サワーサービスバルブ: NACE MR0175、H2S および材料選択ガイド

サワーサービスは、石油およびガスバルブの調達において最も重要な材料選択の問題の 1 つです。硫化水素 (H2S) は、バルブが十分な公称圧力定格を備え、工場での通常の圧力テストに合格した場合でも、特定の鋼材や合金が環境誘起亀裂を生じやすい状態を引き起こす可能性があります。

このため、バルブが炭素鋼、ステンレス鋼、鍛造、高圧である、または標準の材料証明書が付属しているというだけの理由で、サワーサービスに適しているとはみなされません。

エンジニアリングレビューでは、材料グレード、冶金学的状態、硬度、熱処理、溶接、冷間加工、コンポーネントの機能、応力レベル、プロジェクトの仕様とともに、実際の H2S 含有環境を考慮する必要があります。

したがって、産業用バイヤーにとって重要な調達の質問は、単に「このバルブは NACE ですか?」ということではありません。もっと良い質問は次のとおりです。 どのサワーサービス規格が、どのバルブコンポーネントに適用され、どのような環境制限の下で適用され、サプライヤーはどのような証拠を提供する必要がありますか?

サワーサービスバルブとは何ですか?

サワーサービスバルブは、適用されるプロジェクト要件に従って、H2S を含む環境でのサービス用に選択、製造、および文書化された、圧力を含むその他の特定の金属コンポーネントを備えた工業用バルブです。

サワーサービスは次の場合に発生する可能性があります。

• 石油およびガスの生産システム。
• 天然ガス処理および甘味施設。
• 収集および生産パイプライン。
• 坑口および上流の処理システム。
• 湿った H2S を含む製油所ユニット。
• サワーサービス仕様が適用される石油化学または関連プロセス システム。

ガス伝送、コンプレッサーステーション、ガス処理、隔離、制御、および関連する天然ガスアプリケーションにわたるバルブの選択については、弊社の 天然ガスバルブソリューション.

環境の正確な定義と適用される材料制限は、管理基準と実際のプロセス条件によって異なります。サプライヤーは、完全なプロジェクトの基礎を確認せずに、H2S 濃度だけからバルブをサワーサービスとして分類すべきではありません。

NACE MR0175 / ISO 15156 対 NACE MR0103 / ISO 17945

サワーサービスバルブの購入で最もよくある間違いの 1 つは、すべての NACE サワーサービス規格を互換性のあるものとして扱うことです。

NACE MR0175/ISO 15156 は、下流の製油所バルブごとに自動的に指定されるべきではありません。同様に、NACE MR0103 は、上流の生産装置の MR0175/ISO 15156 を自動的に置き換えるべきではありません。

購入者、EPC 請負業者、またはプロジェクト材料エンジニアは、施設、プロセス環境、およびプロジェクトの管理仕様に基づいて正しい規格を特定する必要があります。

ISO 15156 は、関連するバルブ設計コード、材料規格、圧力温度要件、その他の構造規則を置き換えるのではなく、補足するものでもあります。バルブには依然として正しい設計基準、圧力定格、材料仕様、テスト、および文書が必要です。

「NACE準拠バルブ」が完全な仕様ではない理由

「NACE 準拠」というフレーズはバルブの見積書で広く使用されていますが、それだけでは曖昧な場合があります。

次のような未解決の疑問が残る可能性があります。

• MR0175/ISO 15156 または MR0103/ISO 17945?
• 契約上どのエディションが適用されますか?
• どのバルブコンポーネントが含まれていますか?
• 湿潤圧力部品のみが含まれますか、それともステム、ボルト、トリム、スプリング、ピン、その他のコンポーネントも範囲内に含まれますか?
• どのような材料条件と熱処理が必要ですか?
• 各材料にはどのような硬度制限が適用されますか?
• 補修溶接は許可されていますか?
• 溶接手順または溶接硬度の制御は必要ですか?
• HIC テストは必要ですか?
• SSC 資格試験は必要ですか?
• どのような材料証明書や検査記録が必要ですか?

