Стандартные спецификации API 5L PSL2 соответствуют законодательству, но недостаточны с эксплуатационной точки зрения для обеспечения надежности обслуживания. Труба может соответствовать основным спецификациям API и все равно выйти из строя в среде H2S в течение 24 месяцев из-за водородного растрескивания (HIC) или сульфидного растрескивания под напряжением (SSC). Группы по закупкам часто заказывают трубы, соответствующие требованиям NACE, предполагая безопасность, не зная, что NACE MR0175 является стандартом квалификации материала, а не производственной спецификацией.
БЫСТРОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ: ЛИНЕЙНАЯ ТРУБА (СЕРВИС ДЛЯ КИСЛОЙ СИСТЕМЫ) Труба из углеродистой стали API 5L, изготовленная строго в соответствии с
ПРИЛОЖЕНИЕМ H , используется для транспортировки углеводородов, содержащих влажный H2S (парциальное давление > 0,05 фунтов на квадратный дюйм), ограничена в эксплуатации минимальным уровнем pH 3,5 и требует постоянного химического ингибирования для предотвращения хрупкого разрушения.
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ О ТРУБЕ ДЛЯ ПОДАЧИ КИСЛОГО НАПРАВЛЕНИЯ
Можем ли мы использовать стандарт API 5L X65 PSL2 на месторождениях высокосернистого газа?
Нет. Стандарт PSL2 допускает содержание серы до 0,015 %, что приводит к образованию удлиненных включений, которые действуют как инициаторы трещин. Вы должны указать API 5L Приложение H , которое требует содержания серы <0,002% и вакуумной дегазации.
При каком уровне H2S углеродистая сталь становится небезопасной?
Парциальное давление 0,05 фунтов на квадратный дюйм (0,3 кПа). Ниже этого допустимо стандартное CS. При давлении от 0,05 до 20 фунтов на квадратный дюйм стандартным является CS по Приложению H с ингибиторами. При давлении выше 20 фунтов на квадратный дюйм профиль риска смещается в сторону CRA (коррозионностойкие сплавы).
Приемлемы ли трубы, сваренные высокочастотной сваркой (HFW/ERW), для эксплуатации в кислых средах?
Ограниченный. Мы строго ограничиваем использование труб ERW выкидными трубопроводами низкого давления (диаметром < 6 дюймов). При передаче высокого давления линия связи остается зоной преимущественного воздействия водорода; Требуется бесшовная (SMLS) или LSAW.
Экономический переломный момент: углеродистая сталь против плакированной стали
Решение использовать трубу с плакировкой из углеродистой стали (CS) API 5L вместо трубы из коррозионностойкого сплава (CRA) основано на расчете капитальных затрат (установка) в сравнении с эксплуатационными расходами (управление химическими веществами). Хотя CS изначально дешевле, «ловушка-ингибитор» часто разрушает экономику проекта в течение 20-летнего жизненного цикла.
Порог 20 фунтов на квадратный дюйм. Наша техническая группа обычно отмечает точку экономического перелома при парциальном давлении H2S 15-20 фунтов на квадратный дюйм . Выше этого уровня объем ингибитора коррозии, необходимый для поддержания стойкости пленки, становится непомерно дорогим. Кроме того, при высокой обводненности (>50%) надежность пленки ингибитора ухудшается, увеличивая риск локального точечного изъязвления. Если рассчитанные эксплуатационные расходы ингибитора превышают дельту капитальных затрат CRA в течение 7 лет, мы требуем использовать 316L Clad или Solid Duplex.
Какова кратная стоимость перехода с X65 на 316L Clad?
От 3,5х до 4,5х. Хотя стоимость материала труб значительно увеличивается, производительность сварки на барже-укладчике падает примерно на 60% из-за более низких скоростей перемещения, необходимых для сварки сплавов, что удваивает время установки.
Ловушка «бумажного сейфа»: химические пределы за пределами API
Для обеспечения живучести на местах мы вводим химические ограничения, более жесткие, чем API 5L Приложение H. Основной причиной отказа трубопроводной трубы является не общая потеря металла, а сегрегация по центральной линии, приводящая к HIC.
Сера (S): должна быть ограничена 0,002% . Стандарт PSL2 допускает более высокие пределы, которые приводят к включениям сульфида марганца (MnS). В кислой среде эти включения растворяются, оставляя пустоты, улавливающие атомарный водород.
Обработка кальцием (соотношение Ca/S): минимум 1,5:1 . Это заставляет сульфидные включения оставаться сферическими (глобулярными). Удлиненные «стрингеры» включения являются концентраторами напряжений, распространяющими трещины.
Марганец (Mn): Макс. 1,45% . Высокий уровень Mn способствует сегрегации по средней линии, создавая полосу твердой микроструктуры в центре стенки трубы, которая очень подвержена растрескиванию.
