loader

آشنایی با استاندارد API

منتشر شده در 27 مهر 1396

آشنایی با گریدهای فولاد API

 

موسسه نفت آمریکا

موسسه نفت آمریکا (American Petroleum Institute) که به اختصار API نامیده می­شود، بزرگترین و تنها موسسه­ی ملی تامین کننده­ی همه جانبه­ی تجهیزات صنایع نفت و گاز خام در ایالت متحده­ی آمریکا می­باشد. انجمن دارای بیش از 625 عضو از بین شرکت­های بزرگ بوده که در صنایع اکتشاف و تولید و بازاریابی نفت، خطوط لوله و تجارت دریایی و ارائه­ی خدمات فعالیت دارند. ماموریت موسسه نفت آمریکا برقرای امنیت در صنعت سراسر جهان و به منظور بالا بردن اطمینان جهانی برای سرمایه­گذاری در صنعت نفت و گاز طبیعی آمریکا می­باشد.

 

 

تصویر اسکله نفت

 

استانداردها

API شامل 685 استاندارد و دستورالعمل­های اجرائی می­باشد. تعداد زیادی از این استاندارد­ها در قوانین دولتی و فدرال گنجانیده شده­اند و همچنین در موسسه بین المللی استاندارد سازی (International Standardization Organization (ISO)) به تصویب رسیده­اند. فعالیت­های API طی 85 سال گذشته منجر به پیشرفت تجهیزات صنایع نفت و پتروشیمی و همچنین استاندارد­های عملیاتی شده است. استاندارد­ها و دستورالعمل­های اجرائی API شامل همه­ی بخش­های صنعت نفت و گاز می­باشند و کلیه­ی استاندارد­ها برای استفاده­ی کاربردی از تجهیزات و مواد قابل تعویض و روش­های مهندسی بدون نقص، قابل استفاده هستند.

متریال انتخابی مورد استفاده در کاربرد­های نفتی می بایست الزامات استاندارد­های موسسه نفت آمریکا (API)، انجمن تست مواد آمریکا (ASTM) و موسسه­ی ملی استاندارد­های آمریکا (ASNI) را در برداشته باشند. کلیه­ی استاندارد­ها دارای طراحی پیچیده همراه با مشخصات و آزمایش­های استاندارد­سازی می­باشند. خطوط لوله­ی طراحی شده بر اساس این استاندارد­ها، از نظر کیفی و ایمنی طراحی قابل اعتماد می­باشند.

گرید لوله

گرید لوله در واقع توضیح دهنده­ی متریال یا جنس لوله می­باشد. استاندارد­های مختلف، تعاریف مختلفی برای جنس­ لوله­های آب، نفت و گاز تعریف کرده­اند. هر گرید لوله، ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی و شیمیایی و در نتیجه کاربرد و مشخصات منحصر به فرد خود را دارد.

استاندارد API 5CT

استاندارد­های API 5CT مشخصات الزامی گرید­های API لوله­های فولادی مورد استفاده در جداره و مغزی چاه را مشخص می­کند. این استاندارد معادل با استاندارد ISO 11960 می­باشد. در این استاندارد، گریدهای لوله­های فولادی به دسته­های H40، J55، K55، N80-1، L80-Q، L80-9Cr، L80-13Cr، C90-1، T95-1، C110، P110 و Q125 تقسیم بندی می­شوند. انتخاب فولاد مورد استفاده در هر سیستم وابسته به شرایط کاری می­باشد. در سیستم­های نفت و یا گاز طبیعی، زمانی که مقدار بسیاری کمی از هیدروژن سولفید (H2S) به صورت محلول حضور داشته باشد، شرایط سرویس ترش نامیده می­شود. گاز هیدروژن سولفید علاوه بر این­که برای سلامتی انسان و سایر موجودات زنده خطرناک می­باشد،به طور قابل توجهی عملکرد لوله­های فولادی را تحت اثر قرار می­دهد. حضور هیدروژن سولفید و اثر منفی آن بر فولاد منجر به ترک خوردگی همراه با تنش (SCC ) می­شود. با توجه به شرایط کاری نامناسب در حضور هیدروژن سولفید، گرید­های فولادی API باید با دقت بیشتری انتخاب شوند.کنترل پارامتر­های بحرانی مانند ریز ساختار، ترکیب شیمیایی، عملیات­های حرارتی حین فرآیند منجر به افزایش یافتن مقاومت به ترک خوردن در اثر خوردگی توام با تنش ناشی از حضور هیدروژن سولفید می­باشند. این گرید­های اختصاصی، به طور قابل توجهی مقاومت فولاد­های API را افزایش داده و مطابق با استاندارد­های NACE TM 0177 و IRP 1.8 تولید می­شوند.

