International Standard ANSI/NACE MR0175/ISO 15156

Standard ANSI/NACE MR0175/ISO 15156 для коррозионно-стойких сплавов и работы с сульфидами в нефтегазовой промышленности

Standard ANSI/NACE MR0175/ISO 15156 — это стандарт на материалы, выпущенный Национальной ассоциацией инженеров-коррозионистов.

Документ, который слишком часто называют просто «NACE», был впервые выпущен в 1975 году Национальной ассоциацией инженеров-коррозионистов, теперь известной как NACE International. NACE MR0175, озаглавленный «Нефтяная и газовая промышленность. Материалы для использования в средах, содержащих сероводород, при добыче нефти и газа». Он был выпущен в качестве рекомендации пороговых значений H2S, при превышении которых меры предосторожности против растрескивания под воздействием окружающей среды считаются необходимыми. В 2003 г. для нефтеперерабатывающей промышленности был выпущен аналогичный документ NACE MR0103 «Материалы, стойкие к растрескиванию под напряжением сульфидов в агрессивных средах нефтепереработки». Также в 2003 году стандарт MR0175 был принят ISO и обозначен как ISO 15156.

Первоначально это был стандарт США, предназначенный для оценки пригодности материалов для нефтепромыслового оборудования, где сульфидное (сульфидное) коррозионное растрескивание под напряжением может представлять риск в сероводородной (кислой) среде. Однако мировой орган по стандартизации ISO выпустил его под собственным «брендом». Последнее издание включает технические исправления от 2005 года.
Стандарт определяет типы коррозионно-стойких материалов, включая нержавеющие стали, которые можно использовать на конкретных условиях нефтяных месторождениях, средах и накладывает ограничения на твёрдость материала. Это относится как к основному материалу, так и к сварному шву. Максимальная твёрдость обычно определяется по шкале Роквелла «C».
В MR 0175 не приводится преобразование в другие шкалы твёрдости, что представляет собой одну проблему, поскольку твёрдость размягчённых нержавеющих сталей измеряется с использованием шкал Роквелла «В», Виккерса или Бринелля.

Standard ANSI/NACE MR0175/ISO 15156 состоит из трех частей;

— Часть 1. Общие принципы выбора материалов, устойчивых к растрескиванию.
— Часть 2. Трещиностойкие углеродистые и низколегированные стали, а также применение чугунов.
— Часть 3. Устойчивые к растрескиванию CRA (коррозионностойкие сплавы) и другие сплавы.

Пороговые значения H2S были установлены на основе опыта операторов и лабораторных оценок. Документ продолжает развиваться с добавлением сплавов и уточнением пороговых значений. То, как определяются пороговые пределы, резко различается между сплавами или семействами сплавов и периодом, в течение которого требования были добавлены или пересмотрены. Для некоторых сплавов пороговые значения H2S учитывают CO2, хлориды, pH, температуру, твёрдость и предел текучести. Для других сплавов пределы не так строго определены. MR0175 также содержит рекомендации по выбору и спецификации материалов при превышении пороговых значений H2S. Это позволяет проводить испытания на соответствие назначению, чтобы квалифицировать материал для конкретного применения. MR0175 также предоставляет некоторые ограничения для конкретных приложений.

Standard ANSI/NACE MR0175/ISO 15156 касается только устойчивости материалов к растрескиванию под воздействием окружающей среды, которое может быть вызвано сероводородом. Он не касается потери материала из-за общей коррозии или локальной коррозии, такой как точечная или щелевая коррозия. Это также не спецификация материала, поскольку она не касается минимальных механических свойств, производственных процессов или требований контроля качества, таких как микроструктура и неразрушающий контроль. Тот факт, что материал «соответствует требованиям NACE», не означает, что он пригоден для эксплуатации. Совершенно плохой материал может «соответствовать NACE». Спецификации материалов, такие как API 5CRA/ISO 13680, касаются требований к механическим свойствам и качеству.

