석유 및 가스 합금 부품 단조: API 6A 재료 등급 및 자격 테스트

API 6A단조 웰헤드 구성품이 석유 및 가스 산업 어디에서나 허용되는지 여부를 결정하는 사양입니다. 회사에서 웰헤드, 크리스마스 트리, 밸브 또는 초크용 스테인리스강 또는 니켈 합금 부품을 단조하거나 구매하는 경우 이 문서에서는 승인된 부품과 거부된 부품을 구분하는 재료 등급, 합금 및 자격 테스트에 대해 설명합니다.

우리는 9가지 실질적인 질문에 답할 것입니다: API 6A가 무엇이며 왜 중요한가; 7가지 재료 등급(AA~HH)의 의미 스테인리스강과 니켈 합금을 비교하는 방법 온도 및 압력 등급이 선택을 어떻게 제한하는지; 단조 자격이 실제로 무엇을 포함하는지; PR1과 PR2 테스트의 차이점 NACE MR0175/ISO 15156 Sour Service 인증에 필요한 사항 공급자의 자격 증명을 확인하는 방법; 구매자가 가장 자주 묻는 질문입니다. 모든 주요 주장을 추적할 수 있도록 출처 목록이 기사를 닫습니다.

API 6A란 무엇이며, 단조 웰헤드 구성요소에 적용되는 이유는 무엇입니까?

API 6A(American Petroleum Institute에서 발행한 수원 및 나무 장비 사양)는 수원 및 크리스마스 트리 장비의 설계, 재료, 제조, 테스트 및 문서화에 대한 최소 요구 사항을 설정합니다. 현재 21차 판(2018년 11월)에 있으며 부록으로 유지 관리되며 기술적으로 국제 표준 ISO 10423을 반영합니다.

이 사양에는 케이싱 헤드 및 스풀, 튜빙 헤드 및 스풀, 크리스마스 트리, 게이트, 체크 및 플러그 밸브, 초크, 케이싱 및 튜빙 행거, 커넥터 및 플랜지 등 유정 상단에 있는 압력 함유 및 압력 제어 장비가 포함됩니다. 이러한 각 부품은 유정 압력을 유지해야 하며, 종종 수십 년 동안 이를 통해 흐르는 유체에 저항해야 합니다.

단조 부품은 해머나 프레스로 단단한 금속을 열간 변형하여 생산됩니다. 이 프로세스는 내부 공극을 닫고 입자 구조를 개선하며 부품 모양을 따라 방향성 입자 흐름을 생성합니다. 이는 압력 함유 부품에 필요한 특성과 정확히 일치합니다. 이것이 바로 몸체, 보닛, 행거 및 커넥터가 일반적으로 주조품이 아닌 단조품으로 지정되는 이유입니다.

API 6A를 충족하는 장비에는 API 모노그램이 부착되어 있을 수 있습니다. 이는 제조업체가 라이센스를 보유하고 있으며 API의 감사를 받는다는 의미입니다. 단조 공급업체의 경우 해당 라이센스는 합금 화학뿐만 아니라 용융, 단조, 열처리, 테스트 및 추적성 등 전체 체인에 적용됩니다.

7가지 API 6A 재료 클래스는 무엇이며 구성 요소에 어떤 클래스가 필요합니까?

API 6A는 일반 서비스의 경우 AA, BB, CC, 신맛 서비스의 경우 DD, EE, FF, HH 등 7가지 재료 등급을 정의합니다. 이 클래스는 압력을 포함하는 본체(본체, 보닛, 끝 및 출구 연결부)와 내부 압력 제어 부품(맨드릴 행거, 밸브 보어 밀봉 메커니즘, 초크 트림 및 스템)의 두 부품 그룹에 대한 최소 재료 요구 사항을 설정합니다.

표 1 - API 6A 자료 클래스(API 6A/ISO 10423 기준, 출처: API 사양 6A 소개, Cameron/Schlumberger)

테이블을 읽는 중입니다.쉽게 말해서 클래스 AA부터 CC까지는 황화수소가 문제가 되지 않는 우물을 위한 것입니다. DD부터 HH까지의 클래스는 H2S가 일반 강철에 갑자기 균열을 일으킬 수 있는 Sour 서비스용입니다. HH는 가장 까다로운 등급입니다. 유체 접촉 표면은 부식 방지 합금(CRA)이어야 합니다.

