QSY XN 2015-2006 高酸性气田地面集输管道设备材质技术要求.docx
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1、Q/SY中国石油天然气股份有限公司企业标准Q/SYXN20152006高酸性气田地面集输管道设备材质技术要求Technicalcodeformaterialofgathering-transmissionpipelinesandfacilitiesinhighlysourgasfield2006-08-07发布2006-09-08实施中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司发布Q/SYXN20152006目次前言.II1范围.12规范性引用文件.13术语、定义、符号和缩略语.24总则.45碳钢、低合金钢.66耐蚀合金及其它合金.87高酸性天然气地面集输管道、设备用材料.118耐腐蚀性能检验及
2、评价验收标准.13附录A(规范性附录)用于酸性环境的非金属材料.14附录B(规范性附录)用于高酸性环境的非金属材料的实验室试验.16附录C(资料性附录)原位pH的确定.18附录D(资料性附录)H2S分压、CO2分压的确定.23附录E(规范性附录)焊接工艺评定的硬度检测.25附录F(规范性附录)国外某著名工程公司对抗HIC钢材化学元素的要求.27附录G(规范性附录)评定碳钢和低合金钢抗SSC性能的实验室试验程序.28IQ/SYXN20152006前言根据西南油气田分公司西南司安质环发200312号“关于下达二三年分公司第二批企业标准制订和国外标准翻译计划的通知”要求,委托中国石油集团工程设计有限
3、责任公司西南分公司编制本技术要求。本标准主要针对高酸性气田开发技术特点,为满足罗家寨、渡口河等高酸性气田(H2S:6.44%16.2%、CO2:1.49%10.4%)开发的需要而制定。本标准在制定过程中遵循相关国家、行业标准并参考了国外的NACEMR0175/ISO15156标准。在总结了多年来酸性油气田防止硫化物应力开裂的科研与生产实践经验的基础上,并经广泛征求有关单位和专家意见,反复讨论形成本标准条文。本标准为高酸性气田地面工程系列标准之一,并不取代相应的规范、标准和规则的要求,仅作为直接接触高酸性介质集输管道、设备材质抗硫化氢性能的补充要求。本标准的附录A、附录B、附录E、附录G为规范性
4、附录,附录C、附录D和附录F为资料性附录。本标准由中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司提出。本标准由中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司地面建设专业标准化技术委员会归口。本标准起草单位:中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司本标准主要起草人:姜放施岱艳王秦晋向波边云燕曹晓燕陈雒定明刘来福杰殷明学IIQ/SYXN20152006高酸性气田地面集输管道、设备材质技术要求1范围1.1本标准规定了高酸性气田地面集输管道、设备用金属材料的抗开裂要求和非金属材料的耐腐蚀要求。1.2本标准适用于管线输送压力4MPa,天然气中H2S体积含量占气体总量大
5、于8%的高酸性气田中的地面设施,如天然气井场、集气站、处理厂的工艺设备和采、集气管线等。1.3本标准同时规定了当H2S分压大于1.0MPa时对金属材料的抗开裂要求。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注明日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注明日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。GB/T230.1金属洛氏硬度试验第1部分:试验方法(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T标尺)GB/T231.1金属布氏硬度试验第1部分:试验方法GB/T
