Jaké jsou kritické požadavky na svařování pro trubky ASME SB407 N08811 v ropném a plynárenském provozu?

1. Otázka: Co je slitinová trubka ASME SB407 UNS N08811 a proč se používá v ropných a plynových aplikacích?

A:ASME SB407 je specifikace ASME pro bezešvé trubky ze slitiny niklu{1}}železa-chrómu a UNS N08811 (Incoloy 800HT) je prvotřídní třída používaná v náročných aplikacích ropy a zemního plynu, zejména těch, které zahrnují vysoké teploty, korozivní prostředí nebo kombinaci obou.

ASME SB407 přehled:Tato specifikace je v technických požadavcích identická s ASTM B407, ale je vydána pod jurisdikcí ASME (American Society of Mechanical Engineers). Pro aplikace tlakových nádob a potrubí na ropu a plyn, které vyžadují shodu s normou ASME Code (např. následné rafinérie, závody na zpracování plynu a některá zařízení proti proudu), je povinné specifikovat ASME SB407 spíše než ASTM B407. Specifikace se vztahuje na bezešvé trubky vyrobené vytlačováním nebo děrováním s následným tažením za studena nebo válcováním za studena, což zajišťuje výrobek bez podélných svarů.

UNS N08811 (Incoloy 800HT):Toto je nejvyšší-výkonnostní třída v řadě Incoloy 800, speciálně navržená pro extrémní provozní podmínky. Mezi jeho klíčové vlastnosti pro ropu a plyn patří:

Obsah niklu:30–35 % – poskytuje odolnost proti chloridovému koroznímu praskání

Obsah chromu:19–23 % – poskytuje odolnost proti oxidaci a sulfidaci

Obsah uhlíku:0,06–0,10 % – kontrolovaná pevností při tečení

Hliník + Titan:0,30% minimum kombinované – umožňuje zpevnění srážek

Teplota rozpouštěcího žíhání:Minimální teplota 2150 stupňů F (1177 stupňů) – vytváří optimalizovanou strukturu zrna

Proč N08811 pro ropu a plyn?Ropný a plynárenský průmysl představuje širokou škálu provozních podmínek, od kryogenních po vysoko{0}}teplotní, od sladkých po kyselé (obsahující H₂S-). N08811 je specifikováno, když:

Teploty přesahují 1100 stupňů F (593 stupňů):V ohřívačích rafinérií, reformátorech a -zpracování plynu při vysokých teplotách

Chloridové korozní praskání je problémem:Vysoký obsah niklu zajišťuje odolnost

Sulfidace (útok síry) je přítomna:Obsah chromu poskytuje ochranu

Požaduje se pevnost při tečení:Trvalý stres při zvýšených teplotách

Specifické aplikace ropy a plynu pro potrubí N08811:

Ohřívací trubky rafinérie:Surové, vakuové a koksovací ohřívače zpracovávající ropu s vysokým-sírou

Výstupní potrubí vodíkového reforméru:1500–1650 stupňů F (816–899 stupňů), 300–500 psi

Vysokoteplotní zpracování plynu:Tepelné reaktory jednotky pro regeneraci síry (SRU).

Clausovo procesní potrubí:Manipulace s plyny obsahujícími síru- o vysoké teplotě

Aminové regenerační vařáky:Vysokoteplotní a mokrý provoz H₂S (ačkoli je nutné ověřit shodu s NACE MR0175)

Srovnání s jinými slitinami ropy a plynu:

Rozpoznávání kódu pro ropu a plyn:ASME SB407 UNS N08811 je uznáván v:

ASME sekce VIII, divize 1– Tlakové nádoby

ASME B31.3– Procesní potrubí (kód primárního olejového a plynového potrubí)

ASME sekce I– Energetické kotle (pro aplikace v rafinériích)

Pro ropu a plyn proti proudu (těžební vrty, průtokové potrubí) se místo ASME obvykle používají specifikace API.

