API 5L, A106 og A333 Rør: Kvaliteter, trykklassificeringer og test

Tre standarder, tre forskellige job

Købere, der er nye til kulstofstålrør, behandler ofte API 5L, ASTM A106 og ASTM A333 som udskiftelige beskrivelser af det samme produkt, fordi hver enkelt af dem dækker et sømløst kulstofstålrør i et lignende størrelsesområde. De er ikke udskiftelige. Hver standard blev skrevet til en anden servicetilstand, og hver enkelt regulerer kemi, varmebehandling og testning på en måde, der passer til denne service. API 5L er en linjerørsspecifikation skrevet omkring transmission af olie og gas og organiseret efter styrkegrad med to produktspecifikationsniveauer. ASTM A106 er en højtemperaturservicespecifikation for sømløse kulstofstålrør, der anvendes i procesrør, hvor de kontrollerende egenskaber er trækstyrke ved stuetemperatur plus de tilladte spændingsværdier, som ASME B31.3 tildeler ved forhøjet temperatur. ASTM A333 er en lavtemperaturservicespecifikation, hvor hele designet af kvalitetsserien er drevet af notch sejhed ved minusgrader.

Det er vigtigt at få familien rigtigt, fordi de tre standarder accepterer forskellige kulstof- og manganlofter, forskellig deoxidationspraksis, forskellig testfrekvens og forskellige ikke-destruktive undersøgelser. Et rør, der tilfredsstiller én, vil ikke automatisk tilfredsstille en anden, og et dobbeltcertificeret rør skal opfylde begge dele samtidigt. Afsnittene nedenfor beskriver, hvordan hver standard definerer sit produkt, hvordan trykbegrænsning beregnes, og hvad en køber skal verificere, før han accepterer et parti.

Trykindeslutning: Beregningen, der binder diameter, væg og grad

Intern trykinddæmning beregnes med Barlow-forholdet, som udtrykker bøjlespændingen i en tyndvægget cylinder som det indre tryk ganget med diameteren og divideret med to gange vægtykkelsen. Omarrangeret til design er det tilladte tryk to gange den tilladte spænding gange vægtykkelsen divideret med den udvendige diameter. Hver rør- og rørledningskode tilføjer modifikatorer oven i det basisudtryk: ASME B31.8 anvender en designfaktor, der afhænger af befolkningstæthed langs vejen plus en fælles faktor og en temperaturnedsættelsesfaktor, mens ASME B31.3 anvender en kodefaktor og bruger tabulerede tilladte spændinger, der allerede inkluderer en temperaturafhængig reduktion.

Konsekvensen for indkøb er, at den samme nominelle karakter giver meget forskellig trykevne afhængig af, hvilken kode og hvilken designfaktor, der styrer. Et rør med 323,9 mm udvendig diameter med en væg på 8 mm i API 5L X52 vil indeholde et væsentligt højere designtryk under en transmissionslinjekode ved en lav designfaktor end det samme rør, der bruges som procesrør under en raffinaderikode, der anvender en anden faktor og en lavere tilladt temperatur. Købere bør derfor modtage designtrykket, designtemperaturen, styringskoden og det tilladte spændingsgrundlag skriftligt, fordi godstykkelsen ikke kan verificeres alene i forhold til en karakter.

To praktiske punkter følger. For det første er den specificerede vægtykkelse en nominel værdi med en tilladt minus tolerance, og trykberegninger bør bruge minimumsvæggen frem for den nominelle væg; API 5L tillader en minus tolerance på vægtykkelse, der varierer med fremstillingsruten og størrelsen. For det andet tilføjes korrosionsgodtgørelsen til den beregnede væg, ikke trukket fra den, så en ordre skrevet til den beregnede væg uden tillæg vil være undertykkelse i designlevetiden i enhver våd eller sur service.

API 5L: Styrkegraderet linjerør med to kvalitetsniveauer

API 5L organiserer produktet efter klassebetegnelse, der spænder fra L175/A25 op til L830/X120 og efter produktspecifikationsniveau. PSL1 er det grundlæggende niveau: en defineret kemi-tabel, trækprøvning, en hydrostatisk test og begrænset ikke-destruktiv undersøgelse. PSL2 er det højere niveau, og forskellene er væsentlige snarere end kosmetiske. PSL2 tilføjer en maksimal flydestyrke ved siden af ​​minimum, påbyder Charpy V-notch slagtest af kroppen, svejse- og varmepåvirket zone, strammer fosfor og svovl, dækker kulstofækvivalenter og kræver ikke-destruktiv inspektion af svejsesømmen for svejset produkt.