Разъяснение требований

Требования Standard ANSI/NACE MR0175/ISO 15156

Стандарт NACE MR0175 / ISO 15156 содержит перечень технических условий для материалов, используемых в нефтепромысловом оборудовании для добычи и переработки сырья, где существует риск сульфидного коррозионного растрескивания под напряжением в насыщенных высокосернистым газом средах, то есть в смесях нефти, газа и морской воды, в которых присутствует сероводород (H2S).
Данный стандарт разрешает использовать трубные обжимные фитинги, изготовленные из холоднотянутой нержавеющей стали 316 и сплава 6Mo, в системах управления и КИП. В системах управления и КИП, а также для работы с технологическими жидкостями и газами могут также использоваться упрочнённые никелевые сплавы.
Документ содержит:
• требования к состоянию и характеристикам материалов;
• условия внешней среды, в которых применяются материалы;
• установленные требования, при которых допускается использовать материалы в среде высокосернистого газа.

Требования NACE к трубным обжимным фитингам из сплава 2507 супердуплексной стали

Требования Standard ANSI/NACE MR0175/ISO 15156 к сплаву 2507:

Для надлежащего функционирования трубных обжимных фитингов из сплава 2507 гайка и обжимные кольца обязательно должны быть изготовлены из холоднотянутых прутковых заготовок. Такой материал имеет прочность, необходимую для обхвата трубки из сплава 2507 (которая имеет высокую поверхностную твёрдость) и работы в условиях высоких рабочих давлений.

Трубные обжимные фитинги из сплава 2507 отвечают требованиям стандарта NACE MR0175 / ISO 15156 для использования в любом оборудовании, согласно приведённой в стандарте таблице A.24, при условии, что фитинги контактируют с высокосернистым газом внутри, но не снаружи.

Материал имеет значение

 Трубные обжимные фитинги, трубные фитинги и фитинги под приварку из супердуплексного сплава 2507, соответствующие стандарту NACE MR0175/ ISO 15156.

• Корпуса прямых трубных обжимных фитингов изготавливаются из закалённых прутковых заготовок из сплава 2507;
• корпуса фасонных трубных обжимных фитингов изготавливаются из отожжённых поковок из сплава 2507;
• внешняя наружная резьба корпуса трубного обжимного фитинга, не контактирующая со средой, может производиться по технологии накатывания;
• внутренняя, контактирующая со средой резьба нарезается;
• гайки трубных обжимных фитингов изготавливаются из холоднотянутых прутковых заготовок из сплава 2507 и не контактируют со внутренней средой системы;
• задние обжимные кольца изготавливаются из холоднотянутых прутковых заготовок из сплава 6Mo и не контактируют с внутренней средой системы;
• передние обжимные кольца изготавливаются из холоднотянутых прутковых заготовок из сплава 2507;
• Носовая часть переднего обжимного кольца представляет собой соприкасающуюся со средой поверхность, которая находится в сжатом состоянии и поэтому не подвергается коррозионному растрескиванию под напряжением или растрескиванию в средах высокосернистого газа, так как, согласно стандарту, эти виды растрескивания могут происходить только в компонентах, к которым приложено растягивающее напряжение;
• соединения для проходного канала и вставные заглушки изготавливаются из отожжённых прутковых заготовок из сплава 2507.

 Требования NACE к трубным обжимным фитингам (стандартным и среднего давления) из сплава 625

Для надлежащего функционирования трубных обжимных фитингов (стандартных и среднего давления) из сплава 625 гайка и обжимные кольца обязательно должны быть изготовлены из холоднотянутых прутковых заготовок. Этот материал обладает необходимой прочностью, чтобы обхватить трубки из сплава 625 и выдержать высокое рабочее давление в указанных пределах.

Фитинги с корпусом из холоднотянутых прутков соответствуют требованиям стандарта NACE MR0175/ISO 15156, таблица A.14. Фитинги, соответствующие требованиям таблицы A.13, изготавливаются следующим образом.

• Корпуса прямых фитингов изготавливаются из отожжённых прутковых заготовок.
• Корпуса фасонных фитингов изготавливаются из отожжённых поковок или отожжённых прутков.
• гайки изготавливаются из отожжённых и холоднотянутых прутков и не контактируют со средой системы;
• задние обжимные кольца изготавливаются из отожжённых и холоднотянутых прутков и не контактируют со средой системы.
• Передние обжимные кольца изготавливаются из закалённых и холоднотянутых прутков.
• Носовая часть переднего обжимного кольца представляет собой соприкасающуюся со средой поверхность, которая находится в сжатом состоянии и поэтому не подвергается коррозионному растрескиванию под напряжением или растрескиванию в средах высокосернистого газа, так как, согласно стандарту, эти виды растрескивания могут происходить только в компонентах, к которым приложено растягивающее напряжение.
• Заглушки, соединения для проходного канала и трубные переходники изготавливаются из отожжённых прутков.

