O serviço ácido é uma das questões mais importantes de seleção de materiais na aquisição de válvulas de petróleo e gás. O sulfeto de hidrogênio, ou H2S, pode criar condições nas quais certos aços e ligas se tornam vulneráveis à fissuração ambientalmente assistida, mesmo quando a válvula tem classificação de pressão nominal suficiente e passou nos testes normais de pressão de fábrica.
É por isso que uma válvula não pode ser considerada adequada para serviços ácidos simplesmente porque é de aço carbono, aço inoxidável, forjada, de alta pressão ou fornecida com um certificado de material padrão.
A revisão de engenharia deve considerar o ambiente real que contém H2S juntamente com o tipo do material, condição metalúrgica, dureza, tratamento térmico, soldagem, trabalho a frio, função do componente, nível de tensão e especificação do projeto.
Para os compradores industriais, a principal questão de aquisição não é simplesmente “Esta válvula é NACE?” Uma pergunta melhor é: Qual padrão de serviço azedo se aplica, a quais componentes da válvula, sob quais limites ambientais e que evidências o fornecedor deve fornecer?
O que são as válvulas de serviço azedo?
Uma válvula de serviço ácido é uma válvula industrial cujos componentes metálicos contendo pressão e outros componentes metálicos especificados foram selecionados, fabricados e documentados para serviço em um ambiente contendo H2S de acordo com os requisitos de projeto aplicáveis.
O serviço azedo pode ocorrer em:
- Sistemas de produção de petróleo e gás.
- Instalações de tratamento e adoçamento de gás natural.
- Pipelines de coleta e produção.
- Sistemas de processamento de poço e upstream.
- Unidades de refinaria contendo H2S úmido.
- Sistemas de processos petroquímicos ou relacionados onde uma especificação de serviço ácido é invocada.
Para seleção de válvulas em transmissão de gás, estações de compressão, processamento de gás, isolamento, controle e aplicações de gás natural relacionadas, consulte nosso Soluções para válvulas de gás natural.
A definição exata do ambiente e as restrições de materiais aplicáveis dependem da norma vigente e das condições reais do processo. Um fornecedor não deve classificar uma válvula como serviço ácido apenas devido à concentração de H2S sem revisar a base completa do projeto.
NACE MR0175/ISO 15156 versus NACE MR0103/ISO 17945
Um dos erros mais comuns na compra de válvulas de serviço azedo é tratar todos os padrões de serviço azedo da NACE como intercambiáveis.
| Família Padrão | Direção Primária da Aplicação | O que os compradores devem entender |
|---|---|---|
| NACEMR0175/ISO 15156 | Produção de petróleo e gás e tratamento de gás natural em ambientes contendo H2S | Tem como foco a seleção e qualificação de materiais metálicos resistentes a mecanismos de fissuração relacionados ao H2S dentro de seu escopo |
| NACEMR0103/ISO 17945 | Refino de petróleo ácido e ambientes de processamento relacionados | Estabelece requisitos de materiais destinados principalmente à resistência à fissuração por tensão por sulfeto em ambientes de refinaria aplicáveis |
A NACE MR0175/ISO 15156 não deve ser especificada automaticamente para todas as válvulas de refinaria a jusante. Da mesma forma, a NACE MR0103 não deve substituir automaticamente a MR0175/ISO 15156 para equipamentos de produção a montante.
O comprador, o empreiteiro de EPC ou o engenheiro de materiais do projeto devem identificar o padrão correto com base na instalação, no ambiente do processo e nas especificações aplicáveis do projeto.
A ISO 15156 também complementa, em vez de substituir, o código de projeto de válvula relevante, o padrão de material, os requisitos de pressão-temperatura e outras regras de construção. Uma válvula ainda precisa do padrão de projeto, classificação de pressão, especificação de material, testes e documentação corretos.
Por que “Válvula compatível com NACE” não é uma especificação completa
A frase “compatível com NACE” é amplamente utilizada em cotações de válvulas, mas por si só pode ser ambígua.
Pode deixar perguntas sem resposta, como:
- MR0175/ISO 15156 ou MR0103/ISO 17945?
- Qual edição é contratualmente aplicável?
- Quais componentes da válvula estão incluídos?
