API 5L, A106 ve A333 Boru: Kaliteler, Basınç Değerleri ve Testler

Üç Standart, Üç Farklı İş

Karbon çelik boru konusunda yeni olan alıcılar genellikle API 5L, ASTM A106 ve ASTM A333'ü aynı ürünün değiştirilebilir tanımları olarak görüyorlar çünkü ilk bakışta her biri benzer boyut aralığındaki dikişsiz karbon çeliği boruları kapsıyor. Değiştirilemezler. Her standart farklı bir hizmet koşulu için yazılmıştır ve her biri kimyayı, ısıl işlemi ve testi o hizmete uygun şekilde yönetir. API 5L, petrol ve gaz iletimiyle ilgili olarak yazılmış ve iki ürün spesifikasyon seviyesi ile mukavemet derecesine göre düzenlenmiş bir hat borusu spesifikasyonudur. ASTM A106, kontrol özelliklerinin oda sıcaklığında çekme mukavemeti artı ASME B31.3'ün yüksek sıcaklıkta atadığı izin verilen gerilim değerleri olduğu proses borularında kullanılan dikişsiz karbon çelik borular için yüksek sıcaklık servis spesifikasyonudur. ASTM A333, kalite serisinin tüm tasarımının sıfırın altındaki sıcaklıklarda çentik tokluğuna dayandığı bir düşük sıcaklık servis spesifikasyonudur.

Ailenin doğru şekilde belirlenmesi önemlidir çünkü üç standart farklı karbon ve manganez tavanlarını, farklı deoksidasyon uygulamalarını, farklı test sıklığını ve farklı tahribatsız muayeneyi kabul etmektedir. Birini karşılayan bir boru otomatik olarak diğerini tatmin etmeyecektir ve çift sertifikalı bir borunun her ikisini de aynı anda karşılaması gerekir. Aşağıdaki bölümlerde her standardın kendi ürününü nasıl tanımladığı, basınç sınırlamasının nasıl hesaplandığı ve alıcının partiyi kabul etmeden önce neyi doğrulaması gerektiği açıklanmaktadır.

Basınç Sınırlaması: Çapı, Duvarı ve Dereceyi Bağlayan Hesaplama

İç basınç kontrolü, ince duvarlı bir silindirdeki çember gerilimini, iç basıncın çapla çarpımı ve duvar kalınlığının iki katına bölünmesiyle ifade eden Barlow ilişkisi ile hesaplanır. Tasarım için yeniden düzenlenen izin verilen basınç, izin verilen gerilim çarpı duvar kalınlığının dış çapa bölünmesinin iki katıdır. Her boru ve boru hattı kodu, bu temel ifadenin üzerine değiştiriciler ekler: ASME B31.8, yol hakkı boyunca nüfus yoğunluğuna bağlı bir tasarım faktörü artı bir ortak faktör ve bir sıcaklık azaltma faktörü uygularken, ASME B31.3 bir kod faktörü uygular ve halihazırda sıcaklığa bağlı bir azalma içeren tablolanmış izin verilen gerilimleri kullanır.

Tedarik açısından sonuç, aynı nominal kalitenin, hangi kodun ve hangi tasarım faktörünün geçerli olduğuna bağlı olarak çok farklı basınç kapasitesi vermesidir. API 5L X52'de 8 mm duvarlı 323,9 mm dış çaplı bir boru, farklı bir faktör uygulayan ve izin verilen daha düşük bir yüksek sıcaklık uygulayan bir rafineri kodu kapsamında proses boruları olarak kullanılan aynı boruya kıyasla düşük bir tasarım faktöründe bir iletim hattı kodu altında önemli ölçüde daha yüksek bir tasarım basıncı içerecektir. Bu nedenle alıcılar tasarım basıncını, tasarım sıcaklığını, geçerli kuralları ve izin verilen gerilim esasını yazılı olarak almalıdır çünkü duvar kalınlığı tek başına bir kaliteye göre doğrulanamaz.

Bunu iki pratik nokta takip ediyor. İlk olarak, belirtilen duvar kalınlığı izin verilen eksi toleransa sahip nominal bir değerdir ve basınç hesaplamalarında nominal duvar yerine minimum duvar kullanılmalıdır; API 5L, üretim rotasına ve boyutuna göre değişen duvar kalınlığında eksi toleransa izin verir. İkincisi, hesaplanan duvara korozyon payı çıkarılmaz, eklenir, dolayısıyla hesaplanan duvara hiçbir pay alınmadan yazılan bir sipariş, herhangi bir ıslak veya ekşi hizmette tasarım ömrü boyunca kalınlık altında olacaktır.

