石油天然氣工業(yè)油氣開(kāi)采中用于含硫化氫環(huán)境的材料

第1部分: 抗裂紋材料選擇的一般原則

警告：使用ANSI/NACE MR0175/ISO 15156本部分內(nèi)容所選擇的碳鋼、低合金鋼以及鑄鐵，所耐受的是石油和天然氣生產(chǎn)中含H2S環(huán)境，但不一定所有服役條件下都能抗腐蝕開(kāi)裂。設(shè)備用戶的職責(zé)是選擇適用于服役環(huán)境的碳鋼、低合金鋼以及鑄鐵。

1.范圍

本部分給出了油漆開(kāi)采及天然氣處理廠含硫化氫環(huán)境中，設(shè)備用耐蝕合金（CRA）和其他合金的選擇及評(píng)定的要求和推薦方法。這些設(shè)備的失效，會(huì)給工作人員以及公眾的健康和生命安全或環(huán)境帶來(lái)很大的危害。本部分有助于避免設(shè)備發(fā)生這種高昂代價(jià)的腐蝕損壞。本部分補(bǔ)充而不是代替相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范或細(xì)則中已有的材料技術(shù)要求。

本部分?jǐn)⑹隽诉@些材料由抗硫化物應(yīng)力開(kāi)裂（SSC）、應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（SCC）和電偶誘發(fā)的氫應(yīng)力開(kāi)裂（GHSC）引起的破壞的性能。

本部分只涉及開(kāi)裂，不涉及均勻腐蝕（質(zhì)量減少）或局部腐蝕造成的材料損失。

表1列出了適用于本部分的不詳盡的設(shè)備清單以及允許的例外設(shè)備。

本部分適用于按常規(guī)彈性準(zhǔn)則設(shè)計(jì)和制造設(shè)備所用材料的選擇和評(píng)定。對(duì)于使用塑性準(zhǔn)則的設(shè)計(jì)（例如基于應(yīng)變和極限狀態(tài)設(shè)計(jì)），按照本標(biāo)準(zhǔn)第1部分第5章的要求。

本部分不一定適用于煉油或下游的加工設(shè)備。

2.規(guī)范性引用文件

略。

3. 術(shù)語(yǔ)和定義

依本文需要，采用ANSI/NACE MR0175/ISO 15156-1和ANSI/NACE MR0175/ISO 15156-2以及下面所給出的術(shù)語(yǔ)及定義。

3.1 時(shí)效（ageing）

在冶金性能方面發(fā)生變化，一般在室溫（自然 時(shí)效）下進(jìn)行得緩慢，而在較高溫度下（人工時(shí)效）進(jìn)行得較快。

3.2 退火（anneal）

將特定材料加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，并在該溫度下保持一定時(shí)間，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s。其目的是降低硬度，改善機(jī)械加工性能或獲得想要的性能。

3.3 奧氏體（austenite）

鐵基合金的面心立方晶相。

3.4 雙相不銹鋼（duplex stainless steel）

奧氏體-鐵素體不銹鋼。室溫下顯微組織主要由奧氏體和鐵素體混合組成的不銹鋼。

3.5 鐵素體（ferrite）

鐵基合金中的一種體心立方晶體。

3.6 鐵素體不銹鋼（ferritic stainless steel）

在室溫下，顯微組織主要是鐵素體的不銹鋼。

3.7 電偶誘發(fā)的氫應(yīng)力開(kāi)裂（galvanically induced hydrogen stress cracking,GHSC）

開(kāi)裂的形成是由于金屬中存在著由電偶的陰極誘發(fā)的氫和拉伸應(yīng)力（參與的和外加的）。

3.8 馬氏體（martensite）

碳在鐵中過(guò)飽和的硬固溶體，具有針狀的顯微組織特征。

3.9 馬氏體鋼（martensitic steel）

為避免形成其他顯微組織而以快速冷卻速率進(jìn)行淬火才能獲得的顯微組織為馬氏體的鋼。

3.10 抗點(diǎn)蝕當(dāng)量數(shù)（pitting-resistance equivalent number，PREN）

FPREN數(shù)值是用來(lái)反映和預(yù)示耐蝕合金的抗點(diǎn)蝕能力，它是依據(jù)合金化學(xué)成分中Cr、Mo、W和N的配比來(lái)定。

注：詳見(jiàn)6.3.

