Quais são os requisitos críticos de soldagem para tubos ASME SB407 N08811 em serviços de petróleo e gás?

1. P: O que é tubo de liga ASME SB407 UNS N08811 e por que é usado em aplicações de petróleo e gás?

A:ASME SB407 é a especificação ASME para tubos de liga de níquel-ferro-cromo sem costura, e UNS N08811 (Incoloy 800HT) é o grau premium usado em aplicações exigentes de petróleo e gás, especialmente aquelas que envolvem altas temperaturas, ambientes corrosivos ou uma combinação de ambos.

Visão geral do ASME SB407:Esta especificação é idêntica em requisitos técnicos à ASTM B407, mas é emitida sob a jurisdição da ASME (Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos). Para aplicações de vasos de pressão e tubulações de petróleo e gás que exigem conformidade com o Código ASME (por exemplo, refinarias downstream, plantas de processamento de gás e algumas instalações upstream), a especificação ASME SB407 é obrigatória em vez de ASTM B407. A especificação abrange tubos sem costura fabricados por extrusão ou perfuração seguida de trefilação ou laminação a frio, garantindo um produto sem costuras de solda longitudinais.

UNS N08811 (Incoloy 800HT):Este é o nível de desempenho-mais alto da série Incoloy 800, projetado especificamente para condições de serviço extremas. Suas principais características para petróleo e gás incluem:

Conteúdo de níquel:30–35% – fornece resistência à corrosão sob tensão por cloreto

Conteúdo de cromo:19–23% – fornece resistência à oxidação e sulfetação

Conteúdo de carbono:0,06–0,10% – controlado para resistência à fluência

Alumínio + Titânio:0,30% mínimo combinado – permite o fortalecimento da precipitação

Temperatura de recozimento da solução:Mínimo de 2.150 graus F (1.177 graus) – produz estrutura de grãos otimizada

Por que N08811 para petróleo e gás?A indústria de petróleo e gás apresenta uma ampla gama de condições de serviço, desde criogênicas a altas-temperaturas, de doces a azedas (contendo H₂S-). N08811 é especificado quando:

As temperaturas excedem 1100 graus F (593 graus):Em aquecedores de refinarias, reformadores e processamento de gás em alta-temperatura

A corrosão sob tensão por cloreto é uma preocupação:Alto teor de níquel proporciona resistência

A sulfetação (ataque de enxofre) está presente:O conteúdo de cromo fornece proteção

A força de fluência é necessária:Estresse sustentado em temperaturas elevadas

Aplicações específicas de petróleo e gás para tubo N08811:

Tubos aquecedores de refinaria:Aquecedores de petróleo bruto, a vácuo e de coque processando petróleo bruto com alto-enxofre

Coletores de saída do reformador de hidrogênio:1500–1650 graus F (816–899 graus), 300–500 psi

Processamento de gás-em alta temperatura:Reatores térmicos da unidade de recuperação de enxofre (SRU)

Tubulação de processo Claus:Manuseio de gases contendo-enxofre-de alta temperatura

Reboilers de regeneração de amina:Serviço de H₂S úmido e-de alta temperatura (embora a conformidade com a NACE MR0175 deva ser verificada)

Comparação com outras ligas de petróleo e gás:

Reconhecimento de código para petróleo e gás:ASME SB407 UNS N08811 é reconhecido em:

ASME Seção VIII, Divisão 1– Vasos de pressão

ASME B31.3– Tubulação de processo (o código primário de tubulação de óleo e gás)

ASME Seção I– Caldeiras de energia (para aplicações em refinarias)

Para petróleo e gás upstream (poços de produção, linhas de fluxo), as especificações API são normalmente usadas em vez da ASME.

2. P: Quais são os requisitos específicos do Código ASME para o tubo SB407 N08811 em serviços de pressão de petróleo e gás?

A:Quando o tubo ASME SB407 UNS N08811 for usado em serviços de pressão de óleo e gás, ele deverá atender aos requisitos da seção aplicável do Código ASME. Para a maioria das tubulações de petróleo e gás, a ASME B31.3 (Process Piping) rege, enquanto os vasos de pressão se enquadram na Seção VIII da ASME.