API 5L: İki Kalite Seviyesine Sahip Mukavemet Dereceli Hat Borusu

API 5L, ürünü L175/A25'ten L830/X120'ye kadar derece tanımına ve ürün spesifikasyon düzeyine göre düzenler. PSL1 temel seviyedir: tanımlanmış bir kimya tablosu, çekme testi, hidrostatik test ve sınırlı tahribatsız muayene. PSL2 daha yüksek seviyedir ve farklar kozmetik olmaktan çok önemlidir. PSL2, minimumun yanı sıra maksimum akma dayanımını da ekler, gövdenin, kaynağın ve ısıdan etkilenen bölgenin Charpy V-çentik darbe testini zorunlu kılar, fosfor ve sülfürü sıkılaştırır, karbon eşdeğerini sınırlar ve kaynaklı ürün için kaynak dikişinin tahribatsız muayenesini gerektirir.

Hattın kırılma kontrol planına sahip bir iletim koduna göre tasarlandığı, tasarım sıcaklığının sıfırın altına düştüğü veya borunun ıslak veya asitli hidrokarbon taşıyacağı her yerde, bir alıcı için PSL2 doğru seçimdir. PSL1 ekonomik olmaya devam ediyor ve su hatları, çamur hatları, düşük basınçlı hizmet hizmetleri ve yapısal uygulamalar için tamamen yeterli. İkisini bir projede karıştırmak yaygın bir kafa karışıklığı kaynağıdır çünkü aynı kalite adı, örneğin L245/B, seviyeye bağlı olarak farklı minimum akma dayanımı taşır: PSL1 altında minimum 245 MPa ve PSL2 altında 241 ila 448 MPa bant.

ASTM A106: Yüksek Sıcaklık Hizmeti için Dikişsiz Karbon Çelik

ASTM A106, yüksek sıcaklıkta hizmet için A, B ve C olmak üzere üç sınıfta dikişsiz karbon çelik boruları kapsar ve proses boruları, kazan besleme hatları, buhar kollektörleri ve sıcak yağ devreleri için güçlü bir spesifikasyondur. Spesifikasyon, sınıf yapısı bakımından kasıtlı olarak basit ve kalite gereklilikleri açısından zorludur: boru, sertleştirilmiş çelikten yapılmalı, dikişsiz olmalı ve bir çekme testini, bir bükülme testini veya düzleştirme testini, bir hidrostatik testini ve ısı analizine karşı bir ürün analizi kontrolünü geçmelidir.

B sınıfı, iyi bir güç ve kaynaklanabilirlik dengesi sunduğu için pazara hakimdir. Şekillendirme ve kaynaklamanın şiddetli olduğu ve daha düşük mukavemetin kabul edilebilir olduğu durumlarda A Sınıfı kullanılır ve daha yüksek çekme mukavemetinin azaltılmış kaynaklanabilirliği ve nitelikli prosedürler ve kontrollü ön ısıtma ihtiyacını haklı çıkardığı durumlarda C Sınıfı seçilir. A106 bir yüksek sıcaklık spesifikasyonu olduğundan, en önemli özellikler yalnızca oda sıcaklığındaki çekme değerleri değil, aynı zamanda tasarım kodunun sıcaklık aralığı boyunca atadığı izin verilen gerilim ve uzun vadeli sürünme davranışını öngörülebilir tutan tane boyutu kontrolüdür.

A106 varsayılan olarak darbe testi gerektirmez. Bu, API 5L PSL2 ve A333'ten çok önemli bir ayrımdır: Proses boruları düşük sıcaklıkta çalışacaksa veya sahibinin spesifikasyonu, ek bir gereklilik olarak düşük sıcaklık etkisi gerekliliklerini gerektiriyorsa, alıcı bunu belirtmelidir. A106 Sınıf B borunun, değirmen testi sertifikası taşıdığı için darbe testine tabi tutulduğunu varsaymak, sık karşılaşılan ve pahalı bir yanlış anlamadır.

