Обслуживание в кислых средах является одним из наиболее важных вопросов выбора материалов при закупке клапанов для нефтегазовой отрасли. Сероводород, или H2S, может создавать условия, в которых некоторые стали и сплавы становятся уязвимыми к растрескиванию под воздействием окружающей среды, даже если клапан имеет достаточное номинальное давление и прошел обычные заводские испытания под давлением.
Вот почему клапан не может считаться подходящим для работы в кислой среде только потому, что он изготовлен из углеродистой стали, нержавеющей стали, кованой, предназначенной для работы под высоким давлением или поставляется со стандартным сертификатом на материал.
При инженерном анализе необходимо учитывать фактическую среду, содержащую H2S, а также марку материала, металлургическое состояние, твердость, термообработку, сварку, холодную обработку, функцию компонента, уровень напряжения и спецификации проекта.
Таким образом, для промышленных покупателей ключевым вопросом закупок является не просто «Является ли этот клапан NACE?» Лучший вопрос: Какой стандарт обслуживания в кислых средах применяется, к каким компонентам клапана, при каких экологических ограничениях и какие доказательства должен предоставить поставщик?
Что такое клапаны для обслуживания кислой среды?
Клапан для обслуживания кислой среды — это промышленный клапан, металлические компоненты которого выдерживают давление и другие указанные металлические компоненты были выбраны, изготовлены и задокументированы для эксплуатации в среде, содержащей H2S, в соответствии с применимыми требованиями проекта.
Неисправное обслуживание может возникнуть в:
- Системы добычи нефти и газа.
- Установки по очистке и десульфурации природного газа.
- Сборочные и производственные трубопроводы.
- Устьевые и предшествующие системы обработки.
- Установки нефтеперерабатывающего завода, содержащие влажный H2S.
- Нефтехимические или связанные с ними технологические системы, в которых применяются спецификации кислых услуг.
Для выбора клапанов для транспортировки газа, компрессорных станций, газопереработки, изоляции, управления и связанных с ним применений природного газа см. Решения для клапанов природного газа.
Точное определение окружающей среды и применимые ограничения на материалы зависят от действующего стандарта и фактических условий процесса. Поставщик не должен классифицировать клапан как кислый только на основании концентрации H2S без анализа всей основы проекта.
NACE MR0175/ISO 15156 против NACE MR0103/ISO 17945
Одной из наиболее распространенных ошибок при покупке клапанов для эксплуатации в кислых средах является отношение ко всем стандартам NACE по эксплуатации в кислых средах как к взаимозаменяемым.
| Стандартный семейный номер | Основное направление применения | Что должны понимать покупатели |
|---|---|---|
| NACE MR0175/ISO 15156 | Добыча нефти и газа и подготовка природного газа в сероводородсодержащих средах | В рамках своей деятельности основное внимание уделяется выбору и квалификации металлических материалов, устойчивых к механизмам растрескивания, связанным с H2S. |
| КДЕС MR0103/ИСО 17945 | Переработка высокосернистой нефти и связанные с ней технологические среды | Устанавливает требования к материалам, в первую очередь направленные на устойчивость к сульфидному растрескиванию под напряжением в применимых условиях нефтеперерабатывающего завода. |
NACE MR0175/ISO 15156 не должен автоматически указываться для каждого последующего клапана нефтеперерабатывающего завода. Аналогичным образом, NACE MR0103 не должен автоматически заменять MR0175/ISO 15156 для технологического оборудования.
Покупатель, EPC-подрядчик или инженер по материалам проекта должны определить правильный стандарт на основе объекта, технологической среды и руководящих спецификаций проекта.
ISO 15156 также дополняет, а не заменяет соответствующие нормы проектирования клапанов, стандарты материалов, требования к давлению и температуре и другие строительные правила. Клапан по-прежнему нуждается в правильном стандарте конструкции, номинальном давлении, спецификации материала, испытаниях и документации.
Почему «Клапан, соответствующий требованиям NACE» не является полной спецификацией
Фраза «соответствует NACE» широко используется в расценках на клапаны, но сама по себе она может быть неоднозначной.
Это может оставить без ответа такие вопросы, как:
- MR0175/ISO 15156 или MR0103/ISO 17945?