適切なサワーサービス購入仕様書では、製造を開始する前にこれらの質問に答える必要があります。

H2S がバルブ材料を損傷する仕組み

H2S を含む水性環境は、いくつかの形態の環境支援型亀裂の一因となる可能性があります。正確なメカニズムは、材料、応力、微細構造、環境、冶金学的条件によって異なります。

硫化物応力亀裂 (SSC)

SSC は、影響を受けやすい材料、引張応力、および H2S を含む環境に関連する亀裂の一種です。高硬度、高強度、不適切な熱処理、冷間加工、溶接効果、残留応力により、特定の鋼材やコンポーネントの感受性が高まる可能性があります。

これが、サワーサービス仕様が名目上の合金グレードだけでなく、硬度や冶金学的状態も管理することが多い理由の 1 つです。

水素誘起亀裂 (HIC)

水素誘起亀裂は、腐食によって発生した水素が影響を受けやすい鋼に入り込み、介在物やその他のトラップ部位などの内部特徴に蓄積すると発生する可能性があります。

HIC と SSC は同じメカニズムではなく、材料が「NACE 準拠」であるという一般的な記述は、プロジェクト固有の個別の HIC テストが自動的に実行されたことを意味するものではありません。

応力指向水素誘起亀裂 (SOHIC)

SOHIC には、適用された引張応力または残留引張応力の影響を受ける水素関連の亀裂が含まれます。プロジェクト仕様で SOHIC リスクが特定されている場合、溶接領域と熱影響部には特に注意が必要になる場合があります。

応力腐食割れおよびその他の H2S 関連の損傷

耐食合金やその他の材料の場合、適用される酸っぱい環境では、環境亀裂に関する追加の考慮事項が必要となる場合があります。したがって、材料の選択は、一般的な耐食性の仮定ではなく、該当する規格によって定義された許容環境制限および条件に従う必要があります。

購入者はどのようなサービス データを提供する必要がありますか?

サワーサービスの材料の選択には、「媒体: 天然ガス」という記述よりも多くの情報が必要です。

プロジェクトと適用される規格によっては、エンジニアリングレビューには次のような情報が必要になる場合があります。

• プロセス媒体と組成。
• 遊離水または水相の存在。
• H2S の内容と、劣悪な環境を評価するためにプロジェクトで使用される基礎。
• 動作圧力と設計圧力。
• 動作温度と設計温度。
• 該当する場合は pH。
• 選択した合金に関連する塩化物濃度。
• CO2 およびその他の腐食性成分 (該当する場合)。
• 該当する場合、元素状硫黄またはその他の特殊な汚染物質。
• バルブの位置とサービス機能。
• より厳しい環境を生み出す可能性のある混乱またはシャットダウン状態。

サプライヤーは、不足しているサービス条件をでっち上げてはなりません。プロジェクトが材料の適合性を確認するのに十分な環境情報を提供しない場合は、最終的な材料の選択前に説明を要求する必要があります。

サワーサービスバルブの部品別材質選択

バルブは、さまざまな金属部品と非金属部品のアセンブリです。したがって、サービスの適合性はコンポーネントごとに検討する必要があります。

ボディとボンネット

使用条件やプロジェクトの要件に応じて、炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼、二相ステンレス鋼、ニッケル合金、その他の材料が使用される場合があります。

炭素鋼および低合金鋼の圧力がかかる部品については、材料の強度、硬度、熱処理、溶接、修理条件、および適用される耐酸性限界を合わせて確認する必要があります。

より広範なボディ材料の選択原則については、 バルブ材質選定ガイド.

ステム、ボール、ゲート、ディスク、プラグ、シートリング、その他トリム

バルブの内部部品は、機械的ストレスとプロセスへの直接的な暴露の両方を受ける可能性があります。適切なボディ材質は、ステム、ボール、ウェッジ、ディスク、プラグ、シートリング、スプリング、ピン、またはガイドが同じ酸っぱい環境に適していることを保証するものではありません。

たとえば、材料の強度、硬度、熱処理、および環境制限が耐亀裂性に影響を与える可能性があるため、高強度のステム材料については慎重な検討が必要になる場合があります。

したがって、トリム材料の選択は、単一の一般的な「NACE トリム」の説明ではなく、実際のコンポーネントとサービスに基づいて行う必要があります。を参照してください。 バルブトリム材質選択ガイド より広範なトリム選択コンテキスト用。

ボルト締め

すべてのボルトが同じプロセスにさらされるわけではないため、ボルト締めには特別な注意が必要です。

内部ボルト締め、濡れたボルト締め、漏れのある酸っぱい環境にさらされる外部ボルト締め、および完全に隔離された外部ボルト締めには、プロジェクト要件が異なる場合があります。