ASTM A333: Düşük Sıcaklık Sınıfı Serisi

ASTM A333, düşük sıcaklıktaki hizmetlere yönelik dikişsiz ve kaynaklı karbon ve alaşımlı çelik boruları kapsar ve kalite yapısı darbe testi sıcaklığına göre oluşturulmuştur. Sınıf 1, temel karbon çeliği sınıfıdır, Sınıf 6, sıvılaştırılmış gaz ve soğuk iklim borularında en yaygın olarak kullanılan düşük karbonlu kalitedir ve Sınıf 3, yaklaşık -100 derece C'ye kadar servis için nominal olarak yüzde 3,5 nikel içerir. Serideki daha yüksek kaliteler, nikel içeriğinin artmasıyla aralığı kriyojenik bölgeye daha da genişletir.

Her A333 borusunun ısıl işleme tabi tutulması gerekir ve spesifikasyon, her partinin kalite için belirlenen sıcaklıkta darbe testine tabi tutulmasını gerektirir; sonuçlar emilen enerji ve yanal genleşme olarak raporlanır. Isıl işlem normalde tam normalleştirme veya normalleştirme ve temperleme veya kararlaştırıldığı takdirde söndürme ve temperlemedir. A333 ile A106 arasındaki yapısal fark budur: A106 size yüksek sıcaklığa dayanıklı bir malzeme sunar, A333 size belirli bir düşük sıcaklıkta garantili sağlamlık zemini sunar ve ikisi de belgelenmiş bir mühendislik değerlendirmesi olmadan ikame edilemez.

Bu ailedeki en yaygın saha hatası, -45 derece C'de bir servis için A333 Sınıf 6'nın sipariş edilmesi ve ardından fabrikanın stokunda olması ve oda sıcaklığında çekme özelliklerinin eşdeğer görünmesi nedeniyle A106 Sınıf B'nin kabul edilmesidir. Bu hizmet için eşdeğer değildirler: A106 Sınıf B'nin Charpy gereksinimi yoktur, bu nedenle alt raftaki davranışı bilinmemektedir ve soğuk sıvılaştırılmış gaz hattındaki gevrek kırılma, ilerleyen bir arıza modundan ziyade felaket niteliğindedir.

Kimya ve Mekanik Karşılaştırma

Aşağıdaki tablo, bir teklif değerlendirmesinde en sık karşılaştırılan özellikleri göstermektedir. Değerler temel sınıf için standart gerekliliklerdir; ek gereksinimler, proje spesifikasyonları ve kalınlığa bağlı kurallar bunları daha da sıkılaştırabilir.

Satırları okumak tasarım mantığını ortaya çıkarır. A106 Sınıf B ve A333 Sınıf 6 çok benzer kimyaya ve aynı minimum gerilme mukavemetine sahiptir, ancak yalnızca biri düşük sıcaklıkta garantili darbe enerjisi taşır. A106 Sınıf C, yüzde 0,35'lik bir karbon tavanı pahasına 70 MPa ekstra çekme mukavemeti satın alır; bu nedenle Sınıf C için kaynak prosedürleri, Sınıf B'ye göre daha fazla ön ısıtma kontrolüne ihtiyaç duyar. API 5L X42 satırı, hat borusu spesifikasyonunun neyi farklı yaptığını gösterir: daha düşük bir karbon tavanı, mikro alaşımlama için daha geniş bir manganez penceresi ve tek bir minimum yerine bir mukavemet bandı.

Dayanıklılık Testi ve Kabul Kuralları

Darbe testi bu spesifikasyonlar arasındaki ayırıcıdır ve kaliteyle aynı dikkatle belirtilmelidir. Temel parametreler test sıcaklığı, numune boyutu ve yönü, minimum emilen enerji, minimum yanal genleşme ve örnekleme frekansıdır. Yaygın bir satın alma hatası, test sıcaklığının boru gövdesine, kaynak metaline ve ısıdan etkilenen bölgeye uygulanıp uygulanmadığını belirtmeden belirtmektir; çünkü bir hat borusu spesifikasyonu bunu üçüne de uygularken, plakadan türetilmiş bir spesifikasyon yalnızca gövdeye yönelik olabilir.

Soğuk iklimdeki bir boru hattı için, test sıcaklığı normal olarak beklenen en düşük servis sıcaklığına veya bir farkla bunun altına ayarlanır ve kabul kriterleri genellikle üç numuneden oluşan bir grup için minimum ortalama emilen enerji artı herhangi bir tek numune için bir alt limittir. Kritik görev için spesifikasyon, devam eden kesme kırılmasına karşı direnci doğrulamak için ağırlık düşürme yırtılma testini veya kaynak kusurlarının mühendislik açısından kritik değerlendirmesini desteklemek için çatlak ucu açılma yer değiştirme testini ekleyebilir. Alıcılar, gerçek test değerlerinin sertifikaya yazdırılmasını talep etmelidir; borunun uyduğuna dair bir ifade bir sayının yerine geçmez.