2. Otázka: Jaké jsou specifické požadavky ASME Code na potrubí SB407 N08811 v tlakovém provozu ropy a plynu?

A:Když se potrubí ASME SB407 UNS N08811 používá v tlakovém provozu ropy a plynu, musí splňovat požadavky příslušné části ASME Code. Pro většinu ropných a plynových potrubí se řídí ASME B31.3 (procesní potrubí), zatímco tlakové nádoby spadají do ASME sekce VIII.

Požadavky ASME B31.3 pro potrubí N08811:

Přijetí materiálu:Potrubí musí být certifikováno podle ASME SB407 (nejen ASTM B407). Zpráva o zkoušce materiálu (MTR) musí odkazovat na ASME SB407 a prokazovat shodu se všemi chemickými a mechanickými požadavky. ASME B31.3 Code uznává povolená napětí z ASME sekce II, část D pro N08811.

Přípustné hodnoty napětí (ASME sekce II, část D pro N08811):

Poznámka:Při teplotách nad 1100 stupňů F se řídí tečením-roztržení. Třída 800HT (N08811) má vyšší přípustná napětí než 800H (N08810) díky své vynikající pevnosti při tečení.

Výpočet tloušťky stěny podle ASME B31.3:

t=(P × D) / (2 × (S × E + P × Y)) + přídavek na korozi

Kde:

t=požadovaná tloušťka stěny (palce)

P=návrhový tlak (psi)

D=vnější průměr (palce)

S=povolené napětí z ASME II-D (ksi)

E=faktor kvality svarového spoje (1,00 pro bezešvou trubku SB407)

Koeficient Y=z ASME B31.3 (0,4 pro N08811 při vysokých teplotách)

Tolerance koroze=obvykle 1/16 až 1/8 palce pro provoz při vysokých-teplotách

Příklad výpočtu – výstupní potrubí reformátoru:8palcová vnější trubka, návrhový tlak 450 psi, návrhová teplota 1600 stupňů F (871 stupňů).

S=1.3 ksi (z tabulky výše)

E=1.00 (bezešvé)

Y=0.4 (pro feritické a austenitické slitiny při vysoké teplotě)

t=(450 × 8) / (2 × (1300 × 1.00 + 450 × 0,4))=3600 / (2 × (1300 + 180))=3600 / 2960=1.22 palců + 0.125 palců povolená pro korozi=1.345 palců minimální tloušťka stěny

Požadavky ASME sekce VIII, divize 1 na tlakové nádoby:Pro nádoby vyrobené s N08811 platí podobná pravidla. Nádoba musí být navržena, vyrobena, zkontrolována a orazítkována v souladu s oddílem VIII. Používají se stejná dovolená napětí z oddílu II, části D. Mezi další požadavky patří:

100% radiografické vyšetřenívšech tupých svarů (pro většinu provozních podmínek)

Dopadové zkouškypokud je minimální návrhová teplota kovu pod křivkou osvobození

Tepelné zpracování po-svarupožadavky (obecně není vyžadováno pro N08811 s tloušťkou menší než 2 palce)

Požadavky na tlakové zkoušky (ASME B31.3):Po výrobě musí být potrubní systém podroben tlakové zkoušce:

Hydrostatický test:1,5 × návrhový tlak (minimálně 1,5 × 450 psi=675 psi)

Testovací teplota:Musí být nad teplotou přechodu křehkého lomu (N08811 má vynikající houževnatost při nízkých-teplotách, ale test při okolní teplotě je přijatelný)

Doba držení:Minimálně 10 minut na vizuální kontrolu

Shoda NACE MR0175 / ISO 15156 pro kyselé služby:Pokud proud ropy a plynu obsahuje sirovodík (H2S), musí materiál vyhovovat NACE MR0175. Pro N08811:

Slitina není automaticky způsobilá pro kyselý provoz

Kvalifikace vyžaduje specifické tepelné zpracování (roztokové žíhání) a kontrolu tvrdosti (obvykle menší nebo rovno 35 HRC)

Mnoho specifikací pro ropu a plyn omezuje N08811 na sladký provoz (bez H₂S) nebo vyžaduje dodatečné testování

Splnění NACE vždy ověřte u kupujícíhopřed specifikací N08811 pro kyselou službu

3. Otázka: Jak funguje UNS N08811 v prostředí vysokoteplotních rafinérií a zpracování plynu?

A:UNS N08811 (Incoloy 800HT) je speciálně navržen pro vysokoteplotní-provoz, takže je vynikající volbou pro ohřívače rafinérií, vodíkové reformátory a vysokoteplotní zařízení na zpracování plynu. Jeho výkon je charakterizován třemi klíčovými atributy: pevností při tečení, odolností proti oxidaci a odolností proti sulfidaci.