For en køber er PSL2 det rigtige valg, uanset hvor linjen er designet til en transmissionskode med en brudkontrolplan, hvor designtemperaturen falder til under nul, eller hvor end røret vil bære vådt eller surt kulbrinte. PSL1 forbliver økonomisk og helt tilstrækkelig til vandledninger, gylleledninger, lavtryksforsyningsservice og strukturelle applikationer. At blande de to i ét projekt er en almindelig kilde til forvirring, fordi det samme klassenavn, for eksempel L245/B, har forskellig minimum flydespænding afhængigt af niveauet: 245 MPa minimum under PSL1 og et 241 til 448 MPa bånd under PSL2.

ASTM A106: Sømløst kulstofstål til service med forhøjet temperatur

ASTM A106 dækker sømløse kulstofstålrør til højtemperaturservice i tre kvaliteter, A, B og C, og det er arbejdshestens specifikation for procesrør, kedelfødeledninger, dampsamlere og varme oliekredsløb. Specifikationen er bevidst enkel i sin karakterstruktur og krævende i sine kvalitetskrav: Røret skal være lavet af dræbt stål, skal være sømløst og skal bestå en trækprøve, en bøjningstest eller udfladningstest, en hydrostatisk test og en produktanalysekontrol i forhold til varmeanalysen.

Klasse B dominerer markedet, fordi det giver en god balance mellem styrke og svejsbarhed. Grade A anvendes, hvor formning og svejsning er svær, og lavere styrke er acceptabel, og Grade C er valgt, hvor den højere trækstyrke retfærdiggør den reducerede svejsbarhed og behovet for kvalificerede procedurer og kontrolleret forvarmning. Fordi A106 er en højtemperaturspecifikation, er de egenskaber, der betyder mest, ikke blot rumtemperaturtrækværdier, men den tilladte belastning, designkoden tildeler på tværs af temperaturområdet, sammen med kornstørrelseskontrollen, der holder langsigtet krybeadfærd forudsigelig.

A106 kræver som standard ikke effekttest. Det er en afgørende skelnen fra API 5L PSL2 og fra A333: Hvis procesrørene vil fungere ved lav temperatur, eller hvis ejerens specifikation påberåber sig krav om lavtemperaturpåvirkning som et supplerende krav, skal køberen oplyse det. Det er en hyppig og dyr misforståelse at antage, at et A106 klasse B-rør er slagtestet, fordi det har et mølletestcertifikat.

ASTM A333: The Low-Temperature Grade Series

ASTM A333 dækker sømløse og svejsede kulstof- og legeret stålrør beregnet til lavtemperaturservice, og dets kvalitetstruktur er bygget op omkring slagprøvetemperatur. Grade 1 er den grundlæggende kulstofstålkvalitet, Grade 6 er den kulstoffattige kvalitet, der er mest udbredt i rør til flydende gas og koldt klima, og Grade 3 indeholder nominelt 3,5 procent nikkel til service ned til omkring -100 grader C. Højere kvaliteter i serien udvider rækkevidden længere ind i kryogent område med stigende nikkelindhold.

Hvert A333-rør skal varmebehandles, og specifikationen kræver slagprøvning af hvert parti ved den temperatur, der er angivet for kvaliteten, med resultater rapporteret som absorberet energi og lateral ekspansion. Varmebehandlingen er normalt en fuld normalisering, eller en normalisering og temperering, eller en quench og temperering, hvor det er aftalt. Dette er den strukturelle forskel mellem A333 og A106: A106 giver dig et højtemperaturmateriale, A333 giver dig et garanteret sejhedsgulv ved en specificeret lav temperatur, og de to kan ikke erstattes uden en dokumenteret teknisk evaluering.

Den mest almindelige feltfejl i denne familie er at bestille A333 Grade 6 til en service ved -45 grader C og derefter acceptere A106 Grade B, fordi møllen havde den på lager, og rumtemperaturens trækegenskaber ser tilsvarende ud. De svarer ikke til den service: A106 Grade B har ingen Charpy-krav, så dens opførsel på den nederste hylde er ukendt, og et skørt brud i en kold flydende gasledning er en katastrofal snarere end en progressiv fejltilstand.

Kemi og mekanisk sammenligning

Tabellen nedenfor viser de egenskaber, der oftest sammenlignes i en budevaluering. Værdier er standardkravene til basiskarakteren; supplerende krav, projektspecifikationer og tykkelsesafhængige regler kan stramme dem yderligere.

