Quins són els requisits crítics de soldadura per a la canonada ASME SB407 N08811 en servei de petroli i gas?

1. P: Què és la canonada d'aliatge ASME SB407 UNS N08811 i per què s'utilitza en aplicacions de petroli i gas?

A:ASME SB407 és l'especificació ASME per a canonades d'aliatge de níquel-ferro-crom sense soldadura, i UNS N08811 (Incoloy 800HT) és el grau superior utilitzat en aplicacions exigents de petroli i gas, especialment aquelles que impliquen altes temperatures, ambients corrosius o una combinació d'ambdós.

Descripció general de l'ASME SB407:Aquesta especificació és idèntica en els requisits tècnics a ASTM B407, però s'emet sota la jurisdicció ASME (American Society of Mechanical Engineers). Per a aplicacions de canonades i recipients a pressió de petroli i gas que requereixen el compliment del codi ASME (per exemple, refineries aigües avall, plantes de processament de gas i algunes instal·lacions aigües amunt), especificar ASME SB407 és obligatori en lloc de ASTM B407. L'especificació cobreix la canonada sense soldadura fabricada per extrusió o perforació seguida d'estirat en fred o laminació en fred, assegurant un producte sense costures de soldadura longitudinals.

UNS N08811 (Incoloy 800HT):Aquest és el grau de rendiment més alt-de la sèrie Incoloy 800, dissenyat específicament per a condicions de servei extremes. Les seves característiques clau per al petroli i el gas inclouen:

Contingut de níquel:30-35%: proporciona resistència a l'esquerda per corrosió per tensió de clorur

Contingut de crom:19-23% - proporciona resistència a l'oxidació i la sulfuració

Contingut de carboni:0,06–0,10%: controlada per la força de fluència

Alumini + titani:0,30% mínim combinat: permet l'enfortiment de la precipitació

Temperatura de recuit de la solució:2150 graus F (1177 graus) mínim: produeix una estructura de gra optimitzada

Per què N08811 per al petroli i el gas?La indústria del petroli i del gas presenta una àmplia gamma de condicions de servei, des de criogèniques fins a altes-temperatura, des de dolços a àcids (que contenen H₂S-). N08811 s'especifica quan:

Les temperatures superen els 1100 graus F (593 graus):En escalfadors de refineries, reformadors i processament de gasos a -alta temperatura

L'esquerda per corrosió per estrès de clorur és una preocupació:L'alt contingut de níquel proporciona resistència

La sulfuració (atac de sofre) és present:El contingut de crom proporciona protecció

Es requereix força de fluència:Estrès sostingut a temperatures elevades

Aplicacions específiques de petroli i gas per a la canonada N08811:

Tubs d'escalfament de la refineria:Escalfadors de cru, de buit i de coqueig que processen crus alts-de sofre

Col·lectors de sortida del reformador d'hidrogen:1500–1650 graus F (816–899 graus), 300–500 psi

Processament de gas a -alta temperatura:Reactors tèrmics de la unitat de recuperació de sofre (SRU).

Conductes de procés Claus:Manipulació de gasos de sofre-alta temperatura-

Reboilers de regeneració d'amines:Servei d'H₂S humit d'alta-temperatura (tot i que s'ha de verificar el compliment de la norma NACE MR0175)

Comparació amb altres aliatges de petroli i gas:

Codi de reconeixement per al petroli i el gas:ASME SB407 UNS N08811 està reconegut a:

ASME Secció VIII, Divisió 1– Recipients a pressió

ASME B31.3- Conductes de procés (el codi de canonades de petroli i gas primari)

ASME Secció I– Calderes de potència (per a aplicacions de serveis públics de refineria)

Per al petroli i el gas aigües amunt (pous de producció, línies de flux), les especificacions API s'utilitzen normalment en lloc d'ASME.

2. P: Quins són els requisits específics del codi ASME per a la canonada SB407 N08811 al servei de pressió de petroli i gas?