Tahribatsız Muayene, Hidrostatik Test ve Bağlantı Verimliliği

Her üç spesifikasyon da, standart tarafından tanımlanan minimum bir süre boyunca tutulan ve duvar kalınlığı ve derecesine göre hesaplanan bir basınçta yürütülen, her uzunlukta bir hidrostatik test gerektirir. Test basınçları, tahribata karşı bir kanıt testi değil, basınç sızdırmazlığının ve yapısal bütünlüğün bir doğrulamasıdır ve standart, testin kendisinin boruya zarar vermemesi için bir tavan tanımlar. Halka testi kayıtları, basınç çizelgesi kayıtları ve operatörün kimliği saklanmalıdır.

Kaynak dikişinin tahribatsız muayenesi, spesifikasyonların en keskin şekilde farklılaştığı yerdir. Dikişsiz boru, sipariş gereksinimlerine bağlı olarak ultrasonik veya flux sızıntı yöntemleriyle laminasyonlar ve boyuna kusurlar açısından incelenir. PSL2 uyarınca kaynaklı hat borusu, dikişin incelenmesini gerektirir ve kapsam ve yöntem, standart ve alıcının talep ettiği herhangi bir ek gereklilik tarafından tanımlanır. ASME B31.3 gibi bir kod kapsamındaki proses boruları, boru dikişi yerine çevre kaynaklarının radyografik veya ultrasonik muayenesini gerektirebilir ve basınç hesaplamasında kullanılan bağlantı verimliliği, elde edilen inceleme seviyesine bağlıdır. Yöntemi, referans standardını ve kabul kriterlerini tanımlayan bir rapor olmadan, tedarikçinin iç denetim raporuna dayanarak boruyu kabul eden bir alıcının, tasarımda varsayılan bağlantı verimliliğini kontrol etme yolu yoktur.

Kaynaklı boru için, basınç hesabında bağlantı verimliliği yalnızca dikişin geçerli kuralların gerektirdiği düzeyde incelendiği durumlarda normal olarak 1,0 olarak alınır. Uygun şekilde normalleştirilmiş dikişe ve tam incelemeye sahip elektrik dirençli kaynaklı boru; fırın alın kaynaklı borusunda bu durum söz konusu değildir ve alt bağlantı faktörünün gerekli duvar kalınlığına yansıtılması gerekir.

Kaplama, Uç Koruma ve Uzun Süreli Bütünlük

Bu üç spesifikasyonun hiçbiri harici korozyon korumasını kapsamaz, ancak kaplama seçimi gömülü bir hattın servis ömrünü çelik kalitesi kadar belirler. ISO 21809-1 veya DIN 30670 ile belirtilen, kumlamayla temizlenmiş bir yüzeye uygulanan üç katmanlı polietilen sistemi ve NACE SP0169'a göre uygun şekilde tasarlanmış bir katodik koruma sistemi, gömülü karbon çeliği boru hattında 50 yılı aşan bir tasarım ömrü için normal temeldir. ISO 21809-2'ye göre füzyonla bağlanmış epoksi, çalışma sıcaklığının orta düzeyde olduğu ve mekanik hasar riskinin düşük olduğu olağan tek katmanlı seçimdir.

Boru uçları ayrı bir ilgiyi hak ediyor. Çevre kaynağı için çıplak uç bantları bırakılmıştır, bu da uçların taşıma ve depolama sırasında borunun mekanik hasara, ovalliğe ve neme en çok maruz kalan kısmı olduğu anlamına gelir. Ağır eğim koruyucuları, uç kapakları ve dış sargılar, daha sonra yüksek-alçak yanlış hizalamaya ve kaynak onarımına neden olacak çentikleri ve ovalliği önler. Depolamada borular, kaplaması yerden temiz olacak şekilde ahşap veya kauçuk desteklere dayanmalı ve sapanlar zincir yerine geniş naylon olmalıdır.