Предпочтительная сварная коррозия (PWC) и проблемы твердости
Корни сварных швов — это ахиллесова пята линий из ингибированной углеродистой стали. Ингибиторы с трудом справляются с турбулентной геометрией сварного шва. Кроме того, между металлом сварного шва и основной трубой (ЗТВ) часто возникает гальваническая коррозия.
Инженеры-сварщики часто добавляют никель (Ni) в присадочный металл для повышения ударной вязкости (ударная вязкость по Шарпи). Однако в кислой среде содержание Ni > 1,0% делает сварной шов катодным по отношению к ЗТВ, что приводит к быстрой коррозии ЗТВ (нападение по ножевой линии). И наоборот, сварной шов без сплава может стать анодным и раствориться. Нам требуется строго подобранный химический состав между трубой и присадочным металлом, чтобы обнулить гальванический потенциал.
Какова абсолютная максимальная твердость, разрешенная в ЗТВ?
248 HV10 (22HRC). Любое значение выше этого значения в зоне термического влияния указывает на образование неотпущенного мартенсита, который гарантирует сульфидное растрескивание под напряжением (SSC) в присутствии H2S.
Руководство по выбору: X65, плакированный или неметаллический
Используйте следующую логику, чтобы определить подходящий материал для выкидных линий и линий электропередачи.
Материальное
операционное окно
Первичный фактор риска
Логика ТШО
API 5L X65 (Приложение H)
H2S < 10 фунтов на квадратный дюйм, pH > 4,0
Выход из строя ингибитора при останове; Питтинг.
Самые низкие капитальные затраты, высокие операционные расходы. Лучше всего подходит для сухого газа или низкой обводненности.
Механическая футеровка (биметаллический)
H2S > 10 фунтов на квадратный дюйм, высокий уровень CO2
Разрушение (выпучивание) хвостовика при разгерметизации.
Капитальные затраты среднего уровня. Используйте для больших диаметров (>16 дюймов), где твердый CRA слишком дорог.
Твердый дуплекс (2205)
Тяжелая концентрация H2S/CO2/хлорида
H2 Охрупчивание при катодной защите.
Самые высокие капитальные затраты. Оправданно только для критически важных подводных узлов с нулевым доступом для технического обслуживания.
Вывод из эксплуатации: никогда не указывайте трубы с механической футеровкой (MLP) для методов укладки на барабанах; изгибное напряжение может привести к смятию вкладыша. MLP требует J-Lay или S-Lay со строгим геометрическим контролем.
Когда линейная труба — неправильный выбор (отрицательные ограничения)
Доверие к выбору материала строится на осознании того, где он дает сбой. Не устанавливайте трубопровод из углеродистой стали при следующих условиях:
pH ниже 3,5: при этом уровне кислотности пленки сульфида железа (пассивный слой) становятся растворимыми. Ингибиторы теряют эффективность, а скорость коррозии становится линейной и неуправляемой.
Скорость потока > 60 футов/с (газ): высокие скорости удаляют пленку ингибитора со стенок трубы. Если вы не можете снизить скорость, вам необходимо переключиться на Solid Duplex или Clad.
Температура > 185°F (85°C) со стандартным FBE: Стандартные эпоксидные покрытия, наплавленные методом плавления, разрушаются и отслаиваются при таких температурах, что приводит к серьезной внешней коррозии под изоляцией (CUI). Требуется высокотемпературная жидкая эпоксидная смола или 3LPP.
Часто задаваемые технические вопросы: беспокойство покупателей и соблюдение требований
Пройдут ли трубы API 5L Приложение H тестирование NACE TM0284?
Не автоматически. Приложение H представляет собой производственную спецификацию; TM0284 — это тест производительности. Обычно мы наблюдаем 15-20% отказов при тестировании HIC даже на заводах, заявляющих о соответствии Приложению H. Вы должны заложить в бюджет «купонные испытания» и потенциальный отвод тепла на этапе закупок.
Соответствует ли труба требованиям 49 CFR 192/195?
Да, API 5L является руководящим стандартом, указанным в федеральных правилах США (PHMSA). Однако в отношении высокосернистого газа (H2S) правила по существу подчиняются металлургическим требованиям NACE MR0175 для предотвращения катастрофического разрушения.
Какова альтернатива стали для кислых выкидных трубопроводов?
Для диаметров менее 6 дюймов и давления менее 1500 фунтов на квадратный дюйм (10 МПа) армированная термопластичная труба (RTP) . лучшей альтернативой является Он полностью исключает коррозию, поставляется в длинных катушках (что сокращает количество сварных швов) и имеет более низкую совокупную стоимость владения, несмотря на более высокую стоимость материала.