- Estão incluídas apenas as peças de pressão molhadas ou a haste, os parafusos, os internos, as molas, os pinos e outros componentes também estão dentro do escopo?
- Que condições de material e tratamento térmico são necessários?
- Quais restrições de dureza se aplicam a cada material?
- As soldas de reparo são permitidas?
- O procedimento de soldagem ou os controles de dureza da solda são necessários?
- O teste HIC é necessário?
- O teste de qualificação SSC é necessário?
- Quais certificados de materiais e registros de inspeção são necessários?
Uma boa especificação de compra de serviço azedo deve responder a essas perguntas antes do início da fabricação.
Como o H2S pode danificar os materiais das válvulas
Ambientes aquosos contendo H2S podem contribuir para diversas formas de craqueamento ambientalmente assistido. O mecanismo exato depende do material, tensão, microestrutura, ambiente e condição metalúrgica.
Craqueamento por Tensão de Sulfeto (SSC)
SSC é uma forma de fissuração associada a material suscetível, tensão de tração e ambiente contendo H2S. Alta dureza, alta resistência, tratamento térmico inadequado, trabalho a frio, efeitos de soldagem e tensão residual podem aumentar a suscetibilidade de certos aços e componentes.
Esta é uma das razões pelas quais as especificações de serviço ácido muitas vezes controlam não apenas o grau nominal da liga, mas também a dureza e a condição metalúrgica.
Craqueamento Induzido por Hidrogênio (HIC)
A trinca induzida por hidrogênio pode se desenvolver quando o hidrogênio gerado pela corrosão entra no aço suscetível e se acumula em características internas, como inclusões ou outros locais de aprisionamento.
HIC e SSC não são o mesmo mecanismo, e uma declaração geral de que um material é “compatível com a NACE” não significa automaticamente que um teste HIC específico do projeto tenha sido realizado.
Craqueamento Induzido por Hidrogênio Orientado por Tensão (SOHIC)
SOHIC envolve fissuras relacionadas ao hidrogênio, influenciadas pela tensão de tração aplicada ou residual. Regiões soldadas e zonas afetadas pelo calor podem exigir atenção especial quando a especificação do projeto identificar risco SOHIC.
Fissuração por corrosão sob tensão e outros danos relacionados ao H2S
Para ligas e outros materiais resistentes à corrosão, o ambiente ácido aplicável pode envolver considerações adicionais de fissuração ambiental. A seleção do material deve, portanto, seguir os limites e condições ambientais permitidos definidos pela norma aplicável, em vez de uma suposição genérica de resistência à corrosão.
Quais dados de serviço os compradores devem fornecer?
A seleção de materiais de serviço azedo requer mais informações do que a afirmação “meio: gás natural”.
Dependendo do projeto e da norma aplicável, a revisão de engenharia pode necessitar de informações como:
- Meio e composição do processo.
- Presença de água livre ou fase aquosa.
- Conteúdo de H2S e a base utilizada pelo projeto para avaliar o ambiente ácido.
- Pressão operacional e de projeto.
- Temperatura operacional e de projeto.
- pH quando aplicável.
- A concentração de cloreto é relevante para a liga selecionada.
- CO2 e outros constituintes corrosivos, quando relevante.
- Enxofre elementar ou outros contaminantes especiais, quando aplicável.
- Localização da válvula e função de serviço.
- Condições de interrupção ou desligamento que podem criar um ambiente mais severo.
O fornecedor não deve inventar condições ausentes de serviço azedo. Se o projeto não fornecer informações ambientais suficientes para confirmar a adequação do material, esclarecimentos deverão ser solicitados antes da seleção final do material.
Seleção de material de válvula de serviço azedo por componente
Uma válvula é um conjunto de diferentes componentes metálicos e não metálicos. A adequação do serviço de origem deve, portanto, ser revista componente por componente.
Corpo e capô
Aço carbono, aço de baixa liga, aço inoxidável, aço inoxidável duplex, ligas de níquel e outros materiais podem ser usados dependendo das condições de serviço e requisitos do projeto.
Para peças contendo pressão de aço carbono e de baixa liga, a resistência do material, dureza, tratamento térmico, soldagem, condição de reparo e limites aplicáveis de serviço ácido devem ser verificados em conjunto.