購入者は、すべてのサプライヤーが範囲を同じように解釈すると仮定するのではなく、サワーサービス要件が外部ボルト締めに適用されるかどうかを明記する必要があります。

溶接と溶接の修理

溶接により、局所的な硬度、残留応力、微細構造、熱影響部の特性が変化する可能性があります。したがって、サービス プロジェクトでは、次の要件が課される場合があります。

• 溶接施工資格。
• 基材と充填材。
• 必要に応じて予熱および溶接後の熱処理を行います。
• 硬度調査箇所。
• 溶接を補修します。
• 溶接または修理後の NDT。
• 修理箇所のトレーサビリティ。

補修溶接は、思い込みによって受け入れられない、または禁止されるべきではありません。該当する材料仕様とプロジェクト要件によって、何が許可されるかを定義する必要があります。

硬化肉盛とオーバーレイ

硬化肉盛と耐食オーバーレイは摩耗や腐食の性能を向上させることができますが、完全なシステムは依然としてサービスに備えたエンジニアリングのレビューが必要です。

母材、希釈、入熱、硬度、溶着合金、最終加工、溶接手順、および環境適合性がすべて関連する可能性があります。

シート、シール、パッキン、ガスケット

NACE MR0175/ISO 15156 および MR0103/ISO 17945 は、主に金属材料の規格です。非金属シート、シール、O リング、パッキン、ガスケットは、実際のプロセス媒体、H2S 暴露、圧力、温度、減圧挙動、化学的適合性、プロジェクト仕様に合わせて選択する必要があります。

金属材料の審査によって、エラストマーやポリマーが酸性ガスサービスに自動的に認定されるわけではありません。

硬度管理: 1 つの普遍的な HRC 数値が危険である理由

硬度は、サービスの調達要件として最も顕著なものの 1 つであり、最も頻繁に過度に単純化される要件の 1 つでもあります。

多くの炭素鋼および低合金鋼のサワーサービス用途では硬度制限が課されていますが、正確な許容値は材料、製品形状、熱処理、溶接条件、コンポーネント、および管理基準によって異なります。

したがって、購入者は、1 つの硬度数値がバルブ本体、ボンネット、鍛造品、ステム、ボルト、溶接金属、熱影響部、ステンレス鋼、または耐食合金に普遍的に適用されると仮定することは避けるべきです。

より適切な購入要件では、管理するサワーサービス規格と適用される材料の状態を特定し、その規格またはプロジェクトで指定されている場合には硬度検証を必要とします。

熱処理と材料状態が重要

公称材料グレードが同じ 2 つのコンポーネントでも、熱処理、硬度、冷間加工、微細構造、または製造履歴が異なる場合、耐酸性が異なる可能性があります。

プロジェクトのレビューでは、正規化、正規化および焼き戻し、焼入れおよび焼き戻し、溶体化焼き鈍し、またはその他の必要な条件を確認する必要がある場合があります。該当する場合、最大許容冷間加工。必要に応じて溶接後の熱処理。熱処理記録。製造または溶接後の最終的な硬さ。

これが、MTC 上の材料指定だけがサービスの受け入れチェックであるべきではない理由です。

すべてのサワーサービスバルブに HIC テストが必要ですか?

いいえ。

NACE MR0175/ISO 15156 が指定されているという理由だけで、すべてのバルブに HIC テストが自動的に必要になるわけではありません。

プロジェクトで炭素鋼または低合金鋼の水素誘起亀裂に対する耐性の評価が特に必要な場合は、NACE TM0284 などの認められた試験方法を適用可能な製品形式とプロジェクト条件に適用できます。

購入者は、どの材料が HIC テストを必要とするか、適用されるテスト方法とエディション、サンプリング基準、合格基準、熱特有のテスト要件がある場合は、ラボの資格、および報告要件を定義する必要があります。

必要な HIC テストと合格結果が実際に文書化されていない限り、標準 MTC が HIC 耐性を証明していると想定しないでください。

SSC 資格試験

NACE TM0177 は、H2S 環境における硫化物応力亀裂および応力腐食亀裂に対する金属の耐性を評価するために使用される標準化された実験室方法を提供します。

ただし、TM0177 は試験方法の規格です。認定試験が必要かどうか、どの方法が使用されるか、どのような試験片条件が適用されるか、およびどのような承認基準が必要かは、該当する材料認定ルートまたはプロジェクト仕様から得られる必要があります。

RFQ に「NACE が必要」という文言が含まれているという理由だけで、日常的な生産バルブにその場限りのサワーガス実験室テストを実施すべきではありません。

PMI、MTC、およびサワーサービスの材料検証

確実な材料識別は、必要に応じて合金の識別を検証するのに役立ちますが、PMI は完全なサービス コンプライアンスを証明するものではありません。

PMI は、選択されたコンポーネントの合金化学を確認する場合がありますが、サワーサービスの適合性は、材料グレード、製品形状、熱処理、硬度、冷間加工、溶接条件、環境制限、および必要な認定試験によっても左右される場合があります。

PMI の範囲と制限については、 バルブ PMI テスト ガイド.