Requisitos ASME B31.3 para tubo N08811:

Aceitação de materiais:O tubo deve ser certificado pela ASME SB407 (não apenas pela ASTM B407). O relatório de teste de material (MTR) deve fazer referência à ASME SB407 e demonstrar conformidade com todos os requisitos químicos e mecânicos. O Código ASME B31.3 reconhece as tensões admissíveis da ASME Seção II, Parte D para N08811.

Valores de tensão admissíveis (ASME Seção II, Parte D para N08811):

Observação:Para temperaturas acima de 1.100 graus F, a fluência-ruptura governa. A classe 800HT (N08811) tem tensões admissíveis mais altas do que 800H (N08810) devido à sua resistência à fluência superior.

Cálculo da espessura da parede conforme ASME B31.3:

t=(P × D) / (2 × (S × E + P × Y)) + tolerância à corrosão

Onde:

t=espessura de parede necessária (polegadas)

Pressão de projeto P=(psi)

D=diâmetro externo (polegadas)

S=tensão admissível da ASME II-D (ksi)

E=fator de qualidade da junta de solda (1,00 para tubo SB407 sem costura)

Coeficiente Y=da ASME B31.3 (0,4 para N08811 em altas temperaturas)

Tolerância de corrosão=normalmente de 1/16 a 1/8 de polegada para serviços em altas-temperaturas

Exemplo de cálculo – tubulação de saída do reformador:Tubo OD de 8 polegadas, pressão de projeto de 450 psi, temperatura de projeto de 1600 graus F (871 graus).

S=1.3 ksi (da tabela acima)

E=1.00 (perfeito)

Y=0.4 (para ligas ferríticas e austeníticas em alta temperatura)

t=(450 × 8) / (2 × (1300 × 1.00 + 450 × 0,4))=3600 / (2 × (1300 + 180))=3600 / 2960=1.22 polegadas + 0.125 polegadas de tolerância à corrosão=1.345 polegadas de espessura mínima da parede

Requisitos da Seção VIII, Divisão 1 da ASME para vasos de pressão:Para embarcações construídas com N08811, aplicam-se regras semelhantes. A embarcação deve ser projetada, fabricada, inspecionada e carimbada de acordo com a Seção VIII. São utilizadas as mesmas tensões admissíveis da Seção II, Parte D. Os requisitos adicionais incluem:

Exame radiográfico 100%de todas as soldas de topo (para a maioria das condições de serviço)

Teste de impactose a temperatura mínima do metal de projeto estiver abaixo da curva de isenção

Tratamento térmico pós{0}}soldagemrequisitos (geralmente não exigidos para N08811 com menos de 2 polegadas de espessura)

Requisitos de teste de pressão (ASME B31.3):Após a fabricação, o sistema de tubulação deve ser testado quanto à pressão:

Teste hidrostático:1,5 × pressão de projeto (mínimo 1,5 × 450 psi=675 psi)

Temperatura de teste:Deve estar acima da temperatura de transição de fratura frágil (N08811 tem excelente resistência a baixas-temperaturas, mas o teste à temperatura ambiente é aceitável)

Tempo de espera:Mínimo de 10 minutos para inspeção visual

Conformidade com NACE MR0175 / ISO 15156 para serviço ácido:Se o fluxo de petróleo e gás contiver sulfeto de hidrogênio (H₂S), o material deverá estar em conformidade com a NACE MR0175. Para N08811:

A liga não é automaticamente qualificada para serviço ácido

A qualificação requer tratamento térmico específico (solução recozida) e controle de dureza (normalmente menor ou igual a 35 HRC)

Muitas especificações de petróleo e gás restringem o N08811 ao serviço ideal (sem H₂S) ou exigem testes adicionais

Sempre verifique a conformidade da NACE com o compradorantes de especificar N08811 para serviço ácido

3. P: Qual é o desempenho do UNS N08811 em refinarias de alta-temperatura e ambientes de processamento de gás?

A:O UNS N08811 (Incoloy 800HT) foi projetado especificamente para serviços em-altas temperaturas, o que o torna uma excelente escolha para aquecedores de refinarias, reformadores de hidrogênio e equipamentos de processamento de gás em-altas temperaturas. Seu desempenho é caracterizado por três atributos principais: resistência à fluência, resistência à oxidação e resistência à sulfetação.