구매자가 종종 놓치는 두 가지 사항이 있습니다.첫째, 재료 등급은 단일 금속이 아닙니다. 이는 단조 제조업체가 적합한 등급을 선택하고 테스트를 통해 이를 입증함으로써 충족해야 하는 요구 사항입니다. 둘째, 클래스 DD, EE, FF 및 HH의 경우 압력 경계 부품은 H2S 환경에 대한 산업 표준인 NACE MR0175/ISO 15156도 준수해야 합니다(아래 사워 서비스 섹션 참조).

유용한 세부 사항입니다.HH의 경우 CRA는 유체에 젖은 표면에만 필요합니다. 저합금 또는 스테인리스강의 CRA 클래딩이 허용됩니다. 이는 많은 제조업체가 젖은 표면을 안전하게 유지하면서 비용을 제어하기 위해 사용하는 경로입니다.

간단한 비유입니다.재료 등급을 건물의 안전 수준으로 생각하십시오. AA는 일반 사무실이고 HH는 위험한 화학 물질을 취급하는 실험실입니다. 사무실과 같은 자재로 화학 실험실을 지을 수도 없고, 일반용 자재로 신우정을 지정해서도 안 됩니다.

스테인레스 스틸 또는 니켈 합금? API 6A 단조품의 합금을 비교하는 방법

선택은 네 가지 질문에 달려 있습니다. 환경에 H2S가 포함되어 있습니까? 우물은 얼마나 뜨겁고 유체에 염화물이 얼마나 들어있나요? 부품에 필요한 강도는 얼마입니까? 그리고 허용 가능한 비용은 얼마입니까? 실제로 마르텐사이트 및 이중 스테인리스강은 대부분의 표면 응용 분야에 적용됩니다. 니켈 합금은 부식성이 가장 높거나 가장 뜨겁거나 가장 높은 강도의 작업, 특히 HH급 및 HPHT 장비에 사용됩니다.

표 2 - API 6A 서비스를 위한 일반적인 단조 합금 및 각 합금이 적합한 위치

표를 읽는 방법.UNS 번호는 범용 합금 ID입니다(S=스테인리스강, N=니켈 기반). API 특성 지정 60K, 75K, 100K 및 105K는 수천 psi 단위의 최소 항복 강도를 나타냅니다. 75K 단조품은 최소 75,000psi를 산출해야 합니다.

실용적인 경험 법칙.탄소강과 저합금강은 강하고 저렴하지만 부식됩니다. 마르텐사이트계 스테인리스강(410, F6NM)은 내식성을 추가하고 일반 서비스에 사용됩니다. 듀플렉스 등급(22Cr, 25Cr)은 신맛이 나는 서비스에 대한 피팅 및 균열 저항성을 추가합니다. 니켈 합금(625, 718, 825, K-500, C-276)은 가장 높은 내식성을 제공하며, 시효 경화 시 가장 높은 강도를 가장 높은 비용으로 제공합니다.

엔지니어링 포인트가 하나 더 있습니다.압력 함유 및 압력 제어 부품에 사용되는 노화 경화 니켈 기반 합금은 전용 API 표준인 API 6ACRA에 의해 처리됩니다. 귀하의 설계가 고강도 합금 718에 의존하는 경우 인증은 기본 합금 표만 따르기보다는 해당 경로를 따릅니다.

API 6A 온도 및 압력 등급이 합금 선택을 어떻게 제한합니까?

API 6A 부품에는 함께 작동하는 세 가지 항목, 즉 온도 등급, 압력 등급 및 재료 등급이 표시되어야 합니다. 온도 등급은 -60도의 북극 서비스부터 343도의 극한 HPHT 서비스까지 다양합니다. 작동 압력 범위는 2,000~20,000psi입니다. 이들은 함께 어떤 합금, 열처리 및 테스트가 허용되는지 결정합니다.

표 3 - API 6A 온도 등급(API 사양 6A 소개에 따른 K–V, API 6A HPHT 실행에 따른 X–Y, BHEL TDC)

종합 평가.온도 등급을 결합하여 등급을 확대할 수 있습니다. 일반적인 웰헤드 밸브 등급은 P+U입니다. 이는 설계 범위가 −20 ~ +250 F(−29 ~ +121 도)임을 의미합니다.

단조에 온도가 중요한 이유저온 등급(K, L)은 충격 인성을 요구합니다. 샤르피 테스트는 일반적으로 -29도 이하에서 실행됩니다. 고온 등급(X, Y)은 고온에서 합금이 사용 가능한 강도를 유지하도록 요구합니다. 고온 인장 시험은 등급 X의 경우 180도, 등급 Y의 경우 345도에서 실행됩니다. 니켈 합금은 대부분의 스테인리스강보다 온도에서 강도를 훨씬 더 잘 유지하므로 니켈 합금이 HPHT 장비를 지배합니다.