どのような書類を要求する必要がありますか?

必要な文書パッケージはプロジェクトによって異なりますが、サワーサービスバルブの注文には次の組み合わせが必要になる場合があります。

• 圧力がかかるコンポーネントおよび指定された接液コンポーネントの材料試験証明書。
• 熱数またはバッチのトレーサビリティ。
• サワーサービスコンポーネントを特定する材料リストまたは部品表。
• 必要に応じて熱処理を記録します。
• 硬さ検査記録。
• 指定されている場合は PMI レポートが作成されます。
• 必要に応じて、WPS、PQR、または溶接記録。
• 指定されている場合は溶接硬度を記録します。
• 該当する鋳造、鍛造、溶接、または修理に関する NDT レポート。
• 契約上義務付けられている場合、HIC テストレポート。
• 契約上必要な場合は SSC 資格記録。
• 圧力およびシート漏れテストのレポート。
• 承認されたデータシートと図面。
• ITP および検査リリースの記録。
• 必要に応じて、プロジェクト固有のコンプライアンス宣言。

コンポーネントのトレーサビリティ、適用される規格、材料条件、またはサポート記録のない「NACE 準拠」を記載する一般的な証明書は、EPC 文書の承認には不十分である可能性があります。

より広範なドキュメント パッケージの概要については、次を参照してください。 バルブ証明書と品質文書.

サワーサービス要件は ITP にどのように表示されるべきか

重要なサワーサービス管理は、最終検査時にのみ確認するのではなく、製造前に計画する必要があります。

承認された ITP には、材料仕様と MTC のレビュー、熱処理の検証、硬度検査、必要に応じて PMI、溶接および修理手順のレビュー、指定されている場合には修理または溶接後の NDT、必要に応じて HIC または SSC 認定レポートのレビュー、圧力試験、および最終文書のレビューとリリースが含まれる場合があります。