3.11 固溶體（solid solution）

含兩種或兩種以上元素的單一結(jié)晶相。

3.12 不銹鋼（stainless steel）

含鉻10.5%以上的鋼?？赡芴砑悠渌匾员ＷC獲得特殊的性能。

4.符號(hào)和縮略語(yǔ)

依本文需要，采用ANSI/NACE MR0175/ISO 15156-1和ANSI/NACE MR0175/ISO 15156-2以及下面所給出的符號(hào)和縮略語(yǔ)。

AYS 實(shí)際屈服強(qiáng)度

Cl- 氯離子

CRA 耐蝕合金

GHSC 電偶誘發(fā)的氫應(yīng)力開(kāi)裂

HBW 布氏硬度

HRB B標(biāo)尺洛氏硬度

HRC C標(biāo)尺洛氏硬度

HSC 氫應(yīng)力開(kāi)裂

PREN 抗點(diǎn)蝕當(dāng)量數(shù)

PWHT 焊后熱處理

PCO2CO2分壓

PH2SH2S分壓

RSRT 波動(dòng)應(yīng)變速率試驗(yàn)

S0硫單質(zhì)

SSRT 慢應(yīng)變速率試驗(yàn)

UNS 統(tǒng)一編號(hào)系統(tǒng)

5. 含硫化氫環(huán)境中影響耐蝕合金和其他合金抗開(kāi)裂性能的因素

耐蝕合金和其他合金在含硫化氫環(huán)境中的開(kāi)裂行為受下列因素相互作用的綜合影響。這些因素包括：

材料的化學(xué)成分、強(qiáng)度、熱處理、顯微組織、制造方法和材料的最終狀態(tài)；

硫化氫分壓或其在水相中的當(dāng)量溶解濃度；

水相的酸度（原位pH）；

氯離子或其他鹵離子濃度；

氧、硫或其他氧化劑的存在；

暴露溫度；

材料在使用環(huán)境中的抗點(diǎn)蝕性能；

電偶的影響；

總拉伸應(yīng)力（外加應(yīng)力加殘余應(yīng)力）；

暴露時(shí)間。

當(dāng)使用本部分來(lái)選擇含硫化氫環(huán)境中油漆開(kāi)采系統(tǒng)的適當(dāng)材料時(shí)，應(yīng)考慮這些因素。

6. 含硫化氫環(huán)境中耐蝕合金和其他合金抗SSC、SCC和GHSC的評(píng)定和選擇。

6.1 總則

應(yīng)按照預(yù)期使用環(huán)境的要求來(lái)選擇抗SSC、SCC和GHSC的耐蝕合金和其他合金。

符合本部分要求的耐蝕合金或其他合金在規(guī)定的環(huán)境使用限制內(nèi)是抗開(kāi)裂的。這些限制取決于材料類型或具體的單一合金。

為了能評(píng)定和（或）選擇耐蝕合金和其他合金，可要求設(shè)備購(gòu)買(mǎi)方向設(shè)備供應(yīng)商提供設(shè)備計(jì)劃暴露條件的相關(guān)資料。

在確定含硫化氫的苛刻程度時(shí)，還應(yīng)考慮在系統(tǒng)運(yùn)行失?；蛲９さ绕陂g可能發(fā)生的暴露條件。該暴露條件可能包括非緩沖的低pH冷凝水和用于生產(chǎn)并增產(chǎn)的酸液。在有增產(chǎn)酸液情況下，應(yīng)考慮返排期間出現(xiàn)的環(huán)境條件。

應(yīng)使用附錄A或按附錄B通過(guò)成功的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)評(píng)定來(lái)選擇耐蝕合金和其他合金。基于滿意的現(xiàn)場(chǎng)使用經(jīng)驗(yàn)的評(píng)定也是允許的。該評(píng)定應(yīng)遵循ANSI/NACE MR0175/ISO 15156-1。

在附錄A中，用材料類別來(lái)表示材料。用材料類型（在成分的限制范圍內(nèi)）或單一合金來(lái)表示每一類別內(nèi)的合金。附錄A給出了抗開(kāi)裂合金允許的冶金狀態(tài)和有關(guān)硫化氫分壓、溫度、氯離子濃度和硫單質(zhì)的環(huán)境限制。

對(duì)于在比附錄A給出的環(huán)境限制更苛刻的操作條件下使用的耐蝕合金或其他合金，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)定。對(duì)于在不同于附錄A所給出的冶金狀態(tài)（較高的強(qiáng)度，變換了熱處理等）下使用的耐蝕合金或其他合金，同樣地也可以通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)定。