표 4 - API 6A 작동 압력 등급(출처: API 6A 설명자, Jiangsu Wellhead Drilling Equipment Co.)

압력이 중요한 이유.등급이 높을수록 단면이 두꺼워지고 강도 요구 사항이 높아지며 비파괴 검사가 더욱 엄격해집니다. 20,000psi 본체는 2,000psi 본체와 동일한 방식으로 생산 및 검증될 수 없습니다. 등급이 높아질수록 단조 계획, 열처리 및 초음파 검사가 모두 강화됩니다.

API 6A 단조품의 적격성 테스트에는 실제로 무엇이 포함됩니까?

자격은 서류가 아닌 증거입니다. 화학, 단조 공정, 열처리, 기계적 특성 및 비파괴 검사가 모두 클래스, PSL 및 온도 요구 사항을 충족하는 것으로 입증되면 단조품이 자격을 갖추게 됩니다. 기록을 통해 감사자는 금속의 원래 열을 추적할 수 있습니다.

1 - 단계 용해 및 정제.API 6A 압력 부품은 전기로, 기본 산소로 또는 유도로에서 완전히 용해된 세립 강철에서 시작하여 진공 탈기, AOD, ESR 또는 VAR과 같은 2차 정련이 이어집니다. PSL 4의 경우 용해 관행을 문서화하고 보고해야 합니다.

단계 2 - 단조 계획 및 축소.열간 단조는 단조 단계와 각 단계의 감소를 보여주는 문서화된 계획을 따라야 합니다. 일반적인 최소값은 잉곳에서 완성된 단조품까지 면적이 3:1로 감소하며, 입자 흐름은 축 길이와 평행하게 흐릅니다. 이것이 바로 우리가 단조하는 이유인 가공된 구조가 보장되는 방식입니다.

3 - 단계 QTC(Quality Test Coupons)를 사용한 열처리.모든 열처리 로트는 생산 부품과 동일한 용광로 및 급랭 탱크에서 처리된 적격성 테스트 쿠폰(QTC)으로 자격을 부여받습니다. 쿠폰의 등가 라운드(냉각 속도를 단면 크기에 맞추는 방법)는 해당 부품과 같거나 커야 합니다. 급냉 매체 온도는 급냉 시작 시 38도 이하로 제어됩니다(예: 물 또는 폴리머).

4 - 단계 기계적 테스트.인장 시험(0.2% 오프셋 수율), 샤르피 V-노치 충격 시험(일반적으로 -29도, 가로 방향으로 약 20J, 세로 방향으로 약 27J의 최소 평균 흡수 에너지) 및 경도 조사가 쿠폰에 대해 실행됩니다. 60K부터 105K까지의 속성 지정은 필요한 강도를 정의합니다. PSL 2 이상의 경우 생산 부품의 100%에 대해 경도가 검사됩니다.

단계 5 - 비파괴 검사(NDE).ASTM A388에 따른 초음파 테스트(UT)는 내부 건전성을 검증합니다. 감도는 PSL이 증가함에 따라 조여지는 FBH(평평한 바닥 구멍) 기준에 의해 설정됩니다. 예를 들어 벽 두께가 최대 38mm인 경우 1.6mm FBH, 38~150mm에서 3.2mm, 150mm 이상에서는 6.4mm입니다. 자분(MT) 및 액체 침투 탐상(PT) 검사 커버 표면. NDE 직원은 ISO 9712 또는 ASNT SNT-TC-1A에 대한 자격을 갖추어야 합니다.

6 - 단계 추적성.완성된 각 부품은 밀 인증서, 열처리 기록, 테스트 보고서 및 NDE 보고서를 통해 열 번호를 추적해야 합니다. 링크가 누락된 경우 부품이 적합하지 않은 것입니다.

단조를 넘어.높은 무결성 서비스를 위해 자격은 단조에만 국한되지 않습니다. CRA 클래딩이 적용되는 경우(HH 등급 젖은 표면에 허용) 용접 오버레이 절차와 용접공도 오버레이, 열 영향 구역 및 모재에 대한 경도 검사를 통해 자격을 갖추어야 합니다.

PR1 대 PR2 - API 6A 성능 검증의 차이점은 무엇입니까?

PR1과 PR2는 API 6A의 두 가지 성능 요구 사항 수준입니다. PR1은 부품이 압력을 유지하고 있음을 입증하는 표준 정수압, 시트 및 가스 테스트의 기준입니다. PR2는 설계가 수년간의 실제 작동 주기를 견딜 수 있음을 입증하는 압력 사이클링, 온도 사이클링 및 밀봉 테스트 등 부록 F에 정의된 확장된 검증 경로입니다.