- Какая редакция применима по контракту?
- Какие компоненты клапана входят в комплект?
- Включены ли только детали, контактирующие с рабочей средой, или шток, болты, трим, пружины, штифты и другие компоненты также входят в объем поставки?
- Какое состояние материала и термическая обработка необходимы?
- Какие ограничения по твердости применяются к каждому материалу?
- Разрешены ли ремонтные сварные швы?
- Требуется ли процедура сварки или контроль твердости сварного шва?
- Требуется ли тестирование HIC?
- Требуется ли квалификационное тестирование SSC?
- Какие сертификаты на материалы и протоколы проверок необходимы?
Хорошая спецификация на закупку кислых услуг должна ответить на эти вопросы до начала производства.
Как H2S может повредить материалы клапанов
Водная среда, содержащая H2S, может способствовать нескольким формам растрескивания под воздействием окружающей среды. Точный механизм зависит от материала, напряжения, микроструктуры, окружающей среды и металлургических условий.
Сульфидное растрескивание под напряжением (SSC)
SSC — это форма растрескивания, связанная с чувствительным материалом, растягивающим напряжением и средой, содержащей H2S. Высокая твердость, высокая прочность, неподходящая термическая обработка, холодная обработка, воздействие сварки и остаточные напряжения могут повысить восприимчивость некоторых сталей и компонентов.
Это одна из причин, по которой спецификации для эксплуатации в кислых условиях часто контролируют не только номинальную марку сплава, но также твердость и металлургическое состояние.
Водородное крекинг (HIC)
Водородное растрескивание может развиться, когда водород, образующийся в результате коррозии, проникает в чувствительную сталь и накапливается во внутренних элементах, таких как включения или другие места захвата.
HIC и SSC — это не один и тот же механизм, и общее заявление о том, что материал «соответствует NACE», не означает автоматически, что было проведено отдельное испытание HIC для конкретного проекта.
Водородно-индуцированное растрескивание под напряжением (SOHIC)
SOHIC предполагает водородное растрескивание под действием приложенного или остаточного растягивающего напряжения. Особого внимания могут потребовать сварные участки и зоны термического влияния, если в спецификации проекта указан риск SOHIC.
Коррозионное растрескивание под напряжением и другие повреждения, связанные с H2S
Для коррозионностойких сплавов и других материалов применимая кислая среда может потребовать дополнительных факторов, связанных с растрескиванием под воздействием окружающей среды. Поэтому выбор материала должен соответствовать допустимым экологическим пределам и условиям, определенным применимым стандартом, а не общим предположением о коррозионной стойкости.
Какие сервисные данные должны предоставить покупатели?
Выбор кислого материала требует больше информации, чем утверждение «среда: природный газ».
В зависимости от проекта и применимого стандарта для инженерной экспертизы может потребоваться такая информация, как:
- Технологическая среда и состав.
- Наличие свободной воды или водной фазы.
- Содержание H2S и основа, используемая проектом для оценки кислой среды.
- Рабочее и расчетное давление.
- Рабочая и расчетная температура.
- pH, где это применимо.
- Концентрация хлоридов, если это соответствует выбранному сплаву.
- CO2 и другие коррозионные компоненты, где это необходимо.
- Элементарная сера или другие специальные загрязняющие вещества, где это применимо.
- Расположение клапана и сервисная функция.
- Условия нарушения работы или остановки, которые могут создать более суровые условия.
Поставщик не должен изобретать недостающие условия эксплуатации. Если проект не предоставляет достаточно экологической информации для подтверждения пригодности материала, необходимо запросить разъяснения перед окончательным выбором материала.
Выбор материала клапана обслуживания кислой среды по компоненту
Клапан представляет собой совокупность различных металлических и неметаллических компонентов. Поэтому пригодность для эксплуатации в кислых условиях следует проверять покомпонентно.
Кузов и капот
В зависимости от условий эксплуатации и требований проекта могут использоваться углеродистая сталь, низколегированная сталь, нержавеющая сталь, дуплексная нержавеющая сталь, никелевые сплавы и другие материалы.
Для деталей из углеродистой и низколегированной стали, работающих под давлением, прочность материала, твердость, термическая обработка, сварка, состояние ремонта и применимые пределы эксплуатации в кислой среде должны быть проверены вместе.