6、1172黑色金属硬度及强度换算值GB/T1690硫化橡胶耐液体试验方法GB/T2965钛及钛合金棒材GB/T4340.1金属维氏硬度试验第1部分:试验方法GB/T9711.3/ISO3183.3石油天然气工业输送钢管交货技术条件第3部分:C级钢管GB/T11547塑料耐液体化学药品(包括水)性能测定方法GB/T12229通用阀门碳素钢铸件技术条件GB/T159702000idtISO7539.2:1989金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验第2部分:弯梁试样的制备和应用GB/T17394金属里氏硬度试验方法GB/T19466.2塑料差示扫描量热法(DSC)第2部分:玻璃化转变温度的测定SY/T0599
7、天然气地面设施抗硫化物应力开裂金属材料要求SY/T51272002井口装置和采油树规范SY/T5257油气输送用钢制弯管SY/T6267高压玻璃纤维管线管Q/YCS813YC7抗硫化氢合金Q/YCS426YC1高压阀芯阀座用合金ISO14692石油和天然气工业用玻璃增强塑料管ASTMD2992玻璃纤维(玻璃纤维增强热固树脂)管件和配件获得静水压或压力设计基础的规程1Q/SYXN20152006API15HR高压玻璃钢管线管规范NACEMR0175/ISO151561石油和天然气工业油气开采中用于含硫化氢环境的材料第1部分选择抗裂纹材料的一般原则NACEMR0175/ISO151562石油和天然
8、气工业油气开采中用于含硫化氢环境的材料第2部分抗开裂碳钢和低合金钢及铸铁的使用NACEMR0175/ISO151563石油和天然气工业油气开采中用于含硫化氢环境的材料第3部分抗开裂耐蚀合金(CRAs)和其它合金NACETM0177H2S环境中抗特殊形式的环境开裂材料的实验室试验方法NACETM0185管类塑料内涂层防腐的高压釜评价试验NACETM0187酸性气体环境中弹性材料的评价NACETM0284管道、压力容器钢抗氢致开裂性能评价的试验方法NACETM0296酸性液体环境中弹性材料的评价3术语、定义、符号和缩略语3.1术语和定义本标准采用下列术语和定义。3.1.1硫化物应力开裂(SSC)s
9、ulfidestresscracking在有水和H2S存在的情况下,与腐蚀和拉应力(残留的和/或外加的)有关的一种金属开裂.注:SSC是氢应力开裂(HSC)的一种形式,它与在金属表面的因酸性腐蚀所产生的原子氢引起的金属脆性有关。在硫化物存在时,会促进氢的吸收。原子氢能扩散进金属,降低金属的韧性,增加裂纹的敏感性。高强度金属材料和较硬的焊缝区域易于发生SSC。3.1.2应力腐蚀开裂(SCC)stresscorrosioncracking在有水和H2S存在的情况下,与局部腐蚀的阳极过程和拉应力(残留的或施加的)相关的一种金属开裂。注:氯化物和/或氧化剂和高温能增加金属产生应力腐蚀开裂的敏感性。3.
10、1.3氢应力开裂(HSC)hydrogenstresscracking金属在有氢和拉应力(残留的或施加的)存在的情况下出现的一种裂纹.注1:HSC描述了一种产生在对SSC不敏感的金属中的一种裂纹。这种金属作为阴极和另一种活跃腐蚀的金属成为阳极形成电偶,在有氢时,金属就可能变脆。术语电偶诱发的氢应力开裂(GHSC)就是这种机理的开裂。注2:GHSC(galvanically-inducedhydrogenstress-cracking)开裂的形成是由于金属中存在着由电偶对的阴极诱发的氢和拉伸应力(残留的和/或施加的)。3.1.4氢致开裂(HIC)hydrogen-inducedcracking当
11、氢原子扩散进钢铁中并在陷阱处结合成氢分子(氢气)时,所引起的在碳钢和低合金钢中的平面裂纹。注:裂纹是由于氢的聚集点压力增大而产生的。氢致开裂的产生不需要施加外部的应力。能够引起HIC的聚集点常常在于钢中杂质水平较高的地方,那是由于杂质偏析和在钢中合金元素形成的具有较高密度的平面型夹渣和/或具有2Q/SYXN20152006异常显微组织(如带状组织)的区域。这种类型的氢致开裂与焊接无关。3.1.5阶梯裂纹(SWC)stepwisecracking在钢材中连接相邻平面内的氢致开裂的一种裂纹。注:这个术语描述了裂纹的外貌。连接氢致开裂而产生的阶梯裂纹取决于裂纹间的局部应变和裂纹周围钢由于溶解的氢引起
12、的脆性。HIC/SWC往往与生产钢管和容器的低强度钢板有关。3.1.6软区开裂(SZC)softzonecrackingSSC的一种形式,可能出现于钢局部屈服强度低的软区。注:在操作的载荷作用下,软区可能会屈服,并局部累计塑性应变,使一种在别的情况下抗SSC材料发生SSC开裂敏感性增加。这种软区最有代表性的是与碳钢的焊接有关。3.1.7应力定向氢致裂纹(SOHIC)stress-orientedhydrogen-inducedcracking大约与主应力(残余的或施加的)方向垂直的一些交错小裂纹,导致了像梯子一样的,将已有HIC裂纹连接起来的(通常细小的)一组裂纹。注:这种开裂可被归类为由外应