A:Quan la canonada ASME SB407 UNS N08811 s'utilitza en el servei de pressió d'oli i gas, ha de complir els requisits de la secció del codi ASME aplicable. Per a la majoria de canonades de petroli i gas, regeix ASME B31.3 (Conduccions de procés), mentre que els recipients a pressió s'inclouen a la secció VIII d'ASME.

Requisits ASME B31.3 per a la canonada N08811:

Acceptació del material:La canonada ha d'estar certificada segons ASME SB407 (no només ASTM B407). L'informe de prova de materials (MTR) ha de fer referència a ASME SB407 i mostrar el compliment de tots els requisits químics i mecànics. El codi ASME B31.3 reconeix les tensions permeses de l'ASME Secció II, Part D per a N08811.

Valors de tensió permesos (ASME Secció II, Part D per a N08811):

Nota:Per a temperatures superiors a 1100 graus F, regeix la ruptura-de fluència. El grau 800HT (N08811) té tensions permeses més altes que 800H (N08810) a causa de la seva resistència a la fluència superior.

Càlcul del gruix de la paret segons ASME B31.3:

t=(P × D) / (2 × (S × E + P × Y)) + marge de corrosió

On:

t=gruix de paret necessari (polzades)

P=pressió de disseny (psi)

D=diàmetre exterior (polzades)

S=tensió permesa d'ASME II-D (ksi)

E=factor de qualitat de la junta de soldadura (1,00 per a canonades SB407 sense soldadura)

Coeficient Y=d'ASME B31.3 (0,4 per a N08811 a altes temperatures)

L'admissió de corrosió=normalment entre 1/16 i 1/8 de polzada per al servei d'alta-temperatura

Exemple de càlcul: canonada de sortida del reformador:Tub de 8 polzades OD, pressió de disseny de 450 psi, temperatura de disseny de 1600 graus F (871 graus).

S=1.3 ksi (de la taula anterior)

E=1.00 (sense fissures)

Y=0.4 (per a aliatges ferrítics i austenítics a alta temperatura)

t=(450 × 8) / (2 × (1300 × 1.00 + 450 × 0,4))=3600 / (2 × (1300 + 180))=3600 / 2960=1.22 polzades + 0.125 polzades tolerancia de corrosió=1.345 polzades de gruix de paret mínim

ASME Secció VIII, Requisits de la divisió 1 per als recipients a pressió:Per als vaixells construïts amb N08811, s'apliquen normes similars. El vaixell s'ha de dissenyar, fabricar, inspeccionar i estampar d'acord amb la secció VIII. S'utilitzen les mateixes tensions permeses de la secció II, part D. Els requisits addicionals inclouen:

Exploració radiogràfica 100%.de totes les soldadures a tope (per a la majoria de condicions de servei)

Prova d'impactesi la temperatura mínima de disseny del metall està per sota de la corba d'exempció

Tractament tèrmic post-soldadurarequisits (generalment no es requereix per a N08811 de menys de 2 polzades de gruix)

Requisits de prova de pressió (ASME B31.3):Després de la fabricació, el sistema de canonades s'ha de provar a pressió:

Prova hidrostàtica:1,5 × pressió de disseny (mínim 1,5 × 450 psi=675 psi)

Temperatura de prova:Ha d'estar per sobre de la temperatura de transició de fractura fràgil (N08811 té una excel·lent resistència a baixa-temperatura, però la prova a l'ambient és acceptable)

Temps de retenció:Mínim 10 minuts per a la inspecció visual

Compliment de la NACE MR0175 / ISO 15156 per al servei àcid:Si el corrent de petroli i gas conté sulfur d'hidrogen (H₂S), el material ha de complir la norma NACE MR0175. Per a N08811:

L'aliatge no està qualificat automàticament per al servei àcid

La qualificació requereix un tractament tèrmic específic (recuit amb solució) i un control de duresa (normalment inferior o igual a 35 HRC)