按附錄B進(jìn)行的評(píng)定文件應(yīng)符合ANSI/NACE MR0175/ISO 15156-1:2009第9章的要求。

設(shè)備使用者應(yīng)對(duì)評(píng)定（見(jiàn)B.2.2）進(jìn)行核實(shí)并保留材料選擇的支持性文件。

6.2 材料性能的評(píng)定

6.2.1 母材的硬度

如果規(guī)定做母材的硬度測(cè)試，應(yīng)做足夠的硬度測(cè)試才能確定被測(cè)耐蝕合金或其他合金的真實(shí)硬度。如果鄰近位置的幾個(gè)讀數(shù)的平均值沒(méi)有超過(guò)本部分規(guī)定的允許值，同時(shí)單個(gè)讀數(shù)不大于規(guī)定硬度值2個(gè)HRC，則單個(gè)的HRC讀數(shù)允許大于本部分的規(guī)定。該要求同樣適用于本部分規(guī)定的其他硬度測(cè)試方法或制造規(guī)范中參照的其他硬度測(cè)試方法。

對(duì)取決于材料的其他標(biāo)尺的硬度讀數(shù)轉(zhuǎn)換，使用者可以建立所需要的轉(zhuǎn)換表。

注：ANSI/NACE MR0175/ISO 15156所有部分沒(méi)有明確規(guī)定母材硬度測(cè)試位置及數(shù)量。

6.2.2 焊縫的抗開(kāi)裂性能

6.2.2.1 總則

耐蝕合金和其他合金在焊接時(shí)發(fā)生的冶金變化會(huì)影響它們對(duì)SSC、SCC和（或）GHSC的敏感性。焊接接頭可能比其相連的母材具有更大的開(kāi)裂敏感性。

設(shè)備使用者可允許焊件的開(kāi)裂敏感性控制在生產(chǎn)系統(tǒng)安全使用條件的限制范圍內(nèi)。

為獲得滿足要求的抗腐蝕性和抗開(kāi)裂性，宜按照成功地實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)選擇焊接工藝和焊接材料。

焊接應(yīng)按供應(yīng)商和購(gòu)買(mǎi)方都同意的適當(dāng)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。焊接工藝規(guī)程（WPS）和焊接工藝評(píng)定報(bào)告（PQR）應(yīng)易于設(shè)備使用者檢查。

焊接PQR應(yīng)包括文件形式的證據(jù)，證明至少在和建議使用環(huán)境一樣苛刻的條件中具有令人滿意的抗開(kāi)裂性能。這些證據(jù)應(yīng)以下列一條或多條為基礎(chǔ)：

符合附錄A對(duì)具體材料類別的要求和建議（6.2.2.2和6.2.2.3）

按照附錄B進(jìn)行焊縫抗開(kāi)裂評(píng)定試驗(yàn)；

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的證明文件，可仿效ANSI/NACE MR0175/ISO 15156-1中對(duì)母材的規(guī)定。

附錄A中給出的要求和建議可能不適合設(shè)備和部件制造中母材和焊接金屬的所有組合，為確保焊件在應(yīng)用時(shí)具有足夠的抗SSC、SCC和GHSC性能，設(shè)備使用者可要求成功地抗開(kāi)裂試驗(yàn)的證據(jù)來(lái)為焊接工藝評(píng)定的一部分。

6.2.2.2 按照附錄A.基于硬度的焊接工藝評(píng)定

6.2.2.2.1 總則

如果在附錄A中有規(guī)定，對(duì)于酸性環(huán)境的焊接工藝評(píng)定應(yīng)包括按照6.2.2.2.2、6.2.2.2.3和

6.2.2.2.2 焊接工藝評(píng)定中的硬度試驗(yàn)方法

焊接工藝評(píng)定中的硬度試驗(yàn)方法應(yīng)按ISO 6507-1中的維氏硬度HV10或HV5，或者按照ISO 6508-1中的洛氏硬度HR15N進(jìn)行。

注： 基于本條款的目的，ASTM E92與ISO 6507-1等價(jià)，ASTM E18與ISO 6508-1等價(jià)。

使用其他硬度檢測(cè)方法應(yīng)經(jīng)設(shè)備使用者的同意。

6.2.2.2.3 焊接工藝評(píng)定中的硬度測(cè)試

對(duì)接焊縫、角焊縫、修補(bǔ)和部分熔透焊縫及覆蓋焊縫的硬度測(cè)試應(yīng)按ANSI/NACE MR0175/ISO 15156-2:2009的7.3.3.3進(jìn)行。

6.2.2.2.4 焊縫硬度的驗(yàn)收準(zhǔn)則

附錄A中給出的耐蝕合金或其他合金的焊縫硬度驗(yàn)收準(zhǔn)則適用于按附錄A選用的所有合金。

也可通過(guò)焊接試樣成功的抗開(kāi)裂試驗(yàn)來(lái)建立硬度驗(yàn)收準(zhǔn)則，試驗(yàn)應(yīng)按照附錄B進(jìn)行

6.2.2.3 按照附錄A.采用其他試驗(yàn)方法的焊接工藝評(píng)