Alıcılar için Şartname Kontrol Listesi

Siparişi vermeden önce aşağıdakileri yazılı olarak onaylayın: geçerli tasarım kodu ve tasarım faktörü, tasarım basıncı ve tasarım sıcaklığı, tokluk değerlendirmesi için minimum ve maksimum metal sıcaklığı, gövde, kaynak ve ısıdan etkilenen bölge için gerekli darbe testi sıcaklığı ve kabul değerleri, herhangi bir API 5L öğesi için ürün spesifikasyon seviyesi, gerekli tahribatsız muayene yöntemi ve dikiş için kabul seviyesi, üçüncü taraf bir denetim kuruluşunun teste tanık olup olmayacağı, standart ve kalınlık sınıfıyla birlikte kaplama sistemi, son kaplama ve eğim ayrıntıları ve değirmen test sertifikası içeriği ve ısıl işlem kayıtlarını içeren dokümantasyon paketi.

Alındığında, borunun üzerine basılan kalitenin ve herhangi bir durum ekinin sertifikayla eşleştiğini, ısı numaralarının karşılık geldiğini, kimyasal ve mekanik sonuçların yalnızca rapor edilmek yerine standart gereklilikler dahilinde olduğunu ve darbe değerlerinin belirtilen numune yönelimiyle belirtilen sıcaklıkta elde edildiğini doğrulayın. Çift sertifikalı bir borunun teklif edildiği durumlarda, örneğin hem API 5L hem de ASTM A106 sertifikasına sahip bir boru, kimyanın iki sınırdan daha sıkı olanını karşıladığını ve test rejiminin her ikisinin de gerekliliklerini kapsadığını kontrol edin, çünkü ikili sertifika yalnızca kanıtlar tamamlandığında değer katar.

Sıkça Sorulan Sorular

S: ASTM A106 Sınıf B boru, düşük sıcaklıklı gaz hattı için kullanılabilir mi?
Mühendislik değerlendirmesi olmadan olmaz. A106 darbe testi gerektirmediğinden sıfırın altındaki sıcaklıklarda çentik dayanıklılığı karakterize edilmemiştir. Düşük sıcaklık hattında, tasarımın minimum metal sıcaklığının altında belirli bir darbe testi sıcaklığına sahip ASTM A333 Sınıf 6 veya API 5L PSL2 sınıfı kullanılmalıdır.

S: API 5L PSL1 borunun kalitesi ASTM A106 Sınıf B'den daha mı düşük?
Farklı kalite kademeleri yerine farklı görevleri ele alırlar. PSL1 hat borusu, iletim hizmeti için gücü ve basınç sızdırmazlığını doğrularken A106, yüksek sıcaklıktaki proses hizmeti için özellikleri doğrular ve işlenmiş çelik gerektirir. Hangisinin daha iyi olduğu tasarım koduna, sıcaklığa ve dayanıklılık gereksinimine bağlıdır.

S: ASTM A333'teki hangi kaliteler en düşük sıcaklıklara hizmet ediyor?
Nikel içeriği arttıkça seri aşağıya doğru uzanıyor. Derece 1 ve Derece 6 -45 derece C civarında hizmet verir, nominal olarak yüzde 3,5 nikel içeren Derece 3 yaklaşık -100 derece C'ye ulaşır ve serideki daha yüksek nikel dereceleri daha da düşük seviyelere iner ve her biri kendi gerekli darbe testi sıcaklığına sahiptir.

S: İzin verilen maksimum çalışma basıncı nasıl hesaplanır?
Barlow ilişkisinden, dış çap ve minimum duvar kalınlığı, geçerli yasa tarafından sağlanan izin verilen gerilim veya tasarım faktörü artı bağlantı ve sıcaklık azaltma faktörleri kullanılarak. Hesaplama için minimum duvar yerine nominal duvar asla kullanılmamalıdır.

S: Aynı kalite PSL1 ve PSL2'ye göre neden farklı akma dayanımı gösteriyor?
PSL2, hem taban hem de tavan içeren bir dayanım bandını tanımlar, böylece nominal minimum bu bantla tutarlı bir değere ayarlanır, PSL1 ise yalnızca bir tabanı tanımlar. Borunun türü farklı değildir ancak kabul penceresi ve ilgili testler farklıdır.

S: Bu spesifikasyonlar kaynak ve ısıdan etkilenen bölgenin darbe testini gerektiriyor mu?
API 5L PSL2 gövde, kaynak ve ısıdan etkilenen bölgenin darbe testini gerektirir. ASTM A333, ayrıntıları spesifikasyonda belirtilen şekilde borunun düşük sıcaklıktaki bir ürün olarak darbe testini gerektirir. ASTM A106, alıcı daha sonra konumları ve kabul kriterlerini belirtmesi gereken ek bir gereklilik talep etmedikçe darbe testi gerektirmez.