Desempenho de fluência em aquecedores de refinaria:Os tubos do aquecedor de refinaria (bruto, vácuo, coque, reformador) operam em temperaturas de metal de 1.200–1.700 graus F (649–927 graus) com pressões internas de 150–500 psi (1,0–3,4 MPa). Nessas condições, a fluência (deformação-dependente do tempo) é o fator limitante-de vida. A temperatura de recozimento da solução mais alta do N08811 (2.150 graus F vs. 2100 graus F para 800H) produz uma estrutura de grão mais grossa e estável (ASTM No. 3–5) que resiste ao deslizamento do limite do grão. As adições de alumínio e titânio (0,15–0,60% cada) formam precipitados gama-de Ni₃(Al,Ti)gama durante o serviço, proporcionando fortalecimento da precipitação.

Dados comparativos de fluência (vida útil de ruptura estimada a 1600 graus F/871 graus, tensão circular de 500 psi):

Aço inoxidável 310H: <1 year (not recommended)

Incoloy 800H:3–5 anos

Incoloy 800HT:8–12 anos

Resistência à oxidação:O conteúdo de cromo de 19 a 23% forma uma incrustação contínua e aderente de óxido de cromo (Cr₂O₃) que protege o metal base do ataque de oxigênio. Para o serviço de refinaria, isto é crítico em aquecedores onde os gases de combustão contêm excesso de oxigênio. A taxa de oxidação do N08811 a 1.800 graus F (982 graus) é de aproximadamente 0,001–0,002 polegadas por ano-significativamente inferior à do aço inoxidável 310H (0,005–0,010 ipy). Para um tubo de parede típico de 0,500 polegadas com vida útil projetada de 20 anos, a perda por oxidação é insignificante.

Resistência à sulfetação:Muitos petróleos brutos de refinaria contêm enxofre (0,5–3,5%) e os gases de combustão contêm SO₂ e H₂S. A sulfetação é uma forma de corrosão-de alta temperatura em que o enxofre reage com o metal para formar sulfetos de baixo-ponto de fusão-. O alto teor de cromo do N08811 (19–23%) promove a formação de uma incrustação de sulfeto de cromo (Cr₃S₄ ou Cr₂S₃) que é mais protetora do que os sulfetos de ferro ou níquel. O teor de níquel da liga (30–35%) é alto o suficiente para fornecer resistência ao SCC, mas baixo o suficiente para evitar a catastrófica sulfetação de níquel (Ni₃S₂, ponto de fusão 1179 graus F / 637 graus) observada em ligas de níquel superiores-como Inconel 600.

Taxas de sulfetação a 1500 graus F (816 graus), combustível com 2% de enxofre:

Aço inoxidável 304H:0,030–0,050 ipy (2–3 anos de vida)

Aço inoxidável 310H:0,015–0,025 ipy (4–6 anos de vida)

Incoloy 800HT:0,003–0,008 ipy (15–25 anos de vida)

Serviço de reformador de hidrogênio:Na produção de hidrogênio por meio da reforma a vapor de metano, os coletores de saída do reformador e as linhas de transferência operam a 1.500–1.650 graus F (816–899 graus ) com atmosferas-ricas em hidrogênio. A fragilização por hidrogênio não é uma preocupação nessas temperaturas, mas pode ocorrer carburação (difusão de carbono no metal). O alto teor de níquel do N08811 reduz a difusividade do carbono e a incrustação de óxido de cromo atua como uma barreira à difusão do carbono. A experiência de campo em serviços de reformadores mostra que os manifolds 800HT alcançam vida útil de 15 a 20 anos.

Resistência ao ciclo térmico:Muitos processos de refinaria envolvem inicializações e desligamentos-frequentes, causando ciclos térmicos. O coeficiente de expansão térmica moderado do N08811 (aproximadamente 9,5 × 10⁻⁶/grau F ou 17 × 10⁻⁶/grau) e alta ductilidade fornecem excelente resistência à fadiga térmica. A liga não forma fase sigma frágil (ao contrário dos aços inoxidáveis ​​com alto-cromo), mesmo após exposição-de longo prazo a 1.200–1.600 graus F.

Limitações no serviço de petróleo e gás:

Não recomendado para serviço úmido com H₂S (azedo)sem qualificação NACE MR0175

Resistência limitada à corrosão aquosa– não é adequado para serviço de água do mar ou salmoura

Alto custo– aproximadamente 3–4× aço inoxidável 310H

4. P: Quais são os requisitos críticos de soldagem para tubos ASME SB407 N08811 em serviços de petróleo e gás?

A:A soldagem de tubos ASME SB407 UNS N08811 para serviços de petróleo e gás requer procedimentos qualificados de acordo com a Seção IX da ASME. A liga é soldável, mas o controle da entrada de calor é fundamental para preservar a resistência à fluência e evitar trincas a quente.