 

گرید­های API قابل استفاده در شرایط معمول سرویس شامل فولاد­های زیر می­شوند:

API H40: متریال متداول مورد استفاده در خطوط لوله بر اساس مشخصات تعیین شده در استاندارد API 5T می­باشد.

API J55: این فولاد نیز مورد استفاده زیادی در خطوط لوله داشته، و شباهت زیادی به گرید API K55 دارد، اما گرید J55 تنش تسلیم کمتری نسبت به K55 دارد.

API K55: این گرید بیشترین استفاده را در جداره­های چاه داشته و مطابق با الزامات API 5CT ساخته و مورد استفاده قرار می­گیرد.

API N80 TYPE I: گرید ارزان قیمت قابل جایگزینی با گرید API N80 کوئنچ و تمپر شده (دیواره هایی با ضخامت کمتر از inch 0.5) می­باشد. انرژی جذب شده از تست ضربه می­بایست شرایط API SR16 را برآورده کرده که کمتر از انرژی جذب شده برای فولاد N80 کوئنچ و تمپر می­باشد.

API N80 Q: متریال ساخته شده مطابق با استاندارد API 5CT بوده و می­بایست کوئنچ و تمپر شود.

API R85: گرید API با الزام استحکام تنشی در محدوده گرید­های T95 و USS C95 بوده با این تفاوت که الزامی برای سختی آن در استاندارد تعیین نشده و مطابق با استاندارد نیازی به انجام آزمون برای بررسی خوردگی توام با تنش سولفیدی نمی­باشد و به همین دلیل برای استفاده در چاه­های ترش توصیه نمی­شود.

 

جدول 1 خواص مکانیکی گرید­های API قابل استفاده در شرایط سرویس معمولی را شرح می­دهد:

 

 

جدول 1 مشخصات مکانیکی گرید­های فولاد API 5CT

Maximum Hardness

Minimum Tensile Strength

Maximum Yield Strength

Minimum Yield Strength

Steel Grade

None

60000 psi

80000 psi

400000 psi

API H40

None

75000psi

80000 psi

55000psi

API J55

None

95000 psi

80000 psi

55000 psi

API K55

None

100000 psi

110000 psi

80000 psi

API N80 Type 1

None

100000psi

110000 psi

80000psi

API N80 Q

None

105000psi

110000 psi

95000psi

API R95

 

 

 

 

گرید­های API فولاد پیشنهاد شده برای سیستم­های ترش شامل فولاد­های زیر می­شوند:

API L80: این گرید فولاد با توجه به الزامات API 5CT تولید شده و می­بایست از لحاظ سختی و استحکام کششی مورد آزمون واقع شود.

API C90: گرید C90 باید از لحاظ استحکام کششی مورد بررسی قرار گیرد. همچنین آزمون سختی و مقاومت به خوردگی توام با تنش مطابق با استاندارد NACE TM-0177, Method A انجام شوند. مطابق با این استاندارد، کمترین تنش آستانه قابل تحمل می­بایست حداقل برابر با 80% استحکام تسلیم باشد.

API T95: این گرید فولاد مانند گرید­های L80 و C90 می­بایست از لحاظ سختی و استحکام کششی مورد بررسی واقع شود.

API C110: فولاد C110 قابلیت استفاده در محیط­های بسیار ترش را دارد. در آزمون شکست در اثر خوردگی توام با تنش ناشی از حضور هیدروژن سولفید (SSCC)، تنش آستانه باید حداقل به اندازه­ی 85% از استحکام تسلیم باشد.جدول 1 مشخصات مکانیکی گرید­های فولاد­ API 5CT را مشخص می­کند.

 

جدول 2 مشخصات مکانیکی گرید­های فولاد API 5L

Maximum Hardness

Minimum Tensile Strength

Maximum Yield Strength

Minimum Yield Strength

Steel Grade

23 HRC

95000 psi

95000 psi

80000 psi

API L80

25.4 HRC mean

100000 psi

105000 psi

90000 psi

API C90

25.4 HRC mean

105000 psi

110000 psi

95000 psi

API T95

30 HRC mean

115000 psi

120000 psi

110000 psi

API C110

 

اطلاعات کلی استاندارد API 5L

شرایط این استاندارد برای دو نوع تولید PSL 1 و PSL 2 (Product Specification Level) می­باشد که مربوط به لوله­های بدون درز و لوله­های درز جوش برای خطوط توزیع و انتقال نفت و گاز و آب می­باشد.