Более общие принципы выбора материала корпуса см. Руководство по выбору материала клапана.
Шток, шар, шибер, диск, плунжер, седло и другая отделка
Внутренние детали клапана могут испытывать как механические нагрузки, так и прямое воздействие технологического процесса. Подходящий материал корпуса не гарантирует, что шток, шарик, клин, диск, плунжер, седло, пружина, штифт или направляющая подходят для той же кислой среды.
Например, более прочные материалы штока могут потребовать тщательного анализа, поскольку прочность материала, твердость, термическая обработка и ограничения окружающей среды могут повлиять на устойчивость к растрескиванию.
Поэтому выбор материала трима должен основываться на фактическом компоненте и сервисе, а не на одном общем описании трима NACE. См. Руководство по выбору материалов трима клапана для более широкого контекста выбора обрезки.
Болтовые соединения
Болты требуют особого внимания, поскольку не все болты подвергаются одинаковому технологическому воздействию.
Внутренние болты, смачиваемые болты, внешние болты, подвергающиеся утечке кислой среды, и полностью изолированные внешние болты могут иметь разные проектные требования.
Покупатель должен указать, применяются ли требования к эксплуатации в кислых условиях к внешним болтовым соединениям, а не предполагать, что каждый поставщик будет интерпретировать область применения одинаково.
Сварные и ремонтные сварные швы
Сварка может изменить местную твердость, остаточные напряжения, микроструктуру и свойства зоны термического влияния. Поэтому проекты кислых услуг могут предъявлять требования к:
- Аттестация технологии сварки.
- Основной материал и наполнитель.
- При необходимости предварительный нагрев и послесварочная термообработка.
- Места замера твердости.
- Ремонт сварочный.
- Неразрушающий контроль после сварки или ремонта.
- Отслеживание ремонтируемых участков.
Ремонтная сварка не должна допускаться или запрещаться по предположению. Применимая спецификация материала и требования проекта должны определять, что разрешено.
Наплавка и наложение
Наплавка и антикоррозийное покрытие могут улучшить характеристики износа или коррозии, но вся система по-прежнему требует технической проверки на предмет эксплуатации в кислых средах.
Основной материал, разбавление, тепловложение, твердость, наплавленный сплав, окончательная обработка, процедура сварки и экологическая совместимость могут иметь значение.
Седла, уплотнения, набивка и прокладки
NACE MR0175/ISO 15156 и MR0103/ISO 17945 представляют собой преимущественно стандарты на металлические материалы. Неметаллические седла, уплотнения, уплотнительные кольца, набивки и прокладки по-прежнему необходимо выбирать с учетом фактической технологической среды, воздействия H2S, давления, температуры, характеристик декомпрессии, химической совместимости и спецификаций проекта.
Проверка металлических материалов не позволяет автоматически квалифицировать эластомеры или полимеры для работы с высокосернистыми газами.
Контроль твердости: чем опасен один универсальный номер HRC
Жесткость является одним из наиболее очевидных требований к закупкам кислых услуг, а также одним из наиболее часто упрощаемых требований.
Многие применения в кислой среде из углеродистых и низколегированных сталей налагают ограничения на твердость, но точное допустимое значение зависит от материала, формы изделия, термической обработки, условий сварки, компонента и действующего стандарта.
Поэтому покупателям следует избегать предположения, что одно значение твердости универсально применимо к корпусам клапанов, крышкам, поковкам, штокам, болтам, металлу сварных швов, зонам термического влияния, нержавеющей стали или коррозионностойким сплавам.
Более точное требование к закупке определяет действующий стандарт эксплуатации в кислой среде и применимое состояние материала, а затем требует проверки твердости, если это предусмотрено этим стандартом или проектом.
Термическая обработка и состояние материала имеют значение
Два компонента с одинаковой номинальной маркой материала могут иметь различную пригодность для эксплуатации в кислой среде, если их термообработка, твердость, холодная обработка, микроструктура или история производства различны.
При рассмотрении проекта может потребоваться подтверждение нормализации, нормализации и отпуска, закалки и отпуска, отжига на раствор или других необходимых условий; максимально разрешенные холодные работы, где это применимо; послесварочная термообработка при необходимости; записи термообработки; и конечная твердость после изготовления или сварки.
