Conducte API 5L, A106 și A333: clase, evaluări de presiune și teste

Trei standarde, trei locuri de muncă diferite

Cumpărătorii începători în țevile din oțel carbon tratează adesea API 5L, ASTM A106 și ASTM A333 ca descrieri interschimbabile ale aceluiași produs, deoarece, dintr-o privire, fiecare acoperă țevi din oțel carbon fără sudură într-un interval de dimensiuni similare. Nu sunt interschimbabile. Fiecare standard a fost scris pentru o condiție de serviciu diferită și fiecare guvernează chimia, tratamentul termic și testarea într-un mod care se potrivește serviciului respectiv. API 5L este o specificație pentru conducte de linie scrisă în jurul transportului de petrol și gaze și organizată în funcție de gradul de rezistență cu două niveluri de specificație a produsului. ASTM A106 este o specificație de serviciu la temperatură înaltă pentru țevile din oțel carbon fără sudură utilizate în conductele de proces, unde proprietățile de control sunt rezistența la tracțiune la temperatura camerei plus valorile admisibile ale tensiunii pe care ASME B31.3 le atribuie la temperatură ridicată. ASTM A333 este o specificație de service la temperatură joasă, în care întregul design al seriei de calități este determinat de rezistența crestăturii la temperatură sub zero.

A face bine familiei contează deoarece cele trei standarde acceptă plafoane diferite de carbon și mangan, practici diferite de dezoxidare, frecvență diferită de testare și examinări nedistructive diferite. O țeavă care o satisface pe una nu va satisface automat pe alta, iar o țeavă cu certificat dublu trebuie să le îndeplinească pe ambele simultan. Secțiunile de mai jos stabilesc modul în care fiecare standard își definește produsul, cum se calculează limitarea presiunii și ce ar trebui să verifice un cumpărător înainte de a accepta un lot.

Limitarea presiunii: calculul care leagă diametrul, peretele și gradul

Reținerea presiunii interne este calculată cu relația Barlow, care exprimă solicitarea cercului într-un cilindru cu pereți subțiri ca presiunea internă înmulțită cu diametrul și împărțită la două ori grosimea peretelui. Rearanjată pentru proiectare, presiunea admisă este de două ori mai mare decât tensiunea admisă ori grosimea peretelui împărțit la diametrul exterior. Fiecare cod de conducte și conducte adaugă modificatori peste expresia de bază: ASME B31.8 aplică un factor de proiectare care depinde de densitatea populației de-a lungul dreptului de trecere plus un factor de îmbinare și un factor de reducere a temperaturii, în timp ce ASME B31.3 aplică un factor de cod și utilizează tensiuni admisibile tabelate care includ deja o reducere dependentă de temperatură.

Consecința pentru achiziții este că aceeași calitate nominală oferă o capacitate de presiune foarte diferită, în funcție de codul și factorul de proiectare care guvernează. O țeavă cu diametrul exterior de 323,9 mm cu un perete de 8 mm în API 5L X52 va conține o presiune de proiectare substanțial mai mare sub un cod de linie de transmisie la un factor de proiectare scăzut decât aceeași țeavă utilizată ca țevi de proces în conformitate cu un cod de rafinărie care aplică un factor diferit și o temperatură ridicată mai scăzută admisă. Prin urmare, cumpărătorii ar trebui să primească în scris presiunea de proiectare, temperatura de proiectare, codul de guvernare și baza de tensiuni admisibile, deoarece grosimea peretelui nu poate fi verificată numai în raport cu un grad.

Urmează două puncte practice. În primul rând, grosimea specificată a peretelui este o valoare nominală cu o toleranță în minus permisă, iar calculele de presiune ar trebui să utilizeze peretele minim mai degrabă decât peretele nominal; API 5L permite o toleranță minus la grosimea peretelui, care variază în funcție de calea de fabricație și dimensiune. În al doilea rând, permisiunea de coroziune se adaugă la peretele calculat, nu se scade din acesta, astfel încât o comandă scrisă pe peretele calculat fără alocație va fi sub grosime pentru durata de viață de proiectare în orice serviciu umed sau acru.