Plazivý výkon v rafinérských ohřívačích:Ohřívací trubky rafinérie (surové, vakuové, koksovací, reformovací) pracují při teplotách kovu 1200–1700 stupňů F (649–927 stupňů) s vnitřními tlaky 150–500 psi (1,0–3,4 MPa). Za těchto podmínek je tečení (deformace závislá na čase)-životnost omezujícím faktorem. Vyšší teplota rozpouštěcího žíhání N08811 (2150 stupňů F oproti . 2100 stupňů F pro 800H) vytváří hrubší a stabilnější strukturu zrna (ASTM č Přísady hliníku a titanu (0,15–0,60 % každý) tvoří během provozu precipitáty Ni3(Al,Ti) gama{21}}primární, čímž dochází k zesílení precipitace.

Srovnávací údaje o tečení (odhadovaná životnost při přetržení při 1600 stupních F / 871 stupních, 500 psi namáhání obruče):

Nerezová ocel 310H: <1 year (not recommended)

Incoloy 800H:3–5 let

Incoloy 800HT:8–12 let

Odolnost proti oxidaci:Obsah chrómu 19–23 % tvoří souvislý, přilnavý oxid chrómu (Cr₂O₃), který chrání základní kov před napadením kyslíkem. Pro služby rafinérií je to kritické u topných těles, kde spaliny obsahují přebytek kyslíku. Rychlost oxidace N08811 při 1800 stupních F (982 stupňů) je přibližně 0,001–0,002 palce za rok-výrazně nižší než u nerezové oceli 310H (0,005–0,010 ipy). Pro typickou nástěnnou trubku 0,500 palce s 20letou životností jsou oxidační ztráty zanedbatelné.

Odolnost proti sulfidaci:Mnoho rafinérských surovin obsahuje síru (0,5–3,5 %) a spaliny obsahují SO₂ a H₂S. Sulfidace je forma vysokoteplotní-koroze, kdy síra reaguje s kovem za vzniku sulfidů s nízkým-táním-. Vysoký obsah chrómu (19–23 %) v N08811 podporuje tvorbu povlaku sulfidu chrómu (Cr3S4 nebo Cr2S3), který chrání více než sulfidy železa nebo niklu. Obsah niklu ve slitině (30–35 %) je dostatečně vysoký, aby poskytoval odolnost proti SCC, ale dostatečně nízký, aby se zabránilo katastrofické sulfidaci niklu (Ni3S2, bod tání 1179 stupňů F / 637 stupňů), ke které dochází u slitin s vyšším -niklem, jako je Inconel 600.

Míra sulfidace při 1500 stupních F (816 stupňů), palivo 2 % síry:

Nerezová ocel 304H:0,030–0,050 ipy (životnost 2–3 roky)

Nerezová ocel 310H:0,015–0,025 ipy (životnost 4–6 let)

Incoloy 800HT:0,003–0,008 ipy (životnost 15–25 let)

Servis vodíkového reformátoru:Při výrobě vodíku prostřednictvím parního reformování metanu pracují výstupní potrubí reforméru a přenosové potrubí při teplotě 1500–1650 stupňů F (816–899 stupňů) s atmosférou bohatou na vodík-. Vodíková křehkost není při těchto teplotách problémem, ale může nastat nauhličování (difúze uhlíku do kovu). Vysoký obsah niklu N08811 snižuje difuzivitu uhlíku a okují oxidu chromitého působí jako bariéra proti difúzi uhlíku. Praxe v provozu reformátorů ukazuje, že rozdělovače 800HT dosahují životnosti 15–20 let.