Вот почему обозначение материала в MTC не должно быть единственной проверкой приемки некачественного обслуживания.
Требуется ли тестирование HIC для каждого клапана, работающего в кислой среде?
Нет.
Испытание HIC не требуется автоматически для каждого клапана только потому, что указан NACE MR0175/ISO 15156.
Если проект конкретно требует оценки углеродистой или низколегированной стали на устойчивость к водородному растрескиванию, можно использовать признанный метод испытаний, такой как NACE TM0284, для применимых форм продукции и условий проекта.
Покупатель должен определить, какой материал требует испытания HIC, применимый метод и издание испытаний, основу отбора проб, критерии приемки, требования к испытаниям на специфическую плавку, если таковые имеются, лабораторную квалификацию и требования к отчетности.
Не предполагайте, что стандартный MTC доказывает устойчивость к HIC, если требуемые результаты испытаний и приемки HIC фактически не задокументированы.
Квалификационное тестирование SSC
NACE TM0177 предоставляет стандартизированные лабораторные методы, используемые для оценки устойчивости металлов к сульфидному растрескиванию под напряжением и коррозионному растрескиванию под напряжением в средах H2S.
Однако TM0177 является стандартом метода испытаний. Необходимость квалификационных испытаний, какой метод используется, какое состояние образца применяется и какая база приемки требуется, должно определяться применимым маршрутом квалификации материала или спецификациями проекта.
Обычные производственные клапаны не должны подвергаться специальным лабораторным испытаниям на высокосернистый газ только потому, что в запросе цен есть слова «требуется NACE».
Проверка материалов PMI, MTC и Sour-Service
Положительная идентификация материала может помочь подтвердить идентичность сплава, когда это необходимо, но PMI не доказывает полного соответствия требованиям кислой эксплуатации.
PMI может подтвердить химический состав сплава для выбранных компонентов, в то время как пригодность для эксплуатации в кислой среде может также зависеть от марки материала, формы продукта, термообработки, твердости, холодной обработки, условий сварки, ограничений окружающей среды и необходимых квалификационных испытаний.
Сведения о сфере применения и ограничениях PMI см. Руководство по тестированию PMI клапана.
Какую документацию следует запросить?
Требуемый пакет документации зависит от проекта, но для заказа клапанов для эксплуатации в кислых средах может потребоваться некоторая комбинация:
- Сертификаты испытаний материалов для компонентов, работающих под давлением, и определенных смачиваемых компонентов.
- Номер плавки или отслеживаемость партии.
- Список материалов или спецификация материалов с указанием компонентов кислого обслуживания.
- При необходимости записи о термообработке.
- Протоколы проверки твердости.
- Отчеты PMI, где указано.
- WPS, PQR или записи сварки, где это необходимо.
- Записи о твердости сварного шва, где указано.
- Отчеты неразрушающего контроля для применимых отливок, поковок, сварных швов или ремонта.
- Протоколы испытаний HIC, если это требуется по контракту.
- Квалификационные записи SSC, если это требуется по контракту.
- Отчеты об испытаниях давления и герметичности седла.
- Утвержденные технические данные и чертеж.
- Записи ITP и проверок.
- Декларация о соответствии для конкретного проекта, где это необходимо.
Типовой сертификат с указанием «соответствие NACE» без возможности отслеживания компонентов, применимого стандарта, состояния материала или подтверждающих записей может оказаться недостаточным для утверждения документа EPC.
Более широкий обзор пакета документов см. Сертификаты клапанов и документы о качестве.
Как требования к кислому сервису должны появиться в ITP
Важные меры контроля кислого обслуживания следует планировать до начала производства, а не проверять только при окончательной проверке.
Утвержденный ITP может включать проверку спецификаций материалов и MTC, проверку термообработки, проверку твердости, PMI, где это необходимо, проверку процедур сварки и ремонта, неразрушающий контроль после ремонта или сварки, если это указано, проверку квалификационных отчетов HIC или SSC, где это необходимо, испытания под давлением, а также рассмотрение и выпуск окончательного документа.
Если покупателю или независимому инспектору необходимо присутствовать при конкретной проверке, точка вмешательства должна быть указана в План проверки и испытаний клапанов до того, как произойдет действие.