Para princípios mais amplos de seleção de material corporal, consulte o Guia de seleção de material de válvula.
Haste, esfera, portão, disco, plugue, anel de assento e outros acabamentos
As peças internas da válvula podem sofrer estresse mecânico e exposição direta ao processo. Um material de corpo adequado não garante que a haste, a esfera, a cunha, o disco, o obturador, o anel da sede, a mola, o pino ou a guia sejam adequados para o mesmo ambiente ácido.
Por exemplo, materiais de haste de maior resistência podem exigir uma revisão cuidadosa porque a resistência do material, a dureza, o tratamento térmico e os limites ambientais podem afetar a resistência à fissuração.
A seleção do material dos internos deve, portanto, basear-se no componente e serviço reais, e não em uma única descrição genérica de “internos NACE”. Veja o Guia de seleção de materiais de guarnição de válvula para um contexto mais amplo de seleção de acabamento.
Aparafusamento
O aparafusamento requer atenção especial porque nem todos os parafusos sofrem a mesma exposição ao processo.
Aparafusamento interno, aparafusamento úmido, aparafusamento externo exposto a um ambiente ácido com vazamento e aparafusamento externo completamente isolado podem ter requisitos de projeto diferentes.
O comprador deve declarar se os requisitos de serviço secundário se aplicam ao aparafusamento externo, em vez de assumir que cada fornecedor interpretará o escopo da mesma maneira.
Soldas e reparos
A soldagem pode alterar a dureza local, a tensão residual, a microestrutura e as propriedades da zona afetada pelo calor. Os projetos de serviços de origem podem, portanto, impor requisitos sobre:
- Qualificação de procedimento de soldagem.
- Material base e material de enchimento.
- Tratamento térmico de pré-aquecimento e pós-soldagem, quando necessário.
- Locais de pesquisa de dureza.
- Soldagem de reparo.
- END após soldagem ou reparo.
- Rastreabilidade das áreas reparadas.
A soldagem de reparo não deve ser aceita ou proibida por suposição. A especificação de material aplicável e os requisitos do projeto devem definir o que é permitido.
Revestimento e sobreposição
O revestimento duro e a cobertura resistente à corrosão podem melhorar o desempenho contra desgaste ou corrosão, mas o sistema completo ainda precisa de revisão de engenharia para serviços adversos.
Material base, diluição, aporte térmico, dureza, liga depositada, usinagem final, procedimento de soldagem e compatibilidade ambiental podem ser relevantes.
Assentos, vedações, gaxetas e juntas
NACE MR0175/ISO 15156 e MR0103/ISO 17945 são principalmente padrões para materiais metálicos. Assentos não metálicos, vedações, anéis de vedação, gaxetas e gaxetas ainda precisam ser selecionados para o meio real do processo, exposição ao H2S, pressão, temperatura, comportamento de descompressão, compatibilidade química e especificação do projeto.
Uma revisão de materiais metálicos não qualifica automaticamente elastômeros ou polímeros para serviços com gases ácidos.
Controle de dureza: por que um número HRC universal é perigoso
A dureza é um dos requisitos de aquisição de serviços ácidos mais visíveis e também um dos mais frequentemente simplificados.
Muitas aplicações de serviço ácido de aço carbono e de baixa liga impõem restrições de dureza, mas o valor exato permitido depende do material, forma do produto, tratamento térmico, condição de soldagem, componente e padrão aplicável.
Portanto, os compradores devem evitar presumir que um número de dureza se aplica universalmente a corpos de válvulas, castelos, peças forjadas, hastes, parafusos, metal de solda, zonas afetadas pelo calor, aço inoxidável ou ligas resistentes à corrosão.
Um requisito de compra melhor identifica o padrão aplicável de serviço azedo e a condição do material aplicável e, em seguida, exige a verificação de dureza quando especificado por esse padrão ou pelo projeto.
Tratamento térmico e condição do material são importantes
Dois componentes com o mesmo grau nominal de material podem ter diferentes adequações para serviços ácidos se seu tratamento térmico, dureza, trabalho a frio, microestrutura ou histórico de fabricação forem diferentes.