At læse på tværs af rækkerne afslører designlogikken. A106 Grade B og A333 Grade 6 har meget ens kemi og identisk minimumstrækstyrke, men kun én bærer en garanteret slagenergi ved lav temperatur. A106 Grade C køber 70 MPa ekstra trækstyrke til prisen for et kulstofloft på 0,35 procent, hvilket er grunden til, at svejseprocedurer for Grade C har brug for mere forvarmningskontrol end for Grade B. API 5L X42 rækken viser, hvad linjerørspecifikationen gør anderledes: et lavere kulstofloft, et bredere manganoying-vindue, i stedet for et enkelt-styrkebånd til mikro-all.

Regler for sejhedsprøvning og accept

Effekttest er diskriminatoren mellem disse specifikationer og bør specificeres med samme omhu som karakteren. De væsentlige parametre er testtemperatur, prøvestørrelse og -orientering, minimum absorberet energi, minimum lateral ekspansion og prøveudtagningsfrekvensen. En almindelig indkøbsfejl er at specificere en testtemperatur uden at specificere, om den gælder for rørlegemet, svejsemetallet og den varmepåvirkede zone, da en linjerørspecifikation anvender den på alle tre, mens en pladeafledt specifikation kun vedrører kroppen.

For en rørledning i et koldt klima indstilles testtemperaturen normalt til eller under den laveste forventede driftstemperatur med en margin, og acceptkriterierne er normalt en minimumsgennemsnitlig absorberet energi for et sæt på tre prøver plus en nedre grænse for en enkelt prøve. For kritiske opgaver kan specifikationen tilføje drop-weight rivetestning for at bekræfte modstand mod løbende forskydningsbrud eller revnespidsåbningsforskydningstest for at understøtte en teknisk kritisk vurdering af svejsefejl. Købere bør kræve, at de faktiske testværdier udskrives på certifikatet; en erklæring om, at røret overholder, er ikke en erstatning for et tal.

Ikke-destruktiv undersøgelse, hydrostatisk test og ledeffektivitet

Alle tre specifikationer kræver en hydrostatisk test af hver længde, holdt i en minimumsperiode defineret af standarden og udført ved et tryk beregnet ud fra vægtykkelsen og kvaliteten. Testtryk er en verifikation af tryktæthed og strukturel integritet, ikke en bevistest til ødelæggelse, og standarden definerer et loft, så testen i sig selv ikke beskadiger røret. Ringtestregistreringer, trykdiagramposter og operatørens identifikation bør alle bevares.

Ikke-destruktiv undersøgelse af svejsesømmen er der, hvor specifikationerne divergerer mest. Sømløse rør undersøges for lamineringer og langsgående defekter ved ultralyds- eller fluxlækagemetoder afhængigt af ordrekrav. Svejset ledningsrør under PSL2 kræver undersøgelse af sømmen, og omfanget og metoden er defineret af standarden og af eventuelle supplerende krav køberen påberåber sig. Procesrørføring under en kode som ASME B31.3 kan kræve radiografisk eller ultralydsundersøgelse af omkredssvejsningerne i stedet for af rørsømmen, og den fugeeffektivitet, der anvendes i trykberegningen, afhænger af det opnåede undersøgelsesniveau. En køber, der accepterer rør på grundlag af en leverandørs interne inspektionsrapport, uden at rapporten identificerer metoden, referencestandarden og acceptkriterierne, har ingen mulighed for at kontrollere samlingseffektiviteten, der er forudsat i designet.

For svejste rør tages fugevirkningsgraden i trykberegningen normalt kun til 1,0, når falsen er undersøgt til det niveau, den gældende lov kræver. Elektrisk modstand svejset rør med en korrekt normaliseret søm og fuld undersøgelse kvalificerer; ovn stødsvejsede rør ikke, og dens lavere samling faktor skal afspejles i den nødvendige vægtykkelse.

Belægning, endebeskyttelse og langsigtet integritet

Ingen af ​​disse tre specifikationer dækker ekstern korrosionsbeskyttelse, men valg af belægning bestemmer levetiden for en nedgravet linje lige så meget som stålkvaliteten gør. Et trelags polyethylensystem påført på en blæserens overflade, specificeret gennem ISO 21809-1 eller DIN 30670, sammen med et korrekt designet katodisk beskyttelsessystem til NACE SP0169, er det normale grundlag for en designlevetid ud over 50 år på en nedgravet kulstofstålrørledning. Fusionsbundet epoxy til ISO 21809-2 er det sædvanlige enkeltlagsvalg, hvor driftstemperaturen er moderat og risikoen for mekanisk skade er lav.