購入者または第三者の検査官が特定の検査に立ち会う必要がある場合は、介入ポイントを設定する必要があります。 バルブの検査とテスト計画 活動が行われる前に。

サワーサービスバルブの調達でよくある間違い

1.「NACEバルブが必要」のみを記載

これは、正しい規格、コンポーネントの範囲、材料制限、または文書要件を特定するものではありません。

2. MR0175とMR0103を同一規格として扱う

これらは、さまざまな主要なアプリケーション環境に対応します。プロジェクトは正しい標準を特定する必要があります。

3. すべての材料に 1 つの硬度制限を適用する

硬度の要件は、材料、製品の形状、コンポーネント、熱処理、および管理基準によって異なります。

4.本体材質のみの確認

ステム、トリム、ボルト締め、溶接、スプリング、ピン、その他の露出した金属部品も、修理サービスのレビューが必要な場合があります。

5. ステンレス鋼が自動的に適していると仮定する

耐食合金には環境的および冶金学的制限があります。合金名だけでは、サービスへの適合性を確立できません。

6. PMI が NACE 準拠を証明すると仮定する

PMI は主に合金の化学を検証します。硬度、熱処理、耐亀裂性、溶接状態、または完全な環境認定を検証するものではありません。

7. 材料と受け入れ基準を定義せずに HIC テストを要求する

HIC テストは、該当する製品形式、テスト方法、サンプリング計画、およびプロジェクトの受け入れ基準と結び付ける必要があります。

8. 外部ボルト締め範囲の無視

購入者は、外部ボルトがエクスポージャーとプロジェクトの哲学に基づいてサワーサービス要件を満たす必要があるかどうかを明確にする必要があります。

9. FAT のみでのサワーサービス要件のレビュー

FATでは、材料の調達、熱処理、溶接、部品の製造がすでに完了しています。生産前に重要な要件を確認する必要があります。

10. 追跡不可能な「NACE 証明書」の受け入れ

適合性の証拠は、実際に供給されたバルブコンポーネントを、発注書で要求される材料および検査記録に結び付ける必要があります。

サワーサービスバルブのRFQチェックリスト

サワーサービスバルブプロジェクトの主要基準

正確な標準セットはプロジェクトによって異なります。一般的な参考資料には次のものがあります。

• NACE MR0175 / ISO 15156: 定義された範囲内での石油およびガス生産および天然ガス処理における H2S 含有環境向けの金属材料の選択と認定。
• NACE MR0103 / ISO 17945: 該当するサワー石油精製および関連処理環境における硫化物応力亀裂に対する耐性に関する金属材料の要件。
• NACE TM0177: H2S 環境における硫化物応力亀裂および応力腐食亀裂に対する金属の耐性を実験室で試験します。
• NACE TM0284: 適用可能なパイプラインおよび圧力容器鋼の水素誘起亀裂に対する耐性の評価。
• 適用可能なバルブ設計および試験規格: サワーサービスの資材要件に加えて、API、ASME、ISO、またはプロジェクト固有の規格も引き続き必要です。

これらの標準は維持されており、プロジェクトのエディションが異なる場合があるため、注文書では契約上適用可能なエディションを特定する必要があります。無関係なプロジェクトの硬度制限、環境境界、合金制限をコピーしないでください。

産業用バイヤー向けの最終推奨事項

サワーサービスバルブの調達は主に材料と環境の管理の問題であり、ラベルの選択の問題ではありません。

技術的に防御可能な注文では、実際の H2S サービス状態を正しい基準に関連付けて、必要な材料、コンポーネントの範囲、冶金学的状態、硬度、溶接管理、テスト、検査、および文書化を定義する必要があります。

サワーサービスバルブの見積もりの場合は、バルブのタイプ、サイズ、圧力クラス、H2S サービスデータ、動作および設計条件、該当する NACE/ISO 規格、本体およびトリムの材料要件、硬度要件、溶接制限、特別なテスト、検査ポイント、および最終文書化の範囲を RFQ で提供します。

よくある質問

サワーサービスバルブとは何ですか？

サワーサービスバルブは、該当するサワーサービス規格およびプロジェクト要件に従って、H2S 含有環境向けに指定された金属コンポーネントが選択および制御されているバルブです。完全な要件には、材料グレード、熱処理、硬度、溶接、試験、トレーサビリティ、および文書化が含まれます。

NACE MR0175 / ISO 15156 は何に使用されますか?

NACE MR0175/ISO 15156 は、定義された範囲内の石油およびガス生産および天然ガス処理における H2S 含有環境用の金属材料の選択と認定に取り組んでいます。これは、該当するバルブの設計および構造基準を置き換えるのではなく、補足するものです。

NACE MR0175 と NACE MR0103 の違いは何ですか?

MR0175/ISO 15156 は主に石油とガスの生産および天然ガスの処理に関連しています。 MR0103/ISO 17945 は、該当するサワー石油精製および関連処理環境に対応しています。プロジェクトでは、標準を互換性のあるものとして扱うのではなく、どの標準が適用されるかを特定する必要があります。

NACE 準拠とは常に最大 22 HRC を意味しますか?

いいえ。すべてのバルブ材料およびコンポーネントに 1 つの普遍的な硬度値を適用するのは安全ではありません。硬度の要件は、材料、製品の形状、熱処理、コンポーネント、溶接条件、適用される規格、プロジェクトの仕様によって異なります。

すべてのサワーサービスバルブには HIC テストが必要ですか?

いいえ。HIC テストは、該当するプロジェクトまたは材料仕様で呼び出される場合にのみ必要です。購入者は、材料、試験方法、サンプリング、合格基準、および報告要件を定義する必要があります。

PMI はバルブが NACE に準拠していることを証明しますか?

いいえ、PMI は指定されている場合に合金の化学的性質を検証できますが、サワーサービスの適合性は硬度、熱処理、冷間加工、溶接、材料の状態、環境制限、認定試験によっても左右される場合があります。

サワーサービスバルブについてはどのような書類を要求すればよいですか?

プロジェクトに応じて、文書にはMTC、熱トレーサビリティ、熱処理記録、硬度レポート、PMIレポート、溶接記録、NDTレポート、必要に応じてHICまたはSSC認定レポート、圧力試験レポート、承認済み図面、ITP記録、およびプロジェクト固有のコンプライアンス文書が含まれる場合があります。