A revisão do projeto pode precisar confirmar condições normalizadas, normalizadas e revenidas, temperadas e revenidas, recozidas em solução ou outras condições exigidas; máximo permitido de trabalho a frio, quando aplicável; tratamento térmico pós-soldagem quando necessário; registros de tratamento térmico; e dureza final após fabricação ou soldagem.
É por isso que a designação do material em um MTC não deve ser a única verificação de aceitação do serviço externo.
O teste HIC é necessário para todas as válvulas de serviço ácido?
Não.
O teste HIC não é exigido automaticamente para todas as válvulas simplesmente porque a NACE MR0175/ISO 15156 é especificada.
Quando um projeto requer especificamente a avaliação de aço carbono ou aço de baixa liga quanto à resistência à fissuração induzida por hidrogênio, um método de teste reconhecido, como NACE TM0284, pode ser invocado para formas de produto aplicáveis e condições de projeto.
O comprador deve definir qual material requer teste HIC, o método e edição de teste aplicáveis, base de amostragem, critérios de aceitação, requisitos de teste específicos de calor, se houver, qualificação do laboratório e requisitos de relatórios.
Não presuma que um MTC padrão comprova resistência ao HIC, a menos que os testes exigidos e os resultados de aceitação do HIC sejam realmente documentados.
Teste de qualificação SSC
NACE TM0177 fornece métodos laboratoriais padronizados usados para avaliar metais quanto à resistência à fissuração por tensão por sulfeto e à fissuração por corrosão sob tensão em ambientes H2S.
No entanto, TM0177 é um padrão de método de teste. Se os testes de qualificação são necessários, qual método é usado, quais condições da amostra se aplicam e qual base de aceitação é necessária devem vir da rota de qualificação do material aplicável ou da especificação do projeto.
As válvulas de produção de rotina não devem ser submetidas a testes laboratoriais ad hoc de gases ácidos simplesmente porque uma RFQ contém as palavras “NACE exigida”.
Verificação de material PMI, MTC e Sour-Service
A identificação positiva de materiais pode ajudar a verificar a identidade da liga quando necessário, mas o PMI não comprova a conformidade completa com serviços ácidos.
O PMI pode confirmar a química da liga para componentes selecionados, enquanto a adequação ao serviço ácido também pode depender do grau do material, forma do produto, tratamento térmico, dureza, trabalho a frio, condição de soldagem, limites ambientais e testes de qualificação exigidos.
Para o escopo e limitações do PMI, consulte o Guia de testes de válvula PMI.
Que documentação deve ser solicitada?
O pacote de documentação necessário depende do projeto, mas os pedidos de válvulas de serviço externo podem exigir alguma combinação de:
- Certificados de teste de material para componentes molhados contendo pressão e especificados.
- Número de calor ou rastreabilidade do lote.
- Lista de materiais ou lista de materiais identificando componentes de serviço externo.
- Registros de tratamento térmico quando necessário.
- Registros de inspeção de dureza.
- Relatórios PMI onde especificado.
- WPS, PQR ou registros de soldagem quando necessário.
- Registros de dureza de solda quando especificado.
- Relatórios de END para peças fundidas, forjadas, soldas ou reparos aplicáveis.
- Relatórios de teste HIC quando exigido contratualmente.
- Registros de qualificação SSC quando exigido contratualmente.
- Relatórios de testes de pressão e vazamento na sede.
- Folha de dados e desenho aprovados.
- Registros de liberação de ITP e inspeção.
- Declaração de conformidade específica do projeto, quando necessário.
Um certificado genérico declarando “em conformidade com NACE” sem rastreabilidade de componentes, padrão aplicável, condição de material ou registros de apoio pode ser insuficiente para a aprovação do documento EPC.
Para uma visão geral mais ampla do pacote de documentos, consulte Certificados de válvula e documentos de qualidade.
Como os requisitos do Sour-Service devem aparecer no ITP
Importantes controles de serviço externo devem ser planejados antes da fabricação, em vez de revisados apenas na inspeção final.
O ITP aprovado pode incluir revisão de especificações de materiais e MTCs, verificação de tratamento térmico, inspeção de dureza, PMI quando necessário, revisão de procedimentos de soldagem e reparo, END após reparo ou soldagem quando especificado, revisão de relatórios de qualificação HIC ou SSC quando necessário, teste de pressão e revisão e liberação final do documento.