API 5L: țeavă de linie cu grad de rezistență cu două niveluri de calitate

API 5L organizează produsul după desemnarea gradului, variind de la L175/A25 până la L830/X120 și după nivelul de specificație al produsului. PSL1 este nivelul de bază: un tabel chimic definit, încercare de tracțiune, un test hidrostatic și examinare nedistructivă limitată. PSL2 este nivelul superior, iar diferențele sunt mai degrabă substanțiale decât cosmetice. PSL2 adaugă o limită de curgere maximă alături de cea minimă, impune testarea la impact Charpy cu crestătură în V a corpului, a zonei de sudură și a zonei afectate de căldură, strânge fosforul și sulful, limitează echivalentul de carbon și necesită o inspecție nedistructivă a cordonului de sudură pentru produsul sudat.

Pentru un cumpărător, PSL2 este alegerea corectă oriunde linia este proiectată la un cod de transmisie cu un plan de control al fracturii, oriunde temperatura de proiectare scade sub zero sau oriunde conducta va transporta hidrocarbură umedă sau acidă. PSL1 rămâne economic și în întregime adecvat pentru liniile de apă, liniile de șlam, servicii de utilitate de joasă presiune și aplicații structurale. Amestecarea celor două într-un singur proiect este o sursă obișnuită de confuzie, deoarece același nume de grad, de exemplu L245/B, are o limită de curgere minimă diferită în funcție de nivel: minim 245 MPa sub PSL1 și o bandă de 241 până la 448 MPa sub PSL2.

ASTM A106: Oțel carbon fără sudură pentru servicii la temperaturi ridicate

ASTM A106 acoperă țevile din oțel carbon fără sudură pentru servicii la temperaturi înalte în trei grade, A, B și C și este specificația calului de lucru pentru conductele de proces, liniile de alimentare a cazanelor, colectoarele de abur și circuitele de ulei fierbinte. Specificația este în mod deliberat simplă în structura sa și exigentă în ceea ce privește cerințele sale de calitate: țeava trebuie să fie fabricată din oțel ucis, trebuie să fie fără sudură și trebuie să treacă un test de tracțiune, un test de îndoire sau un test de aplatizare, un test hidrostatic și o verificare a analizei produsului în raport cu analiza termică.

Gradul B domină piața deoarece oferă un echilibru bun între rezistență și sudabilitate. Gradul A este utilizat acolo unde formarea și sudarea sunt severe și o rezistență mai mică este acceptabilă, iar gradul C este ales acolo unde rezistența la tracțiune mai mare justifică sudarea redusă și necesitatea unor proceduri calificate și preîncălzire controlată. Deoarece A106 este o specificație de temperatură înaltă, proprietățile care contează cel mai mult nu sunt doar valorile de tracțiune la temperatura camerei, ci efortul admisibil pe care codul de proiectare le atribuie în intervalul de temperatură, împreună cu controlul mărimii granulelor care menține predictibil comportamentul de fluaj pe termen lung.

A106 nu necesită testarea de impact în mod implicit. Aceasta este o distincție crucială față de API 5L PSL2 și față de A333: dacă tubulatura de proces va funcționa la temperatură scăzută sau dacă specificația proprietarului invocă cerințele de impact la temperatură scăzută ca o cerință suplimentară, cumpărătorul trebuie să o precizeze. Presupunând că o țeavă A106 de grad B este testată la impact, deoarece are un certificat de testare la moara, este o neînțelegere frecventă și costisitoare.