Odolnost proti tepelnému cyklování:Mnoho rafinérských procesů zahrnuje časté spouštění{0}}a vypínání-odstávek, což způsobuje tepelné cykly. Mírný koeficient tepelné roztažnosti N08811 (přibližně 9,5 × 10⁻⁶/ stupeň F nebo 17 × 10⁻⁶/ stupeň) a vysoká tažnost poskytují vynikající odolnost proti tepelné únavě. Slitina nevytváří křehkou sigma fázi (na rozdíl od vysoce-chromových nerezových ocelí), a to ani po dlouhodobém{10}expozici při 1200–1600 stupních F.

Omezení v ropném a plynárenském servisu:

Nedoporučuje se pro mokré použití H₂S (kyselé).bez kvalifikace NACE MR0175

Omezená odolnost vůči korozi ve vodě– není vhodný pro provoz s mořskou vodou nebo solankou

Vysoká cena– přibližně 3–4× nerezová ocel 310H

4. Otázka: Jaké jsou kritické požadavky na svařování potrubí ASME SB407 N08811 v ropném a plynárenském provozu?

A:Svařování potrubí ASME SB407 UNS N08811 pro ropné a plynárenské služby vyžaduje kvalifikované postupy podle ASME sekce IX. Slitina je svařitelná, ale kontrola vstupu tepla je zásadní pro zachování pevnosti při tečení a zabránění vzniku trhlin za tepla.

Výběr přídavného kovu (kvalifikace ASME Section IX):

Nikdy nepoužívejte výplně z nerezové oceli (308L, 309L, 310H, 316L)– mají nižší pevnost při tečení, odlišnou tepelnou roztažnost a vytvářejí zóny ředění náchylné k praskání za horka.

Řízení tepelného příkonu (kritické pro N08811):Nadměrný přísun tepla zdrsňuje strukturu zrn v tepelně-ovlivněné zóně (HAZ), čímž snižuje pevnost při tečení. Pro N08811, který spoléhá na optimalizovanou strukturu zrna (ASTM č.. 3–5), je to obzvláště důležité.

Maximální interpass teplota:200 stupňů F (93 stupňů)

Rozsah tepelného příkonu:20–35 kJ/palec (8–14 kJ/cm) - nižší než u 800H

Technika:Pouze navlékací korálky; žádné tkaní

For heavy walls (>0,5 palce):Použijte více průchodů s nízkým tepelným příkonem na jeden průchod

Před-příprava sváru:

Vyčistěte svarovou zónu acetonem nebo speciálním kartáčem z nerezové oceli

Používejte brusné kotouče vyhrazené pro slitiny niklu

Odstraňte veškerou síru, fosfor a nečistoty s nízkým -bodem tání-

U silných stěn předehřejte na 200–300 stupňů F (93–149 stupňů), abyste snížili teplotní gradienty

Svařovací procesy:

GTAW (Gas Tungsten Arc Welding):Preferováno pro kořenový průchod a tenké stěny

SMAW (svařování ve stíněném oblouku):Přijatelné pro výplňové průchody s elektrodami ENiCrFe-2; společné pro terénní opravy

GMAW (Gas Metal Arc Welding):Přijatelné, ale vyžaduje pečlivou kontrolu vstupu tepla

Tepelné zpracování po svařování (PWHT):

Obecně není vyžadovánopro tloušťky stěn typické pro olejové a plynové potrubí (až 1 palec / 25 mm) podle ASME B31.3

Pro maximální pevnost při tečení(reformátor): Žíhání v plném roztoku při minimální teplotě 2150 stupňů F (1177 stupňů) – zřídka praktické pro svařování v terénu

Nižší teplotní úleva od stresu(např. 1650 stupňů F / 899 stupňů): Nedoporučuje se; může způsobit precipitaci karbidu bez obnovení struktury zrna

Požadavky na kontrolu podle ASME B31.3 (ropné a plynové potrubí):

Časté vady svařování a prevence:

Praskání za tepla:Zabraňte nízkým příkonem tepla, čistými podmínkami a plnivem ERNiCr-3

Mikrotrhlinky v HAZ:Vyhněte se{0}}vysokým úchopům

Ztráta pevnosti při tečení v HAZ:Regulace interpass teploty; omezit přívod tepla

Oxidace kořenů (cukr):Použijte proplachování inertním plynem na potrubí ID (argon)

Kvalifikační požadavky podle ASME sekce IX:

Záznam o kvalifikaci postupu (PQR):Musí zdokumentovat zkoušky tahem, ohybem a (v případě tečení)-testování při zvýšené teplotě

Kvalifikace výkonu svářeče (WPQ):Provedeno na N08811 nebo ekvivalentním materiálu

Testování tvrdosti:Vyžadováno pro aplikace NACE MR0175

Aspekty polního svařování pro olej a plyn:

Údržba předehřátím:U potrubí velkého průměru v chladných okolních podmínkách udržujte předehřátí pomocí keramických topných přikrývek

Interpass monitorování teploty:Použijte kontaktní pyrometr nebo infračervený teploměr

Zpětné čištění:Nezbytné pro kvalitu kořenového průchodu; udržujte proplachování argonem, dokud nedojde k nanesení alespoň 1/4 palce tloušťky svaru

Po-čištění sváru:Odstraňte tepelný odstín a rozstřik; u zářivě žíhaných trubek obnovte povrch lehkým broušením nebo místním mořením

5. Otázka: Jaké jsou klíčové specifikace pro zadávání zakázek a hlediska shody s kódem pro potrubí ASME SB407 N08811 pro ropu a plyn?

A:Obstarání potrubí ASME SB407 UNS N08811 pro ropné a plynové aplikace vyžaduje pečlivou pozornost specifikacím, certifikačním požadavkům a doplňkovému testování. Materiály, které -nevyhovují, mohou zpozdit projekty a vyžadovat nákladné přepracování.

Povinné požadavky na nákup pro soulad s ASME:

1. Specifikace:"Bezešvé potrubí musí být opatřeno v souladu s ASME SB407 (nikoli ASTM B407) – UNS N08811 (Incoloy 800HT)." Pro tlakovou službu ropy a plynu je pro splnění kodexu vyžadováno označení ASME.

2. Chemické ověření:MTR musí dokumentovat všechny prvky podle UNS N08811. Kritické hodnoty:

Uhlík:0,06–0,10 % (skutečná hodnota, nejen „0,10 % max“)

Hliník + Titan:Minimálně 0,30 % dohromady

Nikl: 30.0–35.0%

Chromium: 19.0–23.0%

3. Ověření tepelného zpracování (kritické pro 800HT):

Teplota rozpouštěcího žíhání:Minimální teplota 2150 stupňů F (1177 stupňů).

Způsob chlazení:Ochlaďte vodou nebo rychle ochlaďte vzduchem

Velikost zrna:Typicky ASTM č. . 3–5 (dokumentováno podle ASTM E112)

4. Mechanické vlastnosti:

Pevnost v tahu:Minimálně 75 ksi (517 MPa).

Mez kluzu (0,2% offset):30 ksi (207 MPa) minimálně

Prodloužení:minimálně 30 %.

5. Nedestruktivní vyšetření:

Hydrostatický test:Zdokumentován tlak a doba trvání

Ultrazvukové vyšetření (UT):Podle ASTM E213 (doporučeno pro velký průměr)

Testování vířivými proudy (ECT):Podle ASTM E426 (alternativa pro malý průměr)

Doplňkové požadavky na ropné a plynárenské služby:

Shoda NACE MR0175 pro kyselý olej a plyn:Pokud bude potrubí vystaveno vlhkému H₂S (kyselý provoz), platí NACE MR0175 / ISO 15156. Pro N08811:

Slitina není automaticky kvalifikována; kvalifikace vyžaduje specifické tepelné zpracování (rozpouštěcí žíhání) a kontrolu tvrdosti

