SYT 0599-1997 天然气地面设施抗硫化物应力开裂金属材料要求.pdf

I C S 7 5.1 8 0.0 1;7 7.0 4 0.9 9E 1 0备案号:1 1 4 2-1 9 9 8中华人民共和国石油天然气行业标准S Y/T 0 5 9 9-通9 9 7天然气地面设施抗硫化物应力开裂金属材料要求S u l f i d e s t r e s s c r a c k i n g r e s i s t a n t m e t a l li c m a t e r i a l r e q u i r e m e n t s f o r g a s s u r f a c e e q u i p m e n t1 9 9 7-1 2-3 1 发布1 9 9 8-0 7-0 1 实施中国石油天然气总公司发 布S Y/T 0 5 9 9-1 9 9 7目次前官 “”“”“”“”“”.”“，一，“，.”“”W1 范困“”“，”.”“.”“”，.“”“”.”二“二 12 33 1 用标准 一“.13定义”，”.”.“.“一”.“，.”“.“二”“”.”二14 总则”“”“”“二”“”“25 材料”，”“，”，“”“”“”，46 制造 “.“”“.”。”“”一“”，“二 57 天 然 气 地 面 设 施 部 分用 材 料要 求.”.“.一”二”.“，5附录A(标准的附录)用于酸性环境的金属材料 ”“”“一7化工资料网 行业标准免费下载S Y/T 0 5 9 9-1 9 9 7前言 本标准的首版 S YJ 1 2-8 5 是在总结多年来防止湿含硫化氢夭然气硫化物应力开裂的科研与生产实践经验.并参考了美国腐蚀工程师协会(NA C E)标准 MR 0 1 7 5 油田设备用抗硫化物应力开裂的金属材料的 基础上制定的。自 发布后十多 年来，基本上能 满足我国石油工业的 要求.本次修定是按 G B/T 1.1-1 9 9 3 标准化工作导则 第1 单元:标准的起草与表述规则 第1部分:标准编写的基本规定的规定对 S Y J 1 2-8 5 的内容及编写格式进行了修订.内容上主要增加了 引用标准”和“定义”两章和附录A中 表A 3 用于酸性环境的管材。本标准中 提供的用 于酸 性环境中的金属材料均按相关标准的修定情况进行了调整修改。本标准自生效之日起，同时代替 S Y J 1 2-8 5.本标准附录A是标准的附录。本 标准由中国石油天然气总公司 规划设计 总院 提出并归口。本标准起草单位二中国石油天然气总公司四川设计院，本标准起草人林雪梅 本标准委托中国石油天然气总公司四川设计院负责解释.本标准首次发布时间:1 9 8 5年 1 1 月2 8日.中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 0 5 9 9-1 9 9 7 代替S YJ 1 2-8 5天然气地面设施抗硫化物应力开裂金属材料要求S u l f id e s t res s c r a c k i n g r e s i s t a n t m e t a l l i c m a t e r i a l r e q u i r e m e n t s f o r g a s s u r f a c e e q u i p m e n t1 范围 本标准规定了含硫化氢油气田地面设施用金属材料抗硫化物应力开裂的要求。本标准适用于与含硫化氢介质接触的地面设施。如井场、集气站、净化厂的工艺设备和采集气管线等.2 引用标准 下列 标准所包含的 条文，通过在本标准中引用而 构成为本标准的条文。本标准出 版时，所示版本均为有效.所有标准都会 被修 订，使 用本 标准的各方应 探讨使用下列标准最新版本的 可能 性。