ASTM A333: Seria de grad de temperatură joasă

ASTM A333 acoperă țevile din oțel carbon și aliat fără sudură și sudate, destinate serviciului la temperaturi scăzute, iar structura sa de calitate este construită în jurul temperaturii testului de impact. Gradul 1 este gradul de bază al oțelului carbon, gradul 6 este cel cu emisii scăzute de carbon cel mai utilizat în conductele de gaz lichefiat și climat rece, iar gradul 3 conține nominal 3,5 la sută nichel pentru service până la aproximativ -100 grade C. Clasele mai înalte din serie extind gama și mai mult în teritoriul criogenic, cu un conținut de nichel în creștere.

Fiecare conductă A333 trebuie să fie tratată termic, iar specificația necesită testarea la impact a fiecărui lot la temperatura desemnată pentru grad, cu rezultate raportate ca energie absorbită și dilatare laterală. Tratamentul termic este în mod normal o normalizare completă, sau o normalizare și călire, sau o stingere și călire, acolo unde este convenit. Aceasta este diferența structurală dintre A333 și A106: A106 vă oferă un material la temperatură înaltă, A333 vă oferă o pardoseală rezistentă garantată la o temperatură scăzută specificată, iar cele două nu pot fi înlocuite fără o evaluare inginerească documentată.

Cea mai frecventă eroare de câmp din această familie este comandarea A333 Grad 6 pentru un serviciu la -45 grade C și apoi acceptarea A106 Grad B, deoarece moara îl avea în stoc și proprietățile de întindere la temperatura camerei arată echivalente. Ele nu sunt echivalente pentru acel serviciu: A106 Grad B nu are nicio cerință Charpy, astfel încât comportamentul său pe raftul inferior este necunoscut, iar o fractură fragilă într-o conductă de gaz lichefiat rece este mai degrabă catastrofală decât un mod de defecțiune progresivă.

Chimie și comparație mecanică

Tabelul de mai jos prezintă proprietățile cel mai des comparate într-o evaluare a ofertei. Valorile sunt cerințele standard pentru nota de bază; cerințele suplimentare, specificațiile de proiect și regulile dependente de grosime le pot înăspri și mai mult.

Citirea peste rânduri dezvăluie logica designului. A106 Grad B și A333 Grad 6 au o chimie foarte asemănătoare și o rezistență minimă la tracțiune identică, dar numai unul poartă o energie de impact garantată la temperatură scăzută. A106 Grad C cumpără 70 MPa de rezistență suplimentară la tracțiune cu prețul unui plafon de carbon de 0,35 la sută, motiv pentru care procedurile de sudare pentru gradul C necesită mai mult control al preîncălzirii decât pentru gradul B. Rândul API 5L X42 arată ce face diferit specificația conductei de linie: un plafon de carbon mai scăzut, un plafon de carbon mai larg, mai degrabă o fereastră pentru o singură bandă de alo, o fereastră de rezistență minimă pentru o singură bandă de mangan.

Testarea tenacității și regulile de acceptare

Testarea la impact este factorul de discriminare între aceste specificații și trebuie specificată cu aceeași atenție ca și gradul. Parametrii esențiali sunt temperatura de testare, dimensiunea și orientarea probei, energia minimă absorbită, expansiunea laterală minimă și frecvența de prelevare. O greșeală comună de achiziție este de a specifica o temperatură de testare fără a specifica dacă se aplică corpului țevii, metalului sudat și zonei afectate de căldură, deoarece o specificație a țevii de linie o aplică tuturor celor trei, în timp ce o specificație derivată din plăci se poate adresa numai corpului.

Pentru o conductă într-un climat rece, temperatura de testare este în mod normal setată la sau sub cea mai scăzută temperatură de serviciu anticipată, cu o marjă, iar criteriile de acceptare sunt de obicei o energie minimă medie absorbită pentru un set de trei eșantioane plus o limită inferioară pentru orice eșantion. Pentru sarcini critice, specificația poate adăuga testarea la rupere cu greutatea căderii pentru a confirma rezistența la rupere prin forfecare sau testarea deplasării deschiderii vârfului fisurii pentru a sprijini o evaluare critică de inginerie a defectelor de sudură. Cumpărătorii ar trebui să solicite ca valorile reale ale testului să fie tipărite pe certificat; o declarație conform căreia conducta nu înlocuiește un număr.