Caso o comprador ou inspetor terceirizado necessite presenciar uma inspeção específica, o ponto de intervenção deverá ser estabelecido no Plano de inspeção e teste de válvulas antes da atividade acontecer.
Erros comuns na aquisição de válvulas de serviço azedo
1. Escrevendo apenas “Válvula NACE necessária”
Isso não identifica o padrão correto, o escopo do componente, as restrições de material ou os requisitos de documentação.
2. Tratando MR0175 e MR0103 como o mesmo padrão
Eles abordam diferentes ambientes de aplicativos primários. O projeto deve identificar o padrão correto.
3. Aplicando um limite de dureza a cada material
Os requisitos de dureza dependem do material, forma do produto, componente, tratamento térmico e padrão vigente.
4. Verificando apenas o material do corpo
A haste, acabamento, parafusos, soldas, molas, pinos e outras peças metálicas expostas também podem exigir revisão de serviço severo.
5. Presumindo que o aço inoxidável é automaticamente adequado
As ligas resistentes à corrosão têm limitações ambientais e metalúrgicas. O nome da liga por si só não estabelece a adequação ao serviço ácido.
6. Presumindo que o PMI comprove conformidade com a NACE
O PMI verifica principalmente a química da liga. Não verifica dureza, tratamento térmico, resistência à trinca, condição de soldagem ou qualificação ambiental completa.
7. Solicitar testes HIC sem definir o material e a base de aceitação
Os testes de HIC devem estar vinculados à forma do produto aplicável, ao método de teste, ao plano de amostragem e aos critérios de aceitação do projeto.
8. Ignorando o escopo do aparafusamento externo
O comprador deve esclarecer se o aparafusamento externo deve atender aos requisitos de serviço externo com base na exposição e na filosofia do projeto.
9. Revisão dos requisitos de serviço de fonte somente no FAT
Pela FAT, a aquisição de materiais, o tratamento térmico, a soldagem e a fabricação de componentes já estão concluídos. Os requisitos críticos devem ser confirmados antes da produção.
10. Aceitando um “Certificado NACE” não rastreável
As evidências de conformidade devem conectar os componentes reais da válvula fornecidos aos registros de material e inspeção exigidos pelo pedido de compra.
Lista de verificação de RFQ da válvula de serviço azedo
| Item de solicitação de cotação | O que o comprador deve fornecer ou confirmar |
|---|---|
| Tipo de válvula | Esfera, portão, globo, retenção, plugue, válvula de controle, DBB ou outro projeto |
| Classificação de tamanho e pressão | DN/NPS e Classe/PN |
| Meio de processo | Gás, líquido, fluido multifásico, composição de hidrocarbonetos e contaminantes relevantes |
| Ambiente de serviço azedo | Condição de H2S definida pelo projeto e outros parâmetros necessários para seleção de materiais |
| Pressão e temperatura | Condições operacionais, de projeto, máximas, mínimas e perturbações relevantes |
| Padrão aplicável | NACE MR0175/ISO 15156, NACE MR0103/ISO 17945 ou outro requisito do projeto |
| Edição padrão | Edição ou especificação do projeto contratualmente aplicável |
| Escopo do componente | Corpo, castelo, acabamento, haste, parafusos, molas, pinos, soldas, sobreposições ou outros componentes especificados |
| Materiais | Classes exigidas, formas de produtos e condições metalúrgicas |
| Dureza | Requisitos de dureza e método de inspeção específicos de componentes aplicáveis |
| Testes especiais | HIC, qualificação SSC, PMI, NDT, dureza de solda ou outros testes somente quando necessário |
| Soldagem | Restrições de reparo, WPS/PQR, PWHT, dureza, NDT e requisitos de rastreabilidade |
| Inspeção | Inspeção do fabricante, testemunha do comprador, inspeção de terceiros, pontos de retenção ou testemunhas |
| Documentação | MTC, tratamento térmico, dureza, PMI, registros HIC/SSC, END, relatórios de teste, desenhos e dossiê final, conforme aplicável |
Principais padrões para projetos de válvulas de serviço azedo
O conjunto padrão exato depende do projeto. Referências comuns incluem:
- NACEMR0175/ISO 15156: Seleção e qualificação de materiais metálicos para ambientes contendo H2S na produção de petróleo e gás e tratamento de gás natural dentro do escopo definido.