Распространенные ошибки при закупке клапанов для эксплуатации в кислых условиях
1. Написание только «Требуется клапан NACE»
Это не определяет правильный стандарт, объем компонентов, ограничения по материалам или требования к документации.
2. Рассматривать MR0175 и MR0103 как один и тот же стандарт.
Они предназначены для различных основных сред приложений. Проект должен определить правильный стандарт.
3. Применение одного предела твердости для каждого материала
Требования к твердости зависят от материала, формы изделия, компонента, термической обработки и действующего стандарта.
4. Проверка только материала корпуса
Шток, трим, болты, сварные швы, пружины, штифты и другие открытые металлические детали также могут потребовать проверки в сервисном обслуживании.
5. Предполагая, что нержавеющая сталь автоматически подходит
Коррозионностойкие сплавы имеют экологические и металлургические ограничения. Само по себе название сплава не определяет пригодность его для эксплуатации в кислой среде.
6. Предполагая, что PMI доказывает соответствие NACE
PMI в первую очередь проверяет химический состав сплавов. Он не проверяет твердость, термообработку, стойкость к растрескиванию, состояние сварки или полную экологическую аттестацию.
7. Запрос на тестирование HIC без определения материала и основы приемки
Тестирование HIC должно быть привязано к применимой форме продукта, методу испытаний, плану выборки и критериям приемки проекта.
8. Игнорирование внешней области крепления болтов
Покупатель должен уточнить, должны ли внешние болтовые соединения соответствовать требованиям эксплуатации в кислых средах с учетом воздействия и философии проекта.
9. Рассмотрение требований к кислому обслуживанию только в FAT
К моменту FAT закупка материалов, термообработка, сварка и изготовление компонентов уже завершены. Критические требования должны быть подтверждены до начала производства.
10. Принятие неотслеживаемого «сертификата NACE»
Доказательства соответствия должны связывать фактически поставленные компоненты клапана с записями о материалах и проверках, требуемыми заказом на поставку.
Контрольный список запросов предложений по клапанам для эксплуатации в кислых средах
| Позиция запроса предложения | Что покупатель должен предоставить или подтвердить |
|---|---|
| Тип клапана | Шар, задвижка, шар, обратный клапан, пробка, регулирующий клапан, DBB или другая конструкция |
| Размер и номинальное давление | DN/NPS и класс/PN |
| Технологическая среда | Газ, жидкость, многофазная жидкость, углеводородный состав и соответствующие загрязнения. |
| Плохая сервисная среда | Определенное проектом состояние H2S и другие параметры, необходимые для выбора материала |
| Давление и температура | Эксплуатационные, проектные, максимальные, минимальные и соответствующие условия нарушения |
| Применимый стандарт | NACE MR0175/ISO 15156, NACE MR0103/ISO 17945 или другие требования проекта. |
| Стандартное издание | Применимое по контракту издание или спецификация проекта |
| Область действия компонента | Корпус, крышка, отделка, шток, болты, пружины, штифты, сварные швы, накладки или другие указанные компоненты. |
| Материалы | Требуемые марки, формы продукции и металлургический режим |
| Твердость | Применимые требования к твердости конкретных компонентов и метод проверки |
| Специальное тестирование | HIC, квалификация SSC, PMI, неразрушающий контроль, твердость сварного шва или другие испытания только при необходимости. |
| Сварка | Ограничения на ремонт, WPS/PQR, PWHT, твердость, неразрушающий контроль и требования к прослеживаемости |
| Инспекция | Проверка производителя, свидетель покупателя, проверка третьей стороной, точки удержания или проверки |
| Документация | MTC, термообработка, твердость, PMI, записи HIC/SSC, неразрушающий контроль, протоколы испытаний, чертежи и окончательное досье, если применимо. |
Ключевые стандарты для проектов клапанов для эксплуатации в кислых средах
Точный стандартный набор зависит от проекта. Общие ссылки включают:
- NACE MR0175/ISO 15156: Подбор и аттестация металлических материалов для H2S-содержащих сред при добыче нефти и газа и подготовке природного газа в установленном объеме.