Examinare nedistructivă, testare hidrostatică și eficiență a articulațiilor

Toate cele trei specificații necesită o încercare hidrostatică de fiecare lungime, ținută pentru o perioadă minimă definită de standard și efectuată la o presiune calculată din grosimea peretelui și gradul. Presiunile de testare sunt o verificare a etanșeității la presiune și a integrității structurale, nu un test de verificare până la distrugere, iar standardul definește un plafon astfel încât testul în sine să nu deterioreze țeava. Înregistrările testelor de inel, înregistrările diagramei de presiune și identificarea operatorului trebuie păstrate.

Examinarea nedistructivă a cordonului de sudură este locul în care specificațiile diferă cel mai puternic. Conducta fără sudură este examinată pentru laminare și defecte longitudinale prin metode ultrasonice sau de scurgere a fluxului, în funcție de cerințele comenzii. Conducta de linie sudată conform PSL2 necesită examinarea cusăturii, iar extinderea și metoda sunt definite de standard și de orice cerință suplimentară invocată de cumpărător. Conductele de proces conform unui cod precum ASME B31.3 pot necesita examinarea radiografică sau cu ultrasunete a sudurilor circumferinței, mai degrabă decât a cusăturii țevii, iar eficiența îmbinării utilizată în calculul presiunii depinde de nivelul de examinare atins. Un cumpărător care acceptă conducte pe baza raportului de inspecție internă al furnizorului, fără ca raportul care să identifice metoda, standardul de referință și criteriile de acceptare, nu are nicio modalitate de a verifica eficiența îmbinării presupusă în proiectare.

Pentru conductele sudate, eficiența îmbinării în calculul presiunii este considerată în mod normal ca 1,0 numai atunci când cusătura a fost examinată la nivelul cerut de codul de guvernare. Se califică țeavă sudată cu rezistență electrică cu o cusătură normalizată corespunzător și o examinare completă; țeava sudată cap la cap a cuptorului nu, iar factorul său inferior de îmbinare trebuie să se reflecte în grosimea necesară a peretelui.

Acoperire, protecție la capăt și integritate pe termen lung

Niciuna dintre aceste trei specificații nu acoperă protecția externă împotriva coroziunii, totuși selecția acoperirii determină durata de viață a unei linii îngropate la fel de mult ca și calitatea de oțel. Un sistem de polietilenă cu trei straturi aplicat pe o suprafață curățată prin sablare, specificat prin ISO 21809-1 sau DIN 30670, împreună cu un sistem de protecție catodic proiectat corespunzător conform NACE SP0169, reprezintă baza normală pentru o durată de viață de peste 50 de ani pe o conductă îngropată din oțel carbon. Epoxidul lipit prin fuziune conform ISO 21809-2 este alegerea obișnuită cu un singur strat unde temperatura de funcționare este moderată și riscul de deteriorare mecanică este scăzut.

Capetele țevilor merită o atenție separată. Benzile de capăt goale sunt lăsate pentru sudarea circumferinței, ceea ce înseamnă că capetele sunt partea din țeavă cea mai expusă deteriorării mecanice, ovalității și umidității în timpul transportului și depozitării. Protecțiile teșite grele, capacele de capăt și învelișurile exterioare previn tăieturile și ovalitatea care mai târziu provoacă alinierea mare-scăzută și repararea sudurii. În timpul depozitării, țevile ar trebui să se sprijine pe suporturi din lemn sau cauciuc, cu stratul de acoperire liber de sol, iar chingile ar trebui să fie din nailon lat în loc de lanț.