Maximální tvrdost:35 HRC (typicky 30–32 HRC pro 800HT)

Testování SSC:Může být vyžadováno podle NACE TM0177 (metoda A nebo D)

Mnoho specifikací ropy a plynu omezuje N08811 na sladké služby– vždy ověřte u kupujícího

Požadavky na dokumentaci pro shodu s kódem ASME:

Pro olejové a plynové potrubí podle ASME B31.3 je vyžadována následující dokumentace:

Zpráva o zkoušce materiálu (MTR):Certifikováno s označením ASME SB407, tepelným číslem, všemi výsledky testů

Tepelná sledovatelnost:Každá délka trubky je označena číslem tepla; sledovatelné k MTR

Prohlášení o shodě s kódem:"Materiál splňuje všechny požadavky ASME SB407 a ASME sekce II, část D pro UNS N08811"

Pro konstrukci tlakových nádob (ASME sekce VIII):Další dokumentace zahrnuje:

Formulář U-1:Údaje výrobce pro tlakovou nádobu

Přehled dílčích dat:Pro materiály dodávané výrobci nádob

Lisování:Každá nádoba je označena symbolem ASME U

Běžná úskalí při zadávání zakázek:

Úskalí 1:Určení ASTM B407 místo ASME SB407 pro práci s kódem.Oprava:Pro konstrukci kódu ASME zadejte ASME SB407.

Úskalí 2:Za předpokladu, že N08811 je automaticky kvalifikován pro NACE MR0175 pro kyselé služby.Oprava:Ověřte kvalifikaci; většina N08811 se dodává pouze pro sladké služby.

Úskalí 3:Přijetí MTR s teplotou rozpouštěcího žíhání pod 2150 stupňů F.Oprava:Vyžadovat zdokumentovanou teplotu Vyšší nebo rovna 2150 stupňům F; jinak je materiál 800H (N08810) ne 800HT.

Úskalí 4:Neuvádí se tolerance velkých průměrů (rovnost, oválnost).Oprava:ASTM SB407 je nespecifikuje; přidat další požadavky.

Úskalí 5:Objednávání z mlýna bez certifikace ASME SB407.Oprava:Ověřte, že mlýn má příslušné certifikáty ASME pro výrobu SB407.

Doporučený souhrn specifikace nákupu pro ropu a plyn:

SPECIFIKACE MATERIÁLU: Bezešvá trubka podle ASME SB407 – UNS N08811 (Incoloy 800HT). TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ: Roztok žíhán při minimální teplotě 2150 stupňů F (1177 stupňů), zchlazeno vodou. Zrnitost ASTM č.. 3–5. CHEMIE: Podle UNS N08811 s uhlíkem 0,06–0,10 % skutečné; Al+Ti Větší nebo rovno 0,30 %. MECHANICKÉ VLASTNOSTI: Tah větší nebo rovna 75 ksi, výtěžnost větší nebo rovna 30 ksi, tažnost větší nebo rovna 30 %, tvrdost menší nebo rovna 35 HRC. TESTOVÁNÍ: Hydrostatický test podle ASME SB407. 100% ultrazvukového vyšetření podle ASTM E213. CERTIFIKACE: Certifikovaný MTR s označením ASME SB407, dokumentovaná teplota rozpouštěcího žíhání (Větší nebo rovna 2150 stupňů F), měření velikosti zrn a sledovatelnost tepla. NACE MR0175 (je-li požadováno): Materiál musí vyhovovat NACE MR0175 / ISO 15156 pro kyselé služby. Maximální tvrdost 35 HRC. Testování SSC podle NACE TM0177, pokud je specifikováno. ROZMĚRY: Podle ASME SB407 s doplňkovou tolerancí vnějšího průměru ±0,010 palce pro velikosti menší nebo rovné 4 palcům. Přímost maximálně 0,030 palce na stopu. Ovalita 1 % maxima OD. OZNAČENÍ: Každá délka trubky je označena ASME SB407, UNS N08811, tepelným číslem, velikostí, tloušťkou stěny a hydrostatickým zkušebním tlakem.