PR1에 포함되는 것.필요한 압력에서의 정수압 쉘 테스트, 밸브 시트 누출 테스트, PSL이 요구하는 가스 씰 테스트. 이는 대부분의 표준 구성 요소에 대한 기본 수준입니다.

PR2가 추가하는 것.Annex F 설계 검증에는 다음이 추가됩니다: 작동 중 힘 또는 토크 측정; 동적 사이클링 - 최대 차압 보어 압력에서 일반적으로 약 160사이클; 최대 및 최소 온도 사이클링, 일반적으로 각 극단에서 20사이클; 압력-온도 순환; 주변 밀봉 테스트. 가스는 중요한 밀봉을 위한 테스트 매체로 일반적으로 사용됩니다.

PR2가 필수인 경우.PR2를 충족하려면 표면 및 수중 안전 밸브(SSV, USV)와 배압 밸브(BSDV) 설계가 필요하며 운영자는 HPHT 및 심해 장비에 대해 일상적으로 PR2를 지정합니다.

중요한 차이점입니다.PR2는 각 개별 부품이 아닌 설계를 검증합니다. 생산 부품은 여전히 ​​일상적인 승인 테스트를 받고 있습니다. PR2 테스트를 거친 프로토타입은 설계가 살아남을 수 있음을 입증합니다. 생산 테스트는 이 특정 부품이 올바르게 제작되었음을 입증합니다.

간단한 비유입니다.PR1을 운전 면허 시험으로 생각하고 PR2를 경주 자격증으로 생각하십시오. 하나는 운전할 수 있음을 증명합니다. 다른 하나는 극한 상황에서도 살아남을 수 있다는 것을 증명합니다.

NACE MR0175/ISO 15156에 따른 신맛 서비스 자격에는 무엇이 필요합니까?

재료 등급 DD, EE, FF 및 HH의 경우 압력 경계 부품은 H2S 함유 환경의 재료에 대한 국제 표준인 NACE MR0175/ISO 15156 -를 준수해야 합니다. 화학, 경도 및 미세 구조를 제한하므로 황화수소에 노출될 때 금속이 깨지지 않습니다.

그것이 존재하는 이유.습식 H2S 사용에서 일반 강철은 황화물 응력 균열(SSC), 응력 부식 균열(SCC) 또는 수소 유발 균열(HIC)로 파손될 수 있습니다. 이는 재료의 정상 강도 한계보다 훨씬 낮은 수준에서 발생할 수 있는 갑작스럽고 치명적인 파손 모드입니다.

표준이 어떻게 구성되어 있는지.1부에서는 내균열성 재료를 선택하는 일반적인 원칙을 제공합니다. 2부는 탄소강 및 저합금강(및 주철)을 다루고 있습니다. 경도를 제한하고(대부분의 탄소 및 저합금 등급은 약 22HRC로 제한됨) SSC 및 HIC에 저항하기 위한 미세 구조 및 가공 제어를 적용합니다. 파트 3은 내식성 합금을 다루고 있습니다. 이는 각 합금군에 대해 허용 가능한 온도 범위, H2S 분압, 염화물 농도 및 pH를 정의합니다(예: 316L, 이중 등급 또는 합금 718이 허용되는 조건).

자격 증명 방법.생산 부품 및 용접 오버레이에 대한 경도 조사(일반적으로 오버레이, 열 영향부 및 모재 전반의 여러 위치에서 Vickers 테스트)와 필요한 경우 NACE TM0177에 따른 SSC 테스트 및 NACE TM0284에 따른 HIC 테스트. 결과는 문서화되고 추적 가능해야 합니다.

실용적인 테이크아웃."스테인레스 스틸"은 자동으로 신맛이 나지 않습니다. 오스테나이트 등급은 온도, H2S 분압, 염화물 및 pH에 따라 한 우물에서는 완벽하게 허용되지만 다른 우물에서는 허용되지 않을 수 있습니다. 이것이 바로 API 6A 재료 클래스가 환경과 함께 지정되어야 하는 이유입니다.

단조 공급업체가 실제로 API 6A 인증을 받았는지 어떻게 확인할 수 있나요?