Lista de verificare a specificațiilor pentru cumpărători

Înainte de a emite o comandă, confirmați în scris următoarele: codul de proiectare și factorul de proiectare, presiunea de proiectare și temperatura de proiectare, temperatura minimă și maximă a metalului pentru evaluarea tenacității, temperatura necesară testului de impact și valorile de acceptare pentru corp, sudură și zona afectată de căldură, nivelul de specificație a produsului pentru orice articol API 5L, metoda de examinare nedistructivă necesară și nivelul de acceptare pentru cusătură, testarea unui sistem de testare terț standardul și clasa sa de grosime, finisajul final și detaliile teșirii, precum și pachetul de documentație care include conținutul certificatului de testare a morii și înregistrările tratamentului termic.

La primire, verificați dacă gradul și orice sufix de stare ștampilat pe țeavă se potrivesc cu certificatul, că numerele de căldură corespund, că rezultatele chimice și mecanice se încadrează în cerințele standard, mai degrabă decât să fie doar raportate și că valorile de impact au fost obținute la temperatura specificată cu orientarea specificată a specimenului. În cazul în care este oferită o țeavă cu certificat dublu, de exemplu o țeavă certificată atât conform API 5L, cât și ASTM A106, verificați dacă chimia îndeplinește cea mai strânsă dintre cele două limite și dacă regimul de testare acoperă cerințele ambelor, deoarece certificarea dublă adaugă valoare numai atunci când dovezile sunt complete.

Întrebări frecvente

Î: Se poate folosi conducta ASTM A106 grad B pentru o conductă de gaz la temperatură joasă?
Nu fără o evaluare inginerească. A106 nu necesită testare la impact, astfel încât duritatea sa la crestătură la temperatură sub zero nu este caracterizată. O linie de temperatură scăzută ar trebui să utilizeze ASTM A333 gradul 6 sau un grad API 5L PSL2 cu o temperatură specificată de testare a impactului sub temperatura minimă de proiectare a metalului.

Î: Este țeava API 5L PSL1 de calitate mai mică decât ASTM A106 grad B?
Acestea abordează sarcini diferite, mai degrabă decât niveluri de calitate diferite. Conducta de linie PSL1 verifică rezistența și etanșeitatea la presiune pentru serviciul de transmisie, în timp ce A106 verifică proprietățile pentru funcționarea procesului la temperatură ridicată și necesită oțel ucis. Care este mai bine depinde de codul de proiectare, de temperatură și de cerința de duritate.

Î: Ce clase din ASTM A333 servesc la cele mai scăzute temperaturi?
Seria se extinde în jos pe măsură ce conținutul de nichel crește. Gradul 1 și gradul 6 servesc în jur de -45 grade C, gradul 3 cu 3,5 la sută nominal de nichel ajunge la aproximativ -100 grade C, iar gradele mai mari de nichel din serie sunt încă mai scăzute, fiecare având propria temperatură de testare de impact necesară.

Î: Cum se calculează presiunea maximă de funcționare admisă?
Din relația Barlow, folosind diametrul exterior și grosimea minimă a peretelui, cu o tensiune admisibilă sau un factor de proiectare furnizat de codul de guvernare, plus factorii de reducere a îmbinării și a temperaturii. Peretele nominal nu trebuie utilizat niciodată în locul peretelui minim pentru calcul.

Î: De ce aceeași calitate arată o forță de curgere diferită sub PSL1 și PSL2?
PSL2 definește o bandă de rezistență atât cu podea, cât și cu tavan, astfel încât minimul nominal este ajustat la o valoare compatibilă cu acea bandă, în timp ce PSL1 definește doar o podea. Conducta nu este diferită ca natură, dar fereastra de acceptare și testarea asociată sunt diferite.

Î: Aceste specificații necesită testarea la impact a zonei afectate de sudură și căldură?
API 5L PSL2 necesită testarea la impact a zonei afectate de corp, sudură și căldură. ASTM A333 necesită testarea la impact a țevii ca produs la temperatură joasă, cu detalii stabilite de specificații. ASTM A106 nu necesită testarea la impact decât dacă cumpărătorul invocă o cerință suplimentară, care ar trebui să precizeze apoi locațiile și criteriile de acceptare.