 Требования NACE к трубным обжимным фитингам и фитингам под приварку из сплава 6Mo

Стандарт NACE MR0175 / ISO 15156 содержит таблицы с изложением требований к материалам и предельных параметров окружающей среды для материалов, применяемых на входе в высокосернистой среде. Требования стандарта NACE MR0175 / ISO 15156 к сплавам 6Mo представлены в таблицах A.8 и A.11.

В таблице A.8 указаны предельные параметры окружающей среды и материалов для высоколегированных аустенитных нержавеющих сталей, используемых для изготовления любого оборудования или компонентов, предназначенных для применения в установках, работающих со средами с высоким содержанием сернистого газа.

В таблице A.11 приведены предельные параметры окружающей среды и материалов для высоколегированных аустенитных нержавеющих сталей, используемых при изготовлении трубок для КИП и систем управления, компрессионных фитингов, а также наземных и внутрискважинных контрольных приборов.

Оборудование, которое применяется с NACE MR0175

Мы знаем, что существует много оборудования, применяемого по стандарту NACE MR0175/ISO 15156, в основном в бурении нефтяных и газовых скважин, строительстве, подъёмных работах.

Например, сверление в качестве свёрл; Подземное оборудование, такое как штанговые насосы и насосные штанги, электрические погружные насосы и другое оборудование для механизированной добычи;
Оборудование для обработки кислых вод, установки подготовки природного газа.

И самое главное, стальные трубы и фитинги для трубопроводов транспортировки нефти и газа, жидкостей и многофазных жидкостей.

Трубы из углеродистой стали NACE

Углеродистая и легированная сталь, содержащая до углерода и до марганца и остаточные количества других элементов, за исключением преднамеренно добавленных в определённых количествах для раскисления (обычно кремний и/или алюминий)

Пожалуйста, обрати внимание:

В стандарте NACE MR0175 трубы и фитинги из углеродистой стали, используемые в нефтяной промышленности, обычно содержат углерод менее 0,8%.

Углеродистые и низколегированные стали включают листы, трубы и фитинги, которые соответствуют NACE MR0175, за указанными исключениями, дальнейшие испытания SSC не требуются. Тем не менее, любое испытание SSC, являющееся частью производственной спецификации материалов, должно быть проведено успешно, а результаты должны быть зарегистрированы.

Обратите внимание, что трубы и фитинги из углеродистой и легированной стали, описанные/перечисленные в ранее опубликованном NACE MR0175 (все версии), были идентифицированы на основе многочисленных корреляций зарегистрированных неудач/успехов и лабораторных данных. Предел твёрдости HRC 22, применяемый к большинству углеродистых и низколегированных сталей, был основан на корреляции термической обработки, химического состава, твёрдости и опыта разрушения. Более высокие пределы твёрдости для хромомолибденовых сталей были основаны на аналогичных соображениях.

 Стандарты труб из углеродистой стали См. NACE

Стандарт NACE MR0175 включает стальные трубы ниже стандартных.

API 5L Бесшовные , класс B до X42 , до X65
ASTM A53 Труба
ASTM A106, класс B, A и C
ATSM A333, класс 1 и 6
ASTM A524, класс 1 и 2
ASTM A 381, класс 1 Y35 и Y65
ISO 3183-3, класс L245 для L450
Корпус и НКТ от API 5CT J55/K55 до T95

 NACE MR0175 Трубы и фитинги

Стальные трубы и соответствующие фитинги, изготовленные из материала NACE (соответствуют стандарту NACE MR 0175 или ISO 15156). Мы называем их трубами NACE или трубными фитингами NACE.

Поэтому эти продукты специально используются в нефтяной и газовой средах, содержащих H2S и другие коррозионно-активные химические вещества.

 Химический состав

Для труб из углеродистой и легированной стали NACE MR0175 имеет ограничения по содержанию серы (S ≤ 0,002%), фосфора (P ≤ 0,020%) и углерода (C ≤ 0,10%).