Moltes especificacions de petroli i gas restringeixen N08811 al servei dolç (sense H₂S) o requereixen proves addicionals

Comproveu sempre el compliment de la NACE amb el compradorabans d'especificar N08811 per al servei àcid

3. P: Com funciona UNS N08811 en entorns de processament de gas i refineries d'alta-temperatura?

A:UNS N08811 (Incoloy 800HT) està dissenyat específicament per al servei d'alta-temperatura, la qual cosa el converteix en una excel·lent opció per a escalfadors de refineries, reformadors d'hidrogen i equips de processament de gasos d'-alta temperatura. El seu rendiment es caracteritza per tres atributs clau: resistència a la fluència, resistència a l'oxidació i resistència a la sulfuració.

Rendiment de fluència en escalfadors de refineria:Els tubs d'escalfament de la refineria (cru, buit, coqueig, reformador) funcionen a temperatures metàl·liques de 1200-1700 graus F (649-927 graus) amb pressions internes de 150-500 psi (1,0-3,4 MPa). En aquestes condicions, la fluència (deformació-depenent del temps) és el factor que limita la vida-. La temperatura més alta de recuit de la solució de N08811 (2150 graus F versus . 2100 graus F durant 800 H) produeix una estructura de gra més gruixuda i més estable (ASTM No. 3-5) que resisteix el lliscament del límit del gra. Les addicions d'alumini i titani (0,15-0,60% cadascuna) formen precipitats gamma-Ni₃(Al,Ti) durant el servei, proporcionant un reforç de la precipitació.

Dades comparatives de fluència (vida estimada de ruptura a 1600 graus F / 871 graus, tensió del cèrcol de 500 psi):

Acer inoxidable 310H: <1 year (not recommended)

Incoloy 800H:3-5 anys

Incoloy 800HT:8-12 anys

Resistència a l'oxidació:El 19-23% de contingut de crom forma una escala contínua i adherent d'òxid de crom (Cr₂O₃) que protegeix el metall base de l'atac de l'oxigen. Per al servei de refineria, això és fonamental en escalfadors de foc on els gasos de combustió contenen excés d'oxigen. La taxa d'oxidació de N08811 a 1800 graus F (982 graus) és d'aproximadament 0,001–0,002 polzades per any-significativament inferior a l'acer inoxidable 310H (0,005–0,010 ipy). Per a un tub de paret típic de 0,500 polzades amb una vida útil de disseny de 20 anys, la pèrdua d'oxidació és insignificant.

Resistència a la sulfuració:Molts crus de refineria contenen sofre (0,5-3,5%) i els gasos de combustió contenen SO₂ i H₂S. La sulfuració és una forma de corrosió a alta-temperatura en què el sofre reacciona amb el metall per formar sulfurs de baix-punt de fusió-. L'alt contingut de crom de N08811 (19-23%) afavoreix la formació d'una escala de sulfur de crom (Cr₃S₄ o Cr₂S₃) que és més protectora que els sulfurs de ferro o níquel. El contingut de níquel de l'aliatge (30-35%) és prou alt com per proporcionar resistència al SCC, però prou baix com per evitar la sulfuració catastròfica de níquel (Ni₃S₂, punt de fusió 1179 graus F / 637 graus) observada en aliatges de níquel -superiors com Inconel 600.

Taxes de sulfuració a 1500 graus F (816 graus), combustible de sofre al 2%:

acer inoxidable 304H:0,030–0,050 ipy (2–3 anys de vida)

Acer inoxidable 310H:0,015–0,025 ipy (4–6 anys de vida)

Incoloy 800HT:0,003–0,008 ipy (15–25 anys de vida)

Servei de reformador d'hidrogen:En la producció d'hidrogen mitjançant el reformat de metà amb vapor, els col·lectors de sortida del reformador i les línies de transferència funcionen a 1500–1650 graus F (816–899 graus ) amb atmosferes riques-en hidrogen. La fragilitat de l'hidrogen no és una preocupació a aquestes temperatures, però es pot produir la carburació (difusió de carboni al metall). L'alt contingut de níquel de N08811 redueix la difusivitat del carboni i l'escala d'òxid de crom actua com a barrera de difusió del carboni. L'experiència de camp en servei de reformador mostra que els col·lectors 800HT aconsegueixen una vida útil de 15 a 20 anys.