 این استاندارد برای لوله­های تولید شده با روش قالب گیری ریخته گری اجرائی نیست. تفاوت­های بین تولید PSL 1 و PSL 2 به شرح زیر می­باشند:

الزامات PSL 1:

  • گرید­های فولاد شامل لوله­های A25 تا X70 می­باشند.
  • برای لوله­های این گرید مشخص کردن عناصر گوگرد (S)، فسفر (P)، منگنز (Mn) و کربن (C) الزامی است.
  • مشخص کردن کربن معادل (Carbon Equivalent (CE)) تنها در صورت درخواست خریدار الزامی است.
  • کلیه­ی روش­های جوشکاری روی این گرید­های لوله قابل انجام هستند.
  • امکان تعمیرات لوله با روش­های جوشکاری وجود دارد.
  • میزان کربن گرید­های فولاد بین 21/0 تا 28/0 درصد وزنی می­باشد.
  • درصد وزنی گوگرد در این گرید­های فولاد از گرید­های سطح PSL-2 بیشتر می­باشد.
  • این لوله­ها فقط قابلیت استفاده در شرایط سرویس معمولی و غیر ترش را دارند.
  • تنها در صورت درخواست خریدار حداقل میزان انرژی جذب شده توسط تست ضربه مشخص می­گردد.

 

الزامات PSL-2:

  • این لوله­ها شامل گرید­های B تا X120 می­باشند.
  • برای لوله­های این گرید مشخص کردن عناصر گوگرد (S)، فسفر (P)، منگنز (Mn) و کربن (C) و سیلسیم (Si) الزامی است.
  • مشخص کردن کربن معادل (Carbon Equivalent (CE)) برای لوله­ها الزامی است.
  • فرآیند­های جوشکاری لیزری (Laser Welding (LW) وجود ندارد.
  • امکان تعمیرات بدنه­ی لوله با روش­های جوشکاری وجود ندارد.
  • این لوله­ها قابلیت استفاده در شرایط سرویس گاز ترش، خطوط لوله­ی دریایی و خطوط لوله سربازه گیر (Slag Catcher) را دارند.
  • میزان کربن این لوله­ها بین 1/0 تا24/0 درصد وزنی می­باشد.
  • حداکثر درصد گوگرد مجاز برای این لوله­ها در حالت بدون درز (seamless) حدود 003/0 درصد وزنی و با درز جوش حدود 002/0 درصد وزنی می­باشد.

 

لوله­های تولید شده مطابق با استاندارد ASTM106 گرید A و B قابلیت استفاده به جای لوله­های تولید شده بر اساس استاندارد API 5L را ندارند، چرا که استاندارد API 5L سختگیری بیشتری داشته و استاندارد توجه بیشتری به چقرمگی (toughness) و آزمون­های مرتبط با آن برای سرویس­های ترش و کلاس­های بالاتر دما و فشار شده است.

 

 

 

میزان استحکام و گوگرد زدایی

منگنز سولفید (MnS) ناخالصی متداول موجود در فولاد­های آلیاژی می­باشد. از آنجایی که ناخالصی MnS، با تجمع منجر به کاهش استحکام ضربه­ی فولاد می­شوند، میزان گوگرد موجود در آلیاژ نباید بیش از 007/0 درصد وزنی باشد.

 

مزایا و کاربرد­های API 5L:

  • قابلیت استفاده در خطوط طولانی نفت و گاز و آب به دلیل ارزانی
  • مقاومت به پیشرفت ترک در خطوط لوله
  • قابلیت استفاده در سیستم­های ترش

 

استاندارد API 5L قابلیت جایگزینی با استاندارد ISO 3183 را داشته و مطابق با این استاندارد  فولاد­ها شامل گرید­های A25، A، B و گرید­های X شامل X42, X46, X52, X56, X60, X65, X70, X80 می­شوند. دو کاراکتر بعد از حرف X نشان دهنده­ی کمترین میزان تنش تسلیم (در واحد 000’s psi) می­باشند.

جدول 2 مشخصات شیمیایی و مکانیکی گرید­های API 5L را مشخص می­کند.

 

جدول 2- مشخصات شیمیایی و مکانیکی گرید­های فولاد API 5L

Elongation

Yield to Tensile

Tensile Strength

Yield Strength

Chemical Composition

Grade

%

Ratio (max)

Min (ksi)

Min (ksi)

Ti

 

Nb

V

S

P

Mn

Si

C

 

21

0.93

66

52

0.04

 

0.05

0.07

0.01

0.02

1.65

0.45

0.16

X52

19

0.93

71

56

0.04

 

0.05

0.07

0.01

0.02

1.65

0.45

0.16

X56

19

0.93

75

60

0.04

 

0.05

0.08

0.01

0.02

1.65

0.45

0.16

X60

18

0.93

77

65

0.06

 

0.05

0.09

0.01

0.02

1.65

0.45

0.16

X65

17

0.93

82

70

0.06

 

0.05

0.10

0.01

0.02

1.75

0.45

0.17

X70

ورود به پنل مدیریت