Seleção de metal de adição (qualificado pela ASME Seção IX):

Nunca use enchimentos de aço inoxidável (308L, 309L, 310H, 316L)– possuem menor resistência à fluência, diferentes expansões térmicas e criam zonas de diluição propensas a trincas a quente.

Controle de entrada de calor (crítico para N08811):A entrada excessiva de calor torna mais grosseira a estrutura do grão na zona-afetada pelo calor (HAZ), reduzindo a resistência à fluência. Para N08811, que depende de uma estrutura de grãos otimizada (ASTM No. 3–5), isso é particularmente importante.

Temperatura máxima entre passes:200 graus F (93 graus)

Faixa de entrada de calor:20–35 kJ/polegada (8–14 kJ/cm) - menor que para 800H

Técnica:Apenas contas de longarina; sem tecelagem

For heavy walls (>0,5 polegadas):Use múltiplas passagens com baixa entrada de calor por passagem

Preparação pré-de soldagem:

Limpe a zona de solda com acetona ou escova de aço inoxidável dedicada

Use rebolos reservados para ligas de níquel

Remova todos os contaminantes de enxofre, fósforo e baixo ponto de-ponto de fusão-

Para paredes espessas, pré-aqueça a 200–300 graus F (93–149 graus) para reduzir gradientes térmicos

Processos de soldagem:

GTAW (soldagem a arco de gás tungstênio):Preferido para passe de raiz e paredes finas

SMAW (soldagem por arco metálico blindado):Aceitável para passes de preenchimento com eletrodos ENiCrFe-2; comum para reparos em campo

GMAW (soldagem por arco metálico a gás):Aceitável, mas requer controle cuidadoso da entrada de calor

Tratamento térmico pós{0}}soldagem (PWHT):

Geralmente não é obrigatóriopara espessuras de parede típicas em tubulações de petróleo e gás (até 1 polegada/25 mm) de acordo com ASME B31.3

Para máxima resistência à fluência(serviço de reformador): Recozimento de solução completa a 2.150 graus F (1.177 graus) no mínimo – raramente prático para soldagem em campo

Alívio do estresse em temperatura mais baixa(por exemplo, 1650 graus F / 899 graus): Não recomendado; pode causar precipitação de carboneto sem restaurar a estrutura do grão

Requisitos de inspeção de acordo com ASME B31.3 (tubulação de petróleo e gás):

Defeitos comuns de soldagem e prevenção:

Rachaduras a quente:Prevenir com baixa entrada de calor, condições de limpeza e enchimento ERNiCr-3

Microfissuração em HAZ:Evite ajustes de alta restrição-

Perda de resistência à fluência na ZTA:Controlar a temperatura entre passes; limitar a entrada de calor

Oxidação da raiz (açúcar):Use purga de gás inerte no ID do tubo (argônio)

Requisitos de qualificação de acordo com a Seção IX da ASME:

Registro de qualificação de procedimento (PQR):Deve documentar testes de tração, flexão e (para serviços de fluência) de{0}temperatura elevada

Qualificação de desempenho do soldador (WPQ):Realizado em N08811 ou material equivalente

Teste de dureza:Necessário para aplicações NACE MR0175

Considerações sobre soldagem em campo para petróleo e gás:

Manutenção de pré-aquecimento:Para tubos de grande diâmetro em condições ambientais frias, mantenha o pré-aquecimento com mantas de aquecimento de cerâmica

Monitoramento de temperatura entre passes:Use pirômetro de contato ou termômetro infravermelho

Purga traseira:Essencial para a qualidade do passe de raiz; mantenha a purga de argônio até que pelo menos 1/4 polegada de espessura da solda seja depositada

Limpeza pós{0}}soldagem:Remover tinta térmica e respingos; para tubo recozido brilhante, restaure a superfície com lixamento leve ou decapagem local

5. P: Quais são as principais especificações de aquisição e considerações de conformidade com o código para tubos ASME SB407 N08811 para petróleo e gás?