- NACE MR0103/ISO 17945: Requisitos de materiais metálicos para resistência à fissuração por tensão por sulfeto em refino de petróleo ácido aplicável e ambientes de processamento relacionados.
- NACETM0177: Testes laboratoriais de metais quanto à resistência à fissuração por tensão por sulfeto e à fissuração por corrosão sob tensão em ambientes H2S.
- NACETM0284: Avaliação de aços aplicáveis para tubulações e vasos de pressão quanto à resistência à trinca induzida por hidrogênio.
- Projeto de válvula aplicável e padrões de teste: API, ASME, ISO ou padrões específicos do projeto permanecem necessários, além dos requisitos de material de serviço externo.
Como esses padrões são mantidos e as edições do projeto podem diferir, o pedido de compra deverá identificar a edição contratualmente aplicável. Não copie limites de dureza, limites ambientais ou restrições de ligas de projetos não relacionados.
Recomendações finais para compradores industriais
A aquisição de válvulas para serviços azedos é principalmente um problema de controle de materiais e ambiente, e não um problema de seleção de rótulos.
Uma ordem tecnicamente defensável deve conectar a condição real do serviço de H2S ao padrão correto e, em seguida, definir os materiais necessários, o escopo do componente, a condição metalúrgica, a dureza, os controles de soldagem, os testes, a inspeção e a documentação.
Para cotações de válvulas de serviço externo, forneça o tipo de válvula, tamanho, classe de pressão, dados de serviço H2S, condições de operação e projeto, padrão NACE/ISO aplicável, requisitos de material de corpo e interno, requisitos de dureza, restrições de soldagem, testes especiais, pontos de inspeção e escopo de documentação final com a RFQ.
Perguntas frequentes
O que é uma válvula de serviço ácido?
Uma válvula de serviço ácido é uma válvula cujos componentes metálicos especificados são selecionados e controlados para um ambiente contendo H2S de acordo com o padrão de serviço ácido aplicável e os requisitos do projeto. O requisito completo pode incluir qualidade do material, tratamento térmico, dureza, soldagem, testes, rastreabilidade e documentação.
Para que é usada a NACE MR0175/ISO 15156?
A NACE MR0175/ISO 15156 aborda a seleção e qualificação de materiais metálicos para ambientes contendo H2S na produção de petróleo e gás e tratamento de gás natural dentro de seu escopo definido. Ele complementa, em vez de substituir, os padrões aplicáveis de projeto e construção de válvulas.
Qual é a diferença entre NACE MR0175 e NACE MR0103?
MR0175/ISO 15156 está principalmente associada à produção de petróleo e gás e tratamento de gás natural. MR0103/ISO 17945 aborda o refino de petróleo ácido aplicável e ambientes de processamento relacionados. O projeto deve identificar qual norma se aplica, em vez de tratá-las como intercambiáveis.
A conformidade com a NACE significa sempre um máximo de 22 HRC?
Não. Não é seguro aplicar um valor de dureza universal a cada material e componente da válvula. Os requisitos de dureza dependem do material, forma do produto, tratamento térmico, componente, condição de soldagem, padrão aplicável e especificação do projeto.
Toda válvula de serviço ácido precisa de teste HIC?
Não. O teste HIC é necessário apenas quando o projeto aplicável ou a especificação do material o invoca. O comprador deve definir o material, método de teste, amostragem, critérios de aceitação e requisitos de relatórios.
O PMI prova que uma válvula está em conformidade com a NACE?
Não. O PMI pode verificar a química da liga quando especificado, mas a adequação ao serviço ácido também pode depender da dureza, tratamento térmico, trabalho a frio, soldagem, condição do material, limites ambientais e testes de qualificação.
Que documentos devo solicitar para uma válvula de serviço ácido?
Dependendo do projeto, os documentos podem incluir MTCs, rastreabilidade térmica, registros de tratamento térmico, relatórios de dureza, relatórios PMI, registros de soldagem, relatórios END, relatórios de qualificação HIC ou SSC quando necessário, relatórios de testes de pressão, desenhos aprovados, registros ITP e documentação de conformidade específica do projeto.