GB/T 2 3 0-1 9 9 1 金属洛氏硬度试验方法 GB/T 2 3 1-1 9 8 4 金属布氏硬度试验方法 GB/T 1 1 7 2-1 9 7 4 黑色金属硬度及强度换算值 G B 3 0 8 7-1 9 8 2 低中 压锅炉用 无缝钢 管 GB/T 4 3 4 0-1 9 8 4 金属维氏硬度试验方法 GB 5 3 1 0-1 9 9 5 高压锅炉用无缝钢管 GB 6 4 7 9-1 9 8 6 化肥设备用高压无缝钢管 GB/T 8 1 6 3-1 9 8 7 输送流体用无缝钢管 G B/T 1 2 2 2 9-1 9 8 9 通用阀门 碳素钢铸件技术条件3 定义 本标准采用下列定义3.1硫 化物 应力 开 裂 s u l f id e s t r e s s c r a c k in g 金属材料在拉伸应力与含有水及H,S 介质腐蚀的共同作用下，产生的 脆性开裂现象称为 硫化物应 力开裂.硫化 物应力开裂与在硫化物腐蚀过程中，在金属表面生成的 氢原子渗人金属内导致金属氢脆有关.硫化物应力开裂易发生于高强度钢或焊缝高硬度区.3.2 鼓泡开裂 b l i s t e r c r a c k i n g 由于金属中超高的氢内压，使金属在表皮下形成平面型的孔穴群称为氢鼓包。这种平面型氢鼓泡.时常也被称为 鼓泡开 裂。对于低强度金属，随着靠近其表皮鼓泡的 长大，使金属表面出现鼓包。金属中氢鼓泡与在硫化物腐蚀过程中，在金属表面生成氢原子的吸附和扩散有关.金属中氢鼓泡的形成是由于聚集在金属内某些部位氢原子结合成氢分子的结果.典型的形成氢鼓泡的部位是粗大非金属夹杂物、夹层或金属中存在的其他不连续结构。本标准定义的氢鼓泡不同于伴随高温氢病蚀产生的白点、鼓泡和开裂。3.3 阶梯型开裂 s t e p w is e c r a c k i n g中国石油夭然气总公司1 9 9 7-1 2-3 1 批准1 9 9 8-0 7-0 1实施1化工资料网 行业标准免费下载 SY/T 0 5 9 9-1 9 9 7 在金 属中，其表皮下各相邻平面上的 氢鼓泡(鼓泡裂纹)联合组成阶梯状分布的内 裂纹称为氢诱发 裂 纹(h y d r o g e n I n d u c e d c r a c k i n g)。这种 成 阶 梯状 分 布 的 氢 诱发 裂 纹，以 其 外 观的 特 征，时 常 被称为阶梯型开裂。氢诱发裂纹的生成不需任何外加应力.钢中这些内 裂纹(鼓泡裂纹)将按氢内 压导致的穿晶塑性剪 切机制，朝着与其他裂纹连接的 趋势扩展。氢诱发裂纹易出 现在钢中粗大的平面型夹杂物聚集区或由于合金元素偏析生成的异常显微组织区。3.4 氢损伤 h y d r o g e n d a m a g e 硫化物腐蚀过程中，在金属表面生成的 氢原 子进人金属后。使金属材料塑性及韧性下降，易于发生脆性开裂的损坏现象称为氢损伤.4 总则4.1 为了防止含硫化氢油气对油气田 地面设施产生硫化物应力开裂破坏.确保油气田 地面设施的 安全运行，本标准对抗硫化物应力开裂金属材料提出要求4.2 本标准是对油气田 地面设施用的 金属材 料由 硫化氮导致硫化物应力开裂的最低要 求。本标准不包括硫化氢弓 起的其 他类型的 腐蚀与破坏.但恶劣的 腐蚀环境可能导 致非硫化物应力开裂机理的破坏。例如，由于和硫化氢一般腐蚀相联系的氮损伤所产生的“鼓泡开裂”或“阶梯型开裂”使某些用于管线和容器的低强钢失效。因此在设备的设计和操作中应根据具体情况选择适当的材料或采用缓蚀剂等其他措施加以控制。4.3 凡暴露于4.4 规定的酸性环境中的金属材料均必须满足本标准规定，否则就可能导致硫化物应力开裂破坏.硫化物应力开裂主要表现为:1)使设备在继续承压时，恢复不到正常运转状态;2)破坏承压系统的完整性;3)使设备丧失基本功能。4.4 符合下列条件的系统为酸性环境。a)酸性夭然气系统:含有水和硫化氢的天然气，当气体总压大于或等于0 A MP a(绝)。