세 가지 사항을 확인한 다음 문서를 감사합니다. 첫째, 공급업체는 귀하가 구매하는 제품에 적용되는 API 모노그램 라이선스를 보유하고 있습니다. 둘째, 품질 관리 시스템은 API Q1 또는 ISO 9001 인증을 받았습니다. 셋째, 단조 공정 자체는 개방형 단조의 경우 API 20B, 폐쇄형 단조의 경우 API 20C에 적합합니다. 그런 다음 서류가 금속과 일치하는지 확인하십시오.

API 20B 및 API 20C가 설명되었습니다.API 20B는 개방형 다이 모양의 단조품, 즉 평면 또는 모양의 다이 사이에 단조된 크고 단순한 모양을 관리합니다. API 20C는 폐쇄형 단조품(폐쇄형 다이에서 생성된 복잡한 그물 모양의 단조품)을 관리합니다. 두 가지 모두 문서화된 재료 사양, 검증된 프로세스, 추적성 및 NDE가 필요합니다. 20B/20C 프로세스 자격 없이 API 6A 기능을 주장하는 공급업체의 이야기는 더 약합니다.

구매 주문서에 지정할 사항 - 5가지 매개변수.장비 유형; 작동 압력 등급; 온도 등급; 재료 등급; 그리고 PSL 수준. 어느 하나라도 생략하면 공급업체는 가장 저렴한 규정 준수 옵션을 기본값으로 선택할 수 있습니다.

문서의 위험 신호.열 수치와 연결되지 않는 재료 테스트 보고서(MTR) 쿠폰을 생산 로트에 연결하는 QTC 기록이 없습니다. 지정된 범위를 벗어난 경도 값; 주조된 미세 구조가 있거나 입자 흐름 증거가 없는 "단조" 부품; UT/MT/PT 보고서 누락 무자격 직원의 NDE 인증서.

제3자 검사.PSL 3 및 PSL 4의 경우 타사 검사 기관을 통해 공장 승인 테스트를 확인하고 배송 전에 전체 문서 팩을 검토하세요.

자주 묻는 질문

재료 등급(AA~HH)은 부품이 저항해야 하는 서비스 요구사항입니다. 재료 그룹 또는 등급(예: 410, F6NM, 625 또는 718)은 해당 요구 사항을 충족하기 위해 선택된 특정 합금입니다. 하나의 클래스는 여러 가지 다른 합금으로 충족될 수 있으며, 하나의 합금은 여러 클래스로 나타날 수 있습니다.

API 6A 사워 서비스에 316 스테인리스 스틸이 허용됩니까?

ISO 15156-3에 정의된 한계 내에서만 가능합니다. 316/316L과 같은 오스테나이트계 스테인리스강은 온도, H2S 분압, 염화물 농도 및 pH의 특정 범위 내에서만 사워 서비스에 허용됩니다. 담요가 아닙니다. "예".

API 6A에서 HH는 무엇을 의미합니까?

HH는 가장 높은 Sour Service 소재 등급입니다. 본체와 내부 압력 제어 부품은 유체에 닿는 모든 표면에 부식 방지 합금(CRA)을 사용해야 합니다. 저합금 또는 스테인리스강의 CRA 클래딩이 허용됩니다.

HH 장비에 탄소강을 사용할 수 있습니까?

유체에 젖은 표면이 아닌 곳 - 젖은 표면은 CRA여야 합니다. CRA 클래딩이 있는 저합금 또는 탄소강 베이스가 허용됩니다.

PSL 3G란 무엇입니까?

PSL은 제품 사양 수준(1, 2, 3, 3G, 4)을 나타냅니다. PSL 3G는 PSL 3에 모든 압력 함유 씰 및 시트에 대한 필수 가스 테스트를 추가한 것으로 일반적으로 HPHT 및 심해 응용 분야에 지정됩니다.

내 구성요소에는 PR1 또는 PR2 - 중 어느 것이 필요합니까?

구성 요소와 서비스에 따라 다릅니다. PR2는 안전 밸브 및 배압 밸브 설계에 필수이며 HPHT 및 중요 서비스 장비에 대해 일상적으로 지정됩니다. 표준 구성 요소의 경우 PR1과 필수 PSL 테스트로 충분할 수 있습니다. 운영자 또는 프로젝트 사양을 통해 확인하세요.

API 20B와 API 20C의 차이점은 무엇입니까?

둘 다 적격 단조 공급업체를 위한 API 사양입니다. API 20B는 오픈 다이 모양의 단조품(대형, 단순한 모양)을 다룹니다. API 20C는 폐쇄형 단조품(복잡하고 그물 모양에 가까운 형상)을 다룹니다. 많은 공급업체는 제품 범위에 따라 둘 중 하나 또는 둘 다를 보유합니다.