- NACE MR0103/ISO 17945: Требования к металлическим материалам по устойчивости к сульфидному растрескиванию под напряжением в применимых условиях переработки кислой нефти и связанных с ними технологических процессах.
- КДЕС TM0177: Лабораторные испытания металлов на стойкость к сульфидному растрескиванию под напряжением и коррозионному растрескиванию под напряжением в сероводородной среде.
- КДЕС TM0284: Оценка применяемых сталей для трубопроводов и сосудов под давлением на устойчивость к водородному растрескиванию.
- Применимые стандарты проектирования и испытаний клапанов: API, ASME, ISO или стандарты, специфичные для конкретного проекта, остаются необходимыми в дополнение к требованиям к материалам, предназначенным для эксплуатации в кислых условиях.
Поскольку эти стандарты сохраняются, а версии проекта могут различаться, в заказе на поставку должна быть указана версия, применимая по контракту. Не копируйте пределы твердости, экологические границы или ограничения по сплавам из несвязанных проектов.
Заключительные рекомендации для промышленных покупателей
Закупка клапанов для эксплуатации в кислых средах — это, прежде всего, проблема контроля материалов и окружающей среды, а не проблема выбора этикетки.
Технически обоснованный заказ должен связать фактические условия эксплуатации H2S с правильным стандартом, а затем определить необходимые материалы, состав компонентов, металлургическое состояние, твердость, контроль сварки, испытания, проверки и документацию.
Для получения цен на клапаны для эксплуатации в кислых средах в запросе цен укажите тип клапана, размер, класс давления, данные по эксплуатации H2S, условия эксплуатации и проектирования, применимый стандарт NACE/ISO, требования к материалам корпуса и трима, требования к твердости, ограничения на сварку, специальные испытания, точки проверки и объем окончательной документации.
Часто задаваемые вопросы
Что такое клапан обслуживания кислой среды?
Клапан для работы в кислой среде — это клапан, металлические компоненты которого выбираются и контролируются для среды, содержащей H2S, в соответствии с применимыми стандартами для работы в кислой среде и требованиями проекта. Полные требования могут включать сорт материала, термообработку, твердость, сварку, испытания, отслеживаемость и документацию.
Для чего используется NACE MR0175/ISO 15156?
NACE MR0175/ISO 15156 рассматривает выбор и квалификацию металлических материалов для использования в средах, содержащих H2S, при добыче нефти и газа и переработке природного газа в пределах установленной области применения. Он дополняет, а не заменяет действующие стандарты проектирования и изготовления клапанов.
В чем разница между NACE MR0175 и NACE MR0103?
Стандарт MR0175/ISO 15156 в первую очередь связан с добычей нефти и газа и обработкой природного газа. В стандарте MR0103/ISO 17945 рассматриваются применимые условия переработки высокосернистой нефти и связанных с ней технологических процессов. В проекте следует определить, какой стандарт применяется, а не рассматривать их как взаимозаменяемые.
Всегда ли соответствие NACE означает максимум 22 HRC?
Нет. Небезопасно применять одно универсальное значение твердости для каждого материала и компонента клапана. Требования к твердости зависят от материала, формы изделия, термической обработки, компонента, условий сварки, применимого стандарта и спецификации проекта.
Каждый ли клапан для работы в кислой среде нуждается в тестировании HIC?
Нет. Тестирование HIC требуется только в том случае, если это предусмотрено применимым проектом или спецификацией материала. Покупатель должен определить материал, метод испытаний, отбор проб, критерии приемки и требования к отчетности.
Доказывает ли PMI, что клапан соответствует требованиям NACE?
Нет. PMI может проверить химический состав сплава, если это указано, но пригодность для эксплуатации в кислой среде также может зависеть от твердости, термообработки, холодной обработки, сварки, состояния материала, ограничений окружающей среды и квалификационных испытаний.
Какие документы я должен запросить для клапана обслуживания кислой среды?
В зависимости от проекта документы могут включать MTC, отслеживание плавки, записи о термообработке, отчеты о твердости, отчеты PMI, записи о сварке, отчеты о неразрушающем контроле, отчеты о квалификации HIC или SSC, где это необходимо, отчеты об испытаниях под давлением, утвержденные чертежи, записи ITP и документацию о соответствии для конкретного проекта.
