термична обработка.

Стъпка 3 - Тест за въздействие:Доклад от теста за удар на Шарпи: Потвърдете, че енергията на удара отговаря на 54 J (напречно) при изискваната температура (RT за HH, −46 градуса за HH-L).

Стъпка 4 - Sour Service Qual.:Сертификат NACE MR0175 / ISO 15156-3: Потвърдете документацията за квалификация на доставчика на материала.

Стъпка 5 - Визуална и размерна:Визуална проверка: Проверете за повърхностни дефекти, неправилно{0}}обработени размери и правилни маркировки.

Стъпка 6 - NDE:ултразвуково изпитване (UT) или инспекция с магнитни частици (MPI) на критични заварки

Къде се използва оборудване от никелова сплав от клас HH в нефтената и газовата промишленост?

Типични приложения за API 6A клас HH оборудване

Оборудването от никелова сплав API 6A клас HH е специфицирано за най-взискателните подповърхностни и повърхностни приложения, където въглеродните и ниско-легираните стомани се повреждат в рамките на месеци. Ключовите области на приложение включват дълбоки кладенци за кисел газ, резервоари с високо-налягане и висока температура (HPHT), офшорни платформи с произведена вода с високо-хлориди и термални EOR (подобрено възстановяване на нефт) проекти с инжектиране на гореща солена вода.

[Източник] Съставено от спецификациите на проекта на оператора; Референции за приложения на нефт и газ на Haynes International; Международна публикация на NACE 34100 - Преглед на полевия опит с H₂S.

Често задавани въпроси

Не. API 6A клас HH изрично изисква CRA материали на базата на никел. Докато неръждаемата стомана 316L (UNS S31603) има добра устойчивост на корозия в много среди, нейното съдържание на никел (10–14%) е недостатъчно, за да осигури имунитет към напукване от сулфидно напрежение в услуга, съдържаща H₂S-. Неговият PREN от приблизително 24 е далеч под прага, необходим за среда с тежки кисели газове. Само сплави, отговарящи на изискванията за съдържание на никел и PREN на Inconel 625 (UNS N06625) или Hastelloy C-276 (UNS N10276) - и квалифицирани по NACE MR0175 / ISO 15156-3 -, са приемливи за клас HH.

В2: Каква е разликата между клас FF и клас HH?

И FF, и HH имат еднакъв температурен диапазон (-29 градуса до +180 градуса), но използват коренно различни материали. Клас FF използва въглеродни и ниско-легирани стомани (до 13Cr мартензитна неръждаема стомана), квалифицирани по NACE MR0175 / ISO 15156-3, с твърдост, ограничена до по-малка или равна на 22 HRC, за да се намали податливостта на SSC. Клас HH използва CRA на основа-на никел (Inconel 625 или Hastelloy C-276), които по своята същност са устойчиви на SSC, независимо от твърдостта. HH се избира, когато материалите от клас FF не могат да отговорят на изискванията за скорост на корозия, точкова кора или температура на работната среда.

Q3: Кога е посочен клас HH-L вместо клас HH?

Клас HH-L се определя, когато минималната работна температура падне под −29 градуса (−20 градуса F). Това се случва в газови полета на сушата в Арктика и в офшорни подводни системи за кладенци, където температурата на околната морска вода може да падне до -46 градуса или по-ниско. Суфиксът L- изисква допълнително изпитване на удар на V-на Шарпи при -46 градуса (минимум 54 J напречно), за да се докаже, че никеловата сплав запазва адекватна якост при криогенни температури, без да става крехка. Горната температурна граница (+180 градуса) остава същата като стандартния клас HH.

Въпрос 4: Клас HH изисква ли топлинна обработка след-заваряване (PWHT)?

В повечето случаи НЕ. Както Inconel 625, така и Hastelloy C-276 се използват в-заварени или-тестирани условия за приложения на ухото на кладенец по API 6A. Тяхното свръх-ниско съдържание на въглерод и силиций предотвратява утаяването на карбид в зоната,-засегната от топлината на заваряване (HAZ), елиминирайки необходимостта от-отгряване на разтвора след заваряване. Въпреки това, за най-тежките условия (концентрирана HCl, елементарна сяра или температури над 150 градуса в кисела саламура), се препоръчва отгряване на разтвора при 1093–1171 градуса, последвано от бързо охлаждане с вода, за да се възстанови максималната устойчивост на корозия. PWHT (термична обработка след заваряване при по-ниски температури) трябва да се избягва, тъй като не подобрява и може да влоши устойчивостта на корозия на тези сплави.

Въпрос 5: Какво е типичното време за доставка за компоненти на устието на кладенец по API 6A клас HH Inconel 625?

API 6A Class HH Inconel 625 изковки за тела и капаци на кладенци обикновено изискват 16–26 седмици от потвърждението на поръчката до доставката, тъй като повечето се произвеждат от специализирани леярни и ковачници с лицензи за монограм API 6A (система за управление на качеството API 6A Q1). Стокови артикули като плочи, пръти и безшевни тръби Inconel 625 (ASTM B443/B574/B622) може да бъдат налични след 4–10 седмици от дистрибуторите. JN Alloy поддържа наличност от плоча, прът и тръба от Inconel 625 и Hastelloy C-276 за бърз отговор на запитвания. За спешни изисквания се свържете с jnalloy123@gmail.com с вашето конкретно запитване, включително размер, количество, клас на налягане и дестинация за доставка.

Q6: Как JN Alloy проверява дали материалът от клас HH отговаря на изискванията на API 6A и NACE MR0175?

JN Alloy доставя материали от никелова сплав от клас HH с пълна документация за съответствие с API 6A и ISO 15156-3. Всяка пратка включва: (1) EN 10204 3.1 Сертификат за изпитване на мелница с топлинна химия, резултати от механични изпитвания и запис на топлинна обработка; (2) NACE MR0175 / ISO 15156-3 писмо за квалификация на материала от завода; (3) API 6A Q1 лицензен номер на монограм (за готови компоненти); (4) Резултати от изпитването на удар на Шарпи при определената температура; (5) незадължителен доклад за тестване на PMI и сертификат за проверка от трета страна (API 6A PSL 3). При получаване купувачите трябва да извършат независима PMI проверка с помощта на калибриран ръчен XRF анализатор, за да потвърдят, че съдържанието на Ni, Cr, Mo и W съответства на спецификацията на материала, преди да пуснат материала за производство.