Resistència al cicle tèrmic:Molts processos de refineria impliquen inicis-i aturades-freqüents, que provoquen cicles tèrmics. El coeficient d'expansió tèrmica moderat de N08811 (aproximadament 9,5 × 10⁻⁶ / grau F o 17 × 10⁻⁶ / grau) i l'alta ductilitat proporcionen una excel·lent resistència a la fatiga tèrmica. L'aliatge no forma una fase sigma trencadissa (a diferència dels acers inoxidables d'alt-crom), fins i tot després d'una exposició a llarg termini-a 1200-1600 graus F.

Limitacions en el servei de petroli i gas:

No recomanat per al servei humit H₂S (àcid).sense qualificació NACE MR0175

Resistència limitada a la corrosió aquosa– no apte per al servei d'aigua de mar o salmorra

Alt cost– aproximadament 3–4× acer inoxidable 310H

4. P: Quins són els requisits crítics de soldadura per a la canonada ASME SB407 N08811 al servei de petroli i gas?

A:La soldadura de canonades ASME SB407 UNS N08811 per al servei de petroli i gas requereix procediments qualificats segons ASME Secció IX. L'aliatge és soldable, però el control de l'entrada de calor és fonamental per preservar la força de fluència i evitar l'esquerdament en calent.

Selecció de metall d'aportació (qualificada ASME Secció IX):

No utilitzeu mai farciments d'acer inoxidable (308L, 309L, 310H, 316L)– tenen una resistència a la fluència més baixa, una expansió tèrmica diferent i creen zones de dilució propenses a esquerdes en calent.

Control d'entrada de calor (crític per a N08811):L'entrada de calor excessiva fa que l'estructura del gra a la-zona afectada per la calor (HAZ) redueix la força de fluència. Per a N08811, que es basa en una estructura de gra optimitzada (ASTM No. 3–5), això és especialment important.

Temperatura màxima entre passades:200 graus F (93 graus)

Interval d'entrada de calor:20-35 kJ/polzada (8-14 kJ/cm) - inferior a la de 800H

Tècnica:Només perles de corda; sense teixir

For heavy walls (>0,5 polzades):Utilitzeu diverses passades amb poca aportació de calor per passada

Preparació-presolda:

Netegeu la zona de soldadura amb acetona o raspall d'acer inoxidable dedicat

Utilitzeu moles reservades per a aliatges de níquel

Elimineu tots els contaminants de sofre, fòsfor i -punt de fusió- baix

Per a parets gruixudes, preescalfeu a 200-300 graus F (93-149 graus) per reduir els gradients tèrmics

Processos de soldadura:

GTAW (soldadura d'arc de tungstè amb gas):Preferit per a pas d'arrel i parets primes

SMAW (soldadura per arc de metall blindat):Acceptable per a passades d'ompliment amb elèctrodes ENiCrFe-2; habitual per a reparacions de camp

GMAW (soldadura per arc de metall amb gas):Acceptable, però requereix un control acurat de l'entrada de calor

Tractament tèrmic post-soldadura (PWHT):

Generalment no es requereixper a gruixos de paret típics de canonades de petroli i gas (fins a 1 polzada / 25 mm) segons ASME B31.3

Per a la màxima força de fluència(servei de reformador): recuit de solució completa a 2150 graus F (1177 graus) com a mínim: poques vegades és pràctic per a la soldadura de camp