A:A aquisição de tubos ASME SB407 UNS N08811 para aplicações de petróleo e gás requer atenção cuidadosa aos detalhes das especificações, requisitos de certificação e testes suplementares. Material-não conforme pode atrasar projetos e exigir retrabalho caro.

Requisitos obrigatórios de aquisição para conformidade com a ASME:

1. Especificação:"O tubo sem costura deve ser fornecido de acordo com ASME SB407 (não ASTM B407) – UNS N08811 (Incoloy 800HT)." Para serviços sob pressão de petróleo e gás, a designação ASME é necessária para conformidade com o Código.

2. Verificação química:O MTR deve documentar todos os elementos de acordo com UNS N08811. Valores críticos:

Carbono:0,06–0,10% (valor real, não apenas "0,10% no máximo")

Alumínio + Titânio:0,30% mínimo combinado

Níquel: 30.0–35.0%

Cromo: 19.0–23.0%

3. Verificação do tratamento térmico (crítico para 800HT):

Temperatura de recozimento da solução:Mínimo de 2150 graus F (1177 graus)

Método de resfriamento:Têmpera em água ou resfriamento rápido ao ar

Tamanho do grão:Normalmente ASTM No. 3–5 (documentado de acordo com ASTM E112)

4. Propriedades mecânicas:

Resistência à tracção:75 ksi (517 MPa) mínimo

Força de rendimento (compensação de 0,2%):30 ksi (207 MPa) mínimo

Alongamento:30% mínimo

5. Exame não destrutivo:

Teste hidrostático:Pressão e duração documentadas

Exame ultrassônico (UT):De acordo com ASTM E213 (recomendado para diâmetros grandes)

Teste de correntes parasitas (ECT):De acordo com ASTM E426 (alternativa para diâmetro pequeno)

Requisitos complementares para serviços de petróleo e gás:

Conformidade com NACE MR0175 para petróleo e gás ácidos:Se o tubo for exposto a H₂S úmido (serviço ácido), aplica-se a NACE MR0175/ISO 15156. Para N08811:

A liga não é automaticamente qualificada; qualificação requer tratamento térmico específico (solução recozida) e controle de dureza

Dureza máxima:35 HRC (normalmente 30–32 HRC para 800HT)

Teste SSC:Pode ser exigido pela NACE TM0177 (Método A ou D)

Muitas especificações de petróleo e gás restringem o N08811 a serviços agradáveis– sempre verifique com o comprador

Requisitos de documentação para conformidade com o Código ASME:

Para tubulações de petróleo e gás conforme ASME B31.3, é necessária a seguinte documentação:

Relatório de Teste de Material (MTR):Certificado com designação ASME SB407, número de bateria, todos os resultados de testes

Rastreabilidade térmica:Cada comprimento de tubo marcado com número de calor; rastreável ao MTR

Declaração de conformidade do código:"O material atende a todos os requisitos da ASME SB407 e ASME Seção II, Parte D para UNS N08811"

Para construção de vasos de pressão (ASME Seção VIII):A documentação adicional inclui:

Formulário U-1:Relatório de dados do fabricante para vaso de pressão

Relatório de dados parciais:Para materiais fornecidos ao fabricante da embarcação

Estampagem:Cada embarcação carimbada com o símbolo ASME U

Armadilhas comuns de aquisição:

Armadilha 1:Especificando ASTM B407 em vez de ASME SB407 para trabalho de código.Correção:Para construção do Código ASME, especifique ASME SB407.

Armadilha 2:Supondo que N08811 seja automaticamente qualificado pela NACE MR0175 para serviço ácido.Correção:Verifique a qualificação; a maior parte do N08811 é fornecida apenas para serviços agradáveis.

Armadilha 3:Aceitando MTR com temperatura de recozimento de solução abaixo de 2150 graus F.Correção:Exigir temperatura documentada maior ou igual a 2150 graus F; caso contrário, o material é 800H (N08810) e não 800HT.

Armadilha 4:Não especificando tolerâncias de grandes diâmetros (linearidade, ovalidade).Correção:ASTM SB407 não os especifica; adicionar requisitos suplementares.

Armadilha 5:Pedido de uma fábrica sem certificação ASME SB407.Correção:Verifique se a fábrica possui certificados ASME apropriados para produção de SB407.

Resumo de especificações de aquisição recomendadas para petróleo e