Rørender fortjener særskilt opmærksomhed. Bare endebånd efterlades til omkredssvejsning, hvilket betyder, at enderne er den del af røret, der er mest udsat for mekanisk beskadigelse, ovalitet og fugt under transport og opbevaring. Kraftige skråbeskyttere, endehætter og udvendige omslag forhindrer de hakker og ovalitet, der senere forårsager høj-lav forskydning og svejsereparation. Ved opbevaring skal rør hvile på træ- eller gummistøtter med belægningen fri af jorden, og slynger skal være brede nylon i stedet for kæde.

Specifikationstjekliste for købere

Inden du afgiver en ordre, skal du skriftligt bekræfte følgende: den gældende designkode og designfaktor, designtryk og designtemperatur, minimum og maksimum metaltemperatur for sejhedsvurdering, den påkrævede slagtesttemperatur og acceptværdier for krop, svejse- og varmepåvirket zone, produktspecifikationsniveauet for enhver API 5L-vare, den påkrævede ikke-destruktive undersøgelsesmetode og acceptniveau for belægningen, om et tredjeparts- eller belægningsorgan vil medtage, system med dets standard- og tykkelsesklasse, endefinish og affasningsdetaljer og dokumentationspakken inklusive indholdet af mølletestcertifikatet og varmebehandlingsregistrene.

Ved modtagelse skal du kontrollere, at karakteren og eventuelle tilstandssuffiks stemplet på røret stemmer overens med certifikatet, at varmenumrene stemmer overens, at de kemiske og mekaniske resultater falder inden for standardkravene i stedet for blot at blive rapporteret, og at slagværdierne blev opnået ved den specificerede temperatur med den specificerede prøveretning. Hvor der tilbydes et dobbeltcertificeret rør, for eksempel et rør, der er certificeret til både API 5L og ASTM A106, skal du kontrollere, at kemien overholder den strengeste af de to grænser, og at testregimet dækker kravene til begge, da dobbeltcertificering kun tilføjer værdi, når beviset er fuldstændigt.

Ofte stillede spørgsmål

Q: Kan ASTM A106 Grade B-rør bruges til en lavtemperaturgasledning?
Ikke uden en ingeniørvurdering. A106 kræver ikke slagtestning, så dens kærvsejhed ved minusgrader er ikke karakteriseret. En lavtemperaturlinje skal bruge ASTM A333 Grade 6 eller en API 5L PSL2-kvalitet med en specificeret slagtesttemperatur under designminimummetaltemperatur.

Q: Er API 5L PSL1-rør af lavere kvalitet end ASTM A106 Grade B?
De adresserer forskellige pligter snarere end forskellige kvalitetsniveauer. PSL1-ledningsrør verificerer styrke og tryktæthed til transmissionsservice, mens A106 verificerer egenskaber for processervice ved høj temperatur og kræver dræbt stål. Hvilken er bedre afhænger af designkoden, temperaturen og sejhedskravet.

Q: Hvilke kvaliteter i ASTM A333 tjener de laveste temperaturer?
Serien strækker sig nedad, når nikkelindholdet stiger. Grade 1 og Grade 6 tjener omkring -45 grader C, Grade 3 med nominelt 3,5 procent nikkel når omkring -100 grader C, og højere nikkelkvaliteter i serien går stadig lavere, hver med sin egen påkrævede slagtesttemperatur.

Q: Hvordan beregnes det maksimalt tilladte driftstryk?
Fra Barlow-forholdet, ved hjælp af den udvendige diameter og den mindste vægtykkelse, med en tilladt spænding eller designfaktor leveret af den gældende kode, plus fuge- og temperaturnedsættelsesfaktorer. Den nominelle væg bør aldrig bruges i stedet for minimumsvæggen til beregningen.

Spørgsmål: Hvorfor viser den samme kvalitet en anden udbyttestyrke under PSL1 og PSL2?
PSL2 definerer et styrkebånd med både et gulv og et loft, så det nominelle minimum justeres til en værdi, der stemmer overens med det bånd, mens PSL1 kun definerer et gulv. Røret er ikke anderledes, men acceptvinduet og den tilhørende test er anderledes.

Spørgsmål: Kræver disse specifikationer slagtest af svejsningen og den varmepåvirkede zone?
API 5L PSL2 kræver slagtest af krop, svejsning og varmepåvirket zone. ASTM A333 kræver slagtest af røret som et lavtemperaturprodukt med detaljer angivet af specifikationen. ASTM A106 kræver ikke slagtest, medmindre køberen påberåber sig et supplerende krav, som derefter skal angive placeringer og acceptkriterier.