气体中的硫化氢分压大于或等于。.0 0 0 3 MP a(绝)时.称为酸性天然气。酸性天然气可引起敏感材料的硫化物应力开裂天然气中 硫化氢气体分压等于天然气中硫化氢气体的体积百分率与天然气总压的 乘积。是否为酸性天然气可按图 1 进行划分。b)酸性天然气一 浦由 系统:含 有 水和 硫化 氢 的 天 然 气 一 袖系 统.当 天 然 气 与 油 之比 大 于1 0 0 0 耐八 时，能 否 引 起 硫 化 物 应力开 裂 应 按 本 条a)款 规定的 条件 划 分;当 天 然 气 与油 之 比 等 于 或 小于1 0 0 0 m /t 时。能 否 引 起 硫 化 物应力开裂应按图2进行划分，即系统总压大于 1.8 MP a(绝)，天然气中硫化氢分压大于。.0 0 0 3 MP a(绝);或天然气中硫化氢分压大于0.0 7 MP a(绝);或天然气中硫化氢体积含量大于 1 5%时，可引起敏感材料的硫化物应力开裂.4.5 含硫化氢油气田地面设施的硫化物应力开裂可根据具体情况采用下述一种或多种措施进行控制.a)采用本 标准推荐的 金属材料与工艺;b)控制腐蚀环境;c)把金属部件与酸性环境隔离开。4.6 本标准中 提供的金属材料之所以 被接受，是基于它们在实际现场应用中，或在硫化物应力开裂试验中，或同时在这两种情况下所表现的抗硫化物应力开裂性能。4.7 本标准提供的是用于酸性环境的材料与工艺。因此不能理解为凡符合本标准材料要求的产品，在所有条件下均能抗酸性环境所造成的硫化物应力开裂。不适当的设计、制造、安装或搬运，都能引 2 SY/T 0 5 9 9-19 9 7起材料从抗硫化物应力开裂而变得对硫化物应力开裂敏感。H,S,g/m 0.023 0.23国瑞粼.1.i l l口、J1口 I r 口 一r，了 esT nn rr，1 1 11 作几 一-巨二)1 1 1 1 洲升门 下I Ir 门 一】t o 一r!l 甘 下-【二 二II I 卜!可兀 r 一 下 r 一 甘 口 一口圳口曝卫厂 川 厂 m 门匡 事 藕 疹彝 翁0粼 胃牵 目舀浦 胃目厂 一!I II I I I!I I I尸V 若 夕，1 1 1 1 陌门卯嘿卜 州门仁二 I I工，1 T I 口，咫匆 川 门 T ARR 区门口 口 川山 口日 冈 一 而门日侄 奎幽毛 睡 彗荆奎 翔料 润 瑞粉,t t E 0.4 M P a(I9)三曰 州什料升 压=刁 斗洲+阴阵 曰升十附下月十 洲十 州仁月弃巨二 I 11 1I I I I I I 一.曰 口 一 l ee 一州 曰仁二!I I 压 二 门 I I II 一日 下州 川 日门 一门se口 一 川 曰 川仕 口日 曰 1 川 习貌己芝，.田呻0.000 0.001天然 气中 H,S的体 积百分 数天然气体积是在O C,0.1 0 1 3 2 5 MP a状态下 图 1 酸性天然气系统H,S,a/m胃荆粼.一14.1.11 一汀、r专.).11 气，1 1I I.I.川 日1I.lll l J一 1一下一工 二广一1 1f 1 1 冷针 什】丽 一 I 1 1 111 一r口m r 一I TM 川 1 了 we 仁D厂一11 I I I厂 UU 4 一而I-川 刁fi ll盛 化 物 应二!J 川力开裂 区厂异 季科:攀瑞兰珊 幸日 阵 匡阵丰洲II I 一I I 71“几.I 1 1汗气-曰1 口.11 甘.1d 1.，8 MP a(兹 上日 日 一I I I I I III月 1 1 1 1.习 门1 1 1 1 11 1 一门 一一 I In 一尸I I!11 1 1 1了，1 I 1仁 口 卫 r1曰、匡 巡LJ 1 11口匡 恻 国 逆0 7MP a(#)日 应库 事藕释葬 藉 菊 库阵 酬 目葬溯葬目到州匡广一II 1 1 阿.