13、力和氢致开裂周围的局部应变引起的SSC。SOHIC与SSC和HIC/SWC有关。在纵焊缝钢管的母材和压力容器焊缝的热影响区都观察到SOHIC。SOHIC并不是一种常见的现象,其通常与低强度铁素体钢管和压力容器用钢有关。3.1.8抗点蚀当量数(PREN)pittingresistanceequivalentnumberPREN数值(FPREN)用来反映和预示耐蚀合金的抗点蚀能力,根据合金化学成分中Cr、Mo、W和N的比例来确定。PREN(FPREN)应按下列公式计算:FPREN=WCr+3.3(WMo+0.5WW)+16WN(1)式中:WCr合金中铬的质量分数,用全量组成的百分率表示;WMo合金
14、中钼的质量分数,用全量组成的百分率表示;WW合金中钨的质量分数,用全量组成的百分率表示;WN合金中氮的质量分数,用全量组成的百分率表示。注:PREN有若干变量。它的提出完全是为了反映和预测Fe/Ni/Cr/Mo耐蚀合金在有溶解的氯化物和氧的情况下,如在海水中的抗点蚀性能。该数值虽然有用,但不能直接预示在含H2S油气田环境中的抗腐蚀性能。3.1.9碳钢(CS)carbonsteel包含有碳和元素锰以及其它残余合金元素的铁碳合金,但不包括为了脱氧而有意加入的一定量的元素(通常是硅或/和铝)。3.1.10低合金钢lowalloysteel合金元素总量少于5(大约含量),但多于碳钢规定的合金元素含量的
15、钢。3.1.11耐蚀合金(CRA)corrosion-resistantalloy3Q/SYXN20152006能够耐油气田环境中的一般和局部腐蚀的合金材料,在这种环境中,碳钢会受到腐蚀。3.1.12工程塑料engineeringplastics是指一类可以作为工程结构的材料,在一定的温度范围内承受机械应力,可在较为苛刻的化学物理环境中使用的高性能的高分子材料。这类塑料具有机械强度高、耐高温和低温、耐腐蚀等优良的综合性能。3.1.13合成橡胶syntheticrubber合成橡胶是用人工方法制成的和天然橡胶相类似的高分子弹性材料。3.1.14玻璃钢(GRP)glass-reinforcedpl
16、astics以合成树脂作基体材料,用玻璃纤维及其制品(布、带、毡等)作增强材料,经两者复合后的制品称玻璃纤维增强塑料,俗称玻璃钢。3.1.15长期静液压力(LTHP)long-termhydrostaticpressure指玻璃钢管的预测内压,在大于等于65.6(150)温度下,当管子承受此恒定静液压力达到20年时可能会发生破坏。3.2符号和缩写术语SMYSCLRCTRCSRHRCHV10/HV5HB规定的最小屈服强度裂纹长度率裂纹厚度率裂纹敏感率洛氏硬度C级维氏硬度(试验力为98.07N/49.03N)布氏硬度PLCL97.5%或95%置信度的长期静液压(PTHP)的下限值4总则4.1凡暴露
17、于高酸性环境中的金属材料和非金属材料均应满足本标准的规定。高酸性环境可能导致金属构件的硫化物应力开裂(SSC)、应力腐蚀开裂(SCC)、氢致开裂(HIC)/阶梯裂纹(SWC)、应力定向氢致裂纹(SOHIC)和软区开裂(SZC)等,使某些用于管线和容器的碳钢、低合金钢或耐蚀合金失效。涉及上述类型的金属材料开裂的评价凡未列在本标准中的,见NACEMR0175/ISO15156的相关规定。酸性腐蚀介质也会与非金属材料发生物理作用或化学作用,导致材料塑性降低、强度降低、溶胀变形等。酸性环境用耐蚀非金属材料见附录A,非金属材料的实验室试验见附录B。本标准的内容不包括硫化氢、二氧化碳、氯离子和元素硫引起的
18、金属材料的电化学失重腐蚀。因此在酸性环境的设计和运行中应根据具体情况选择适当的材料或选择适当的工艺等其它措施加以控制。44.2Q/SYXN20152006本标准适用于按照常规的弹性准则设计和制造设备所用金属材料的选择和判定。碳钢或低合金钢发生SSC的酸性环境酸性环境严重程度的划分:碳钢或低合金钢发生SSC的酸性环境的严重程度与H2S分压(PH2S)和溶液的原位pH值有关,用图1进行评价。PH2SSSC2区SSC1区0区。0.0003MPa原位pHH2S分压,MPa0.00010.0010.010.11.000区;1SSC1区;2SSC2区;3SSC3区。图1碳钢和低合金钢SSC的环境严重程度的
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