Alleujament de l'estrès de temperatura més baixa(per exemple, 1650 graus F / 899 graus): no recomanat; pot provocar la precipitació del carbur sense restaurar l'estructura del gra

Requisits d'inspecció segons ASME B31.3 (conductes de petroli i gas):

Defectes comuns de soldadura i prevenció:

Cracking en calent:Prevenció per baixa entrada de calor, condicions de neteja i farciment ERNiCr-3

Microfissuració en HAZ:Eviteu els ajustos-d'alta restricció

Pèrdua de força de fluència en HAZ:Controlar la temperatura entre passades; limitar l'entrada de calor

Oxidació de les arrels (ensucrar):Utilitzeu la purga de gas inert a l'ID de la canonada (argó)

Requisits de qualificació segons ASME Secció IX:

Expedient de qualificació del procediment (PQR):Ha de documentar les proves de tracció, flexió i (per al servei de fluència){0}}elevades temperatures

Qualificació de rendiment del soldador (WPQ):Realitzat amb N08811 o material equivalent

Prova de duresa:Necessari per a les aplicacions NACE MR0175

Consideracions de la soldadura de camp per a petroli i gas:

Manteniment de preescalfament:Per a canonades de gran diàmetre en condicions ambientals fredes, mantingueu el preescalfament amb mantes calefactores de ceràmica

Monitorització de la temperatura entre passades:Utilitzeu un piròmetre de contacte o un termòmetre d'infrarojos

Purga posterior:Essencial per a la qualitat del pas d'arrel; mantenir la purga d'argó fins que es dipositi almenys 1/4 de polzada de gruix de soldadura

Neteja post-soldadura:Traieu el to de calor i les esquitxades; per a tubs recuits brillants, restaurar la superfície amb mòlta lleugera o decapat local

5. P: Quines són les especificacions de contractació clau i les consideracions de compliment del codi per a la canonada ASME SB407 N08811 per a petroli i gas?

A:L'adquisició de canonades ASME SB407 UNS N08811 per a aplicacions de petroli i gas requereix una atenció acurada als detalls de les especificacions, als requisits de certificació i a les proves addicionals. El material-no conforme pot endarrerir els projectes i requerir una costosa reelaboració.

Requisits obligatoris de contractació per al compliment d'ASME:

1. Especificació:"La canonada sense soldadura s'ha de subministrar d'acord amb ASME SB407 (no ASTM B407) - UNS N08811 (Incoloy 800HT)." Per al servei de pressió de petroli i gas, es requereix la designació ASME per al compliment del codi.

2. Verificació química:El MTR ha de documentar tots els elements segons UNS N08811. Valors crítics:

Carboni:0,06-0,10% (valor real, no només "0,10% màxim")

Alumini + titani:0,30% mínim combinat

Níquel: 30.0–35.0%

Crom: 19.0–23.0%

3. Verificació del tractament tèrmic (crític per a 800HT):

Temperatura de recuit de la solució:2150 graus F (1177 graus) mínim

Mètode de refrigeració:Temps d'aigua o refredament ràpid d'aire

Mida del gra:Normalment ASTM No. 3–5 (documentat segons ASTM E112)

4. Propietats mecàniques:

Resistència a la tracció:75 ksi (517 MPa) mínim

Límit de rendiment (0,2% de compensació):30 ksi (207 MPa) mínim

Elongació:30% mínim

5. Examen no destructiu:

Prova hidrostàtica:Pressió i durada documentades

Exploració ultrasònica (UT):Segons ASTM E213 (recomanat per a gran diàmetre)

Prova de corrents de Foucault (ECT):Segons ASTM E426 (alternativa per a diàmetre petit)

Requisits addicionals per al servei de petroli i gas:

Compliment de la norma NACE MR0175 per al petroli i el gas àcids:Si la canonada estarà exposada a H₂S humit (servei àcid), s'aplica la NACE MR0175 / ISO 15156. Per a N08811:

L'aliatge no es qualifica automàticament; La qualificació requereix un tractament tèrmic específic (recuit en solució) i un control de duresa

Duresa màxima:35 HRC (normalment 30–32 HRC per a 800HT)

Prova SSC:Pot ser requerit segons NACE TM0177 (Mètode A o D)

Moltes especificacions de petroli i gas restringeixen N08811 al servei dolç- verificar sempre amb el comprador

Requisits de documentació per al compliment del codi ASME:

Per a les canonades de petroli i gas segons ASME B31.3, cal la documentació següent:

Informe de prova de material (MTR):Certificat amb la designació ASME SB407, número de calor, tots els resultats de les proves

Traçabilitat de calor:Cada longitud de canonada està marcada amb un número de calor; traçable a MTR

Declaració de compliment del codi:"El material compleix tots els requisits d'ASME SB407 i ASME Secció II, Part D per a UNS N08811"

Per a la construcció de recipients a pressió (ASME Secció VIII):La documentació addicional inclou:

Formulari U-1:Informe de dades del fabricant del recipient a pressió

Informe parcial de dades:Per als materials subministrats al fabricant de vaixells

Estampació:Cada vaixell segellat amb el símbol ASME U

Problemes habituals de contractació:

Trampa 1:Especificant ASTM B407 en lloc d'ASME SB407 per al treball del codi.Correcció:Per a la construcció del codi ASME, especifiqueu ASME SB407.

Trampa 2:Suposant que N08811 està automàticament qualificat per NACE MR0175 per al servei àcid.Correcció:Verificar la qualificació; la majoria de N08811 només es subministra per al servei dolç.

Trampa 3:S'accepta MTR amb una temperatura de recuit de la solució per sota de 2150 graus F.Correcció:Requereix una temperatura documentada superior o igual a 2150 graus F; en cas contrari, el material és 800H (N08810) no 800HT.

Trampa 4:No s'especifiquen toleràncies de gran diàmetre (rectitud, ovalitat).Correcció:ASTM SB407 no especifica aquests; afegir requisits addicionals.

Trampa 5:Comandes a un molí sense certificació ASME SB407.Correcció:Verifiqueu que la fàbrica té els certificats ASME adequats per a la producció SB407.

Resum de les especificacions d'adquisició recomanades per a petroli i gas:

ESPECIFICACIÓ DEL MATERIAL: canonada sense soldadura segons ASME SB407 – UNS N08811 (Incoloy 800HT). Tractament tèrmic: solució recuita a 2150 graus F (1177 graus) mínim, apagada amb aigua. Granulometria ASTM No. 3–5. QUÍMICA: segons UNS N08811 amb carboni 0,06–0,10% real; Al+Ti Major o igual al 0,30%. PROPIETATS MECÀNIQUES: Tracció superior o igual a 75 ksi, rendiment superior o igual a 30 ksi, allargament superior o igual al 30%, duresa inferior o igual a 35 HRC. PROVES: prova hidrostàtica segons ASME SB407. 100% examen ultrasònic segons ASTM E213. CERTIFICACIÓ: MTR certificat amb designació ASME SB407, temperatura de recuit de la solució documentada (superior o igual a 2150 graus F), mesura de la mida del gra i traçabilitat de la calor. NACE MR0175 (si és necessari): el material ha de complir la NACE MR0175 / ISO 15156 per al servei àcid. Duresa màxima 35 HRC. Proves SSC segons NACE TM0177 si s'especifica. DIMENSIONS: segons ASME SB407 amb tolerància addicional de OD ± 0,010 polzades per a mides inferiors o iguals a 4 polzades. Rectitud 0,030 polzades per peu com a màxim. Ovalitat 1% de la DO màxima. MARCATGE: Cada longitud de canonada està marcada amb ASME SB407, UNS N08811, nombre de calor, mida, gruix de paret i pressió de prova hidrostàtica.