 Механическая сила

Механические свойства прочности на растяжение и предела текучести такие же, как и у обычных труб, относящихся к соответствующим стандартам.

 Методы испытаний NACE

Для стальных труб, листов и фитингов, предназначенных для работы в сероводороде, в стандартах NACE обычно упоминаются два метода испытаний: HIC (водородное растрескивание) и SSC (сульфидное растрескивание под напряжением).

Испытание HIC является обязательным требованием для труб и фитингов NACE. Однако при наличии сертификата, подтверждающего, что сырье, используемое для изготовления труб или фитингов, соответствует требованиям NACE MR0175, повторное проведение этого испытания не требуется.

Испытание SSC представляет собой продолжительный эксперимент, специально проводимый на легированной стали. Он включает в себя воздействие на испытуемый материал коррозионной среды с приложением постоянного тянущего усилия, моделируя условия как рабочего напряжения, так и внутренних сил. Под совместным воздействием коррозии и силы материал может подвергнуться хрупкому разрушению, известному как растрескивание SSC.

Растрескивание SSC является одной из самых вредных форм коррозии. Это приводит к быстрому распространению трещин, создавая значительный риск для безопасности и вызывая катастрофические разрушения различных конструкций, таких как мосты, самолёты и котлы. Эти инциденты приводят к серьёзным потерям с точки зрения человеческих жизней и материального ущерба. Аварии SSC наблюдались, среди прочего, на электростанциях, кораблях, в котлах и в нефтяной промышленности.

Применение Труб и фитингов NACE MR0175 

Материал должен использоваться в водосодержащих жидкостях и средах, включая все виды газа или сырую нефть с содержанием H2S. абсолютное парциальное давление H2S ≥0,0003 МПа (0,05 фунтов на кв. дюйм).

Однако стоит отметить, что при определённых условиях применение NACE MR0175 не является обязательным и остаётся на усмотрение пользователей. Эти условия включают в себя:

а. Газ низкого давления: общее давление менее 0,4 МПа (65 фунтов на кв. дюйм).
б. Газонефтяные многофазные среды низкого давления: При общем давлении менее 1,83 МПа.

NACE MR0175 содержит общие требования к материалам для выбора материалов, устойчивых к растрескиванию, включая устойчивые к растрескиванию углеродистые и низколегированные стали, чугуны, устойчивые к растрескиванию сплавы и другие сплавы. Он также устанавливает подробные требования к оборудованию, используемому в средах, содержащих сероводород.

 SSC Факторы растрескивания

На сульфидное растрескивание влияют следующие факторы:

1) Подвергается воздействию химических ингредиентов, горячей обработке, микроструктуре и т. д. Влияет на металлургические условия и прочность.
2) Концентрация водородного железа в водной фазе (Ph-индекс)
3) Парциальное давление H2S, то есть концентрация H2S и отношение общего абсолютного давления.
4) Общее растягивающее напряжение
5) Температура
6) Время воздействия кислотной среды
7) Эффект накопления энергии
8) Концентрация ионов хлорида или других галогенидов
9) Окислитель
10) Невторичная жидкость (включая жидкость, используемую для кислотного возбуждения и пакеров)

Фактически,

На скорость коррозии труб также влияет холодная обработка металла.

Хотя стальные трубы, фитинги, производство и оборудование соответствуют стандарту NACE MR 0175 и имеют функцию защиты от коррозии H2S, они все же могут быть подвержены коррозии, если возникают проблемы с проектированием, изготовлением, установкой, выбором материалов и обработка.

Область применения NACE MR0175 или ISO 15156

NACE MR0175/ISO 15156 содержит общие правила, даёт предложения и требования по выбору подходящих стальных материалов, которые используются в оборудовании, используемом при добыче нефти и газа, а также в установках по обессериванию природного газа в средах, содержащих сероводород. Если такое оборудование выйдет из строя, это может создать риск для здоровья и безопасности человека, а также нанести ущерб окружающей среде.

Это также федеральный стандарт в США, признанный как ISO 15156, для материалов нефтяной и газовой промышленности, применяемых в средах, содержащих сероводород, при добыче нефти и газа.