，I I 11门 I 1广门 1 1 1一 15%H门尸 I !11 1f I I1 1 1门一1 11一 1而 几口 日 曰 曰口 口 珊 叔).d芝卜出镇0.0 0 0 1 0.0 0 1天 然气 中 H 多 的体 积百 分数天然气体积是在 0 0C.0.1 0 1 3 2 5 MP a状态下 图2 酸性天然气一袖系统4.8 凡要求增补列人本标准的材料，应向本标准编制单位送交实验和现场考核报告、技术鉴定证书等全套技术文件，经编制单位提出意见。连同上述文件送本标准审批单位审批认可后方得列人。4.，当选用国外先进标准所提供的抗硫化物应力开裂金属材料时，在使用过程中还必须满足相应标准对材料的要求。4.1 0 本标准采用硬度作为检验材料和制造质量的主要指标。硬度测定应按 G B/T 2 3 1.3 化工资料网 行业标准免费下载 SY/T 0 5 9 9-1 9 9 7GB/T 2 3 0.GB/T 4 3 4 0等标准规定进行。硬度换算应按 G B/T 1 1 7 2标准的规定进行硬度测定应符合以下要求:a)应有包括不同 位置 在内的足 够数 量的测点;b)测定的硬 度平均值不得超过规定值;c)个别硬 度读数不得超过规定值的两个H R C.4.1 1 天然气地面设施抗硫化物应力开裂金属材料除应符合本标准外，尚应符合国家现行的有关标准、规范的规定。5 材料5.1 铁基金属5.1.1 绝大多数铁基金属的抗硫化物应力开裂性能是受热处理、硬度和冷加工的控制。本章将提供使铁基合金获得满意的抗硫化物应力开裂性能的 热处理、硬度及冷加工的 规定.5.1.2 附录 A(标准的附录)中表 A1 至表 A3 所列的铁基金属可用于酸性环境但应分别符合5.1.3.5.1.4 和5.1.5 的 规定。制造应符合第6 章的规定.5.1.3 用于酸性环境的碳素钢和低合金钢。应符合下列要求:a)含镍量必须低于1%;b)碳素钢和低合金钢经热轧(仅对低碳钢)、退火、正火、调质处理 后，硬度必须小于或等于H RC2 2;c)碳素铸钢和低合金铸钢经退火、正火、调质处理后，硬度必须小于或等于H R C 2 2;d)碳素钢和低合金钢经冷轧、冷锻或其他制造工艺进行任何冷变形 后，导致表面纤 维性永久变形量大于5%时，不论硬度多少均应作消除应力热处理.热处理温度应不低于 6 0 0 1C。热处理后的硬度必须小于或等于 HRC 2 2.GB 3 0 8 7.GB 6 4 7 9.GB/T 8 1 6 3.GB 5 3 1 0的2 0号钢钢管或化学成分类似的低强度钢管件，当冷变形量小于或等于 1 5%时，变形区硬度不超过 H B 1 9 0时，可不作消除应力热处理。5.1.4 用 于 酸 性 环 境 的 奥氏 体 不 锈 钢f，应 符 合 下 列 要 求:a)固溶、固溶稳定化状态下的奥氏 体不锈钢，硬 度必须小于或等于H R C 2 2;b)采用 冷加工强化机械性能的 奥氏体不锈钢不能使用;奥氏 体不锈钢部件产生永久冷变形后，均应做消除应力热处理，热处理后硬度必须小于或等于 HR C 2 2;c)3 C r 1 7 N i 7 Mo 2 N(3 1 8)棒材，经固溶 处理(1 1 3 0*C 1 1 0 1C,2 h，水淬)后，硬度必须小于或等于 HR C 2 4,5.1.5用于酸性环境的马氏体不锈钢 I)z 应符合下列要求:a)马氏 体不锈钢，经淬火一 何火或淬火一 巧 仅 回 火处理后，硬 度必须小于或等于H R C 2 2，每次回火温度都应不低于6 2 0 0，且第二次回火温度应低于第一次回火温度;b)马氏体不锈钢经冷变形后。应在不低于6 2 0 0温度下进行消除应力热处理。热处理后的硬度必须小于或等于HRC 2 2 5.2 非铁基金属5.2.1 附录 A(标准的附录)中表 A 4中所列的非铁基金属可用于酸性环境。