為確保焊縫具有足夠的抗開(kāi)裂性能，附錄A的材料類別中提供了采用其他試驗(yàn)方法的要求和建議。

6.2.3 與其他制造方法相關(guān)的抗開(kāi)裂性能

除焊接外，對(duì)于由焊接以外其他制造方法引起冶金變化的耐蝕合金和其他合金，應(yīng)把受制造影響的材料的抗開(kāi)裂性能評(píng)定試驗(yàn)規(guī)定為制造工藝評(píng)定的一部分。

如果在成品中有任何熱影響區(qū)（HAZ）殘存，應(yīng)規(guī)定評(píng)定試驗(yàn)作為氣割和（或）切割工藝評(píng)定的一部分。

在6.2.2中的要求和驗(yàn)收準(zhǔn)則應(yīng)適用于制造方法及氣割/切割工藝的評(píng)定試驗(yàn)，并且服從于在6.2.2.2.3中提供的對(duì)制造方法及氣割/切割工藝的硬度測(cè)試要求的相應(yīng)說(shuō)明。

用于評(píng)價(jià)和試驗(yàn)的試樣，其形狀和取樣位置應(yīng)得到設(shè)備使用者的同意。

6.3 PREN

PREN（FPREN）應(yīng)按下列公式計(jì)算：

FPREN=Cr+3.3（Mo+0.5W）+16N

式中：

Cr 合金中鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，用全量組成的百分?jǐn)?shù)表示；

Mo 合金中鉬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，用全量組成的百分?jǐn)?shù)表示；

W 合金中鎢的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，用全量組成的百分?jǐn)?shù)表示；

N 合金中氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，用全量組成的百分?jǐn)?shù)表示；

注：PREN有若干變量，它的提出完全是為了反映和預(yù)測(cè)Fe/Ni/Cr/M耐蝕合金在溶解有氯化物和氧的環(huán)境下（如在海水中）的抗點(diǎn)蝕性能。該數(shù)值雖然有用，但不能直接表示出在含硫化氫油田環(huán)境中的抗腐蝕性能。

7. 購(gòu)買(mǎi)信息和標(biāo)記

7.1 購(gòu)買(mǎi)材料應(yīng)提供的信息

7.1.1 指定購(gòu)買(mǎi)材料的技術(shù)規(guī)格書(shū)時(shí)可能需要設(shè)備使用者、設(shè)備供應(yīng)商和材料供應(yīng)商之間進(jìn)行合作和資料交流，以確保購(gòu)買(mǎi)的材料符合ANSI/NACE MR0175/ISO 15156-1和本部分的要求。

7.1.2 應(yīng)提供下列信息：

首選的材料類型和（或）級(jí)別（如果已知）；

設(shè)備烈性(如果已知)；

參考本部分的條款；

選擇抗開(kāi)裂材料的驗(yàn)收依據(jù)（見(jiàn)第6章）。

7.1.3 設(shè)備使用者和設(shè)備供應(yīng)商或材料供應(yīng)商可以商定，采用適當(dāng)?shù)脑u(píng)定試驗(yàn)來(lái)選擇未在附錄A中說(shuō)明和（或）列出的耐蝕合金和其他合金。

如果購(gòu)買(mǎi)方打算使用這些協(xié)議，在購(gòu)買(mǎi)材料的技術(shù)規(guī)格書(shū)應(yīng)清楚地說(shuō)明與擴(kuò)充范圍和評(píng)定方法相關(guān)的附加信息。這些信息包括：

SSC、SCC和（或）GHSC試驗(yàn)的要求（見(jiàn)第6章和附錄B）

特定酸性環(huán)境使用的工作條件。

7.1.4 購(gòu)買(mǎi)材料所需的信息應(yīng)填入適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)表中。推薦的格式參見(jiàn)附錄C。

7.2 標(biāo)記

符合本部分的材料應(yīng)具有可追溯性，最好在交貨前作標(biāo)記。適當(dāng)?shù)臉?biāo)簽或文字資料也是可以接受的方式。

對(duì)按照附錄B評(píng)定合格和選擇的特定應(yīng)用的材料，其可追溯性還應(yīng)包括特定應(yīng)用的相關(guān)環(huán)境條件。

設(shè)備使用者可以要求設(shè)備或材料供應(yīng)商提供文件，文件包括設(shè)備或部件使用的材料以及本部分規(guī)定的對(duì)材料使用環(huán)境的限制。

附錄C中的表格提供了可用于材料識(shí)別的標(biāo)識(shí)。

（上海墨鉅特殊鋼）整理
上海墨鉅特殊鋼主營(yíng)產(chǎn)品:gh3625
上海墨鉅出具質(zhì)檢書(shū)
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