但应分别符合 5.2.2.5.2.3.5.2.4和 5.2.5中的规定。值得注意的是这些材料在酸性环境中承受高应力时，不管是否使用缓蚀剂均可能发生应力腐蚀开裂破坏，在塑性变形情况下对硫化物应力开裂的敏感性增加其中有些铸造材料当受强烈的冷加工和横向应力时，可能发生氢脆破坏。1)奥氏体不锈钢和马氏体不锈钢，在某些条件下易产生氯化物应力腐蚀开裂。z 马氏 体不锈网不适宜用作酸性环境中的阀杆或其他高应力零件.4 S Y/T 0 5 9 9-19 9 75.2.2 奥氏体镍基合金应经固溶一时效处理、热轧一 旧 寸 效处理或固溶-冷变形一 旧 寸 效处理。5.2.3 奥氏体钻基合金应经固 溶-d 寸 效处理5.2.4 钦合金锻件应经去氢退火或固溶一 旧 寸 效处理5.2.5 在酸性环境中使用铜及铜合金时，可能加速失重腐蚀，特别在有氧时更应注意5.2.6 附录 A(标准的附录)的表 A 5中所列喷焊合金和堆焊焊条，可用于酸性环境。6 制造6.1 用于酸性环境的金属材料的焊接应符合下列要求:a)焊接规程除应符合国家现行标准的有关规定外，焊件还应符合第 5 章对基体金属材料的要求;b)碳素钢焊件除了 采用必要的消除应力热处理来控制焊接热应力外，还应控制焊缝的硬度，包括焊缝整个横断面、热影响区和基体金属，确保焊件在使用条件下的 硬度小于或等于H R C 2 2;c)低合金钢和马氏体不锈钢焊件应在不低于6 2 0 C温度下进行消除应力热处理，焊件硬度必须小于或等于 HR C 2 2;d)含镍量高于 1%的焊丝、电焊条等焊接材料不允许用于焊接5.1.3 中 所述的 碳素钢和低合金钢.6.2 碳素钢、低合金钢、马氏体不锈钢等经堆焊、喷焊硬质合金等热加工之后，如基体升温超过下临界温度，必须进行消除应力热处理.使基体金属的硬度小于或等于HRC 2 2.6.3 打印标志应符合下列要求:a)允 许打印如点、波纹线、圆滑的U形等低残余应力的 标志 b)在部件低应力区(如法兰 外缘上)允许打印尖锐的(如V形)标志。在高应力区一 般不允许打印尖锐的标志，否则打印后应在不低于6 0 0 C温度下进行消除应力热处理.6.4 允许使用机械切削 加工的螺纹.冷成型的螺纹 应满足第5 章 有关原材料的热处理及硬度要求。天然气地面设施部分用材料要求7.1 压力容器7.1.1 酸性环境中的压力容器应采用附录A(标准的附录)中 表 A l.表A 2 和表A 3 中所列的适当的材料制造压力容器各部件应符合第 5 章和第 6 章的要求。7.1.2 压力容器应选用优质低碳钢或屈服强度低于3 6 0 MP a的低合金钢材料。不得选用沸腾钢.7.1.3 容器焊缝焊接材料的 选配应按焊缝与母材等强度或略高，其他机械性能也基本相同的原则.焊缝强度过高将导致对硫化物应力开裂敏感.7.2 采气管线和 集气管 线7.2.1 酸性环境中的采气管线和集气管线应采用附录A(标准的附录)中表Al 和表 A 3所列的适当的材料。采气管线和集气管线应符合第 5 章和第6章的要求。7.2.2 采气管线和集气管线应选用优质低碳钢或屈服强度低于 3 6 0 MP a 的低合金钢无缝钢管.7.2.3 管线环焊缝焊接材料的 选配应满 足7.1.3 的要求7.3 弹性元件7.3.1 酸性环境中的弹性元件应采用附录 A(标准的附录)中表 A2和表 A 4 所列的适当材料制造。弹性元件应符合第 5 章和第 6 章的要求.7.3.2 3 YC 7经固溶处理后，在冷加工，旧 寸 效硬化条件下，硬度小于或等于 HR C 5 7 时，所制作的弹J性元件可以使用。7.4阀7.4.1 酸性环境中的阀应采用附录 A(标准的附录)中表 AI、表 A2、表 A4、表 A 5中所列的适当 5 化工资料网 行业标准免费下载 SY/T 0 5 9 9 性9 9 7的材料制造。阀的 各部件应符合第5 章和第6 章的 要求。7.4.2 3 C r 1 7 N i 7 Mo 2 N(3 1 8)棒材，经固溶处理(1 1 3 0 C1 I O C,2 h。水淬)后，硬度小于或等于H R C 2 4 时。可用于制做阀杆。7.4.3 T C-4锻态棒材经 7 5 0-8 0 0 退火或经固溶处理(8 5 0 9 0 0 1C，水淬)一 旧寸 效处理(4 5 0-5 5 0 1C,2 h，空冷)后，可用于制做阀杆.7.4.4 2 C r 1 3.2 5 号和3 5 号锻钢为基体，堆焊或喷焊钻基或镍基合金为密封面，可用于制做阀板、阀瓣、针型阀阀芯、阀座.7.4.5 G B/T 1 2 2 2 9 中的WC A级和WC B 级碳素钢 铸件在退火状态下，可用于制做阀体。7.4.6 3 5 C r Mo 锻材经调质处理后，可用于制作井口阀的阀体、阀盖、盘根压帽、轴承压盖、法兰等。6 SY/T 0 5 9 9-1 9 9 7 附录A (标准的附录)用于酸性环境的金属材料表 A1 用于酸性环境的碳素钢和低合金钢材料类别标准牌号用途碳素钢GB/T 6 9 9-1 9 8 81 5.2 0含硫化氢油气田各类构件GB/T 7 1 1 一】9 8 8巧、2 0GB/T 7 0 0-1 9 8 82 3 5-DGB/T 7 1 0-1 9 9 1巧、2 0G B/T 6 9 9-1 9 8 8-2 5.3 0.3 5.4 0.4 5.阀体、阀盖、法兰、螺栓等GB 7 1 3-1 9 8 62 0 G设备及容器壳体等GB/T 7 0 0-1 9 8 82 3 5-DGB 6 6 5 4-1 9 9 62 0 R低合金 钢GB 7 1 3-1 9 8 61 6 Mn g采、集气管线，容器壳体等GB 6 6 5 4-1 9 9 61 6 M n RGB/T 3 0 7 7-1 9 8 83 5 Cr M o阀体、阀盖、法兰、螺栓等表A2 用于酸性环境的不锈钢材料类别标准牌号用 途奥氏体不锈钢GB/T 1 2 2 0-1 9 9 2GB/T 4 2 3 7-1 9 9 2GB/T 2 2 7 0-1 9 9 2O Cr l 9 Ni 9O Cr l 8 Ni l I T iO Cr l 7 Ni l 2 M o 21 Cr l 8 Ni 9 T i阀门和仪表的零件，容器设备的管束、壳体等3 C r l 7 Ni 7 M o 2 N(3 1 8)高压井口和站场阀门的阀杆马氏体不锈钢GB/T 1 2 2 0-1 9 9 22 C r l 3阀门零件表A3 用于酸性环境的管材材 料 类 别标准牌号用 途碳 素 钢GB 3 0 8 7-1 9 8 21 0.2 0设备管束，采集气管线等GB 6 4 7 9-1 9 8 61 0.2 0 GGB/T 8 1 6 3-1 9 8 71 0.2 0GB 5 3 1 0-1 9 9 52 0 G化工资料网 行业标准免费下载S Y/T 0 5 9 9-1 9 9 7表 A 4 用于酸性环境的非铁基合金材料类别标准牌号用 途奥氏体镍基合金3 Y C 7阀门、仪表等用的弹性元件3 YC 2 4(Ha s C-2 7 6)高腐蚀性系统的结构件和弹性敏感元件钻基合金6 YC1受冲刷腐蚀阀门的阀芯、阀座钦合金GB/T 2 9 6 5-1 9 8 7丁 C-4各类阀门的阀干、高压耐蚀零件铜GB/T 5 2 3 1-1 9 8 5T Z.T 3仪表导压管，接头垫片等表A 5 用于酸性环境的喷焊合金和堆焊焊条材料类别标准牌号用途钻基堆焊焊条G B/T 9 8 4-1 9 8 5E D Co C r用于耐磨耐蚀零件表面堆焊，如阀板、阀芯、阀座等喷焊a口金粉等离子喷焊J B 3 1 6 8-8 2镍基F1 2钻基F 2 2用于耐磨、耐蚀的大面积零件的表面喷焊，如平板阀的阀 板 等氧一乙炔火焰喷焊J B 3 1 6 8 22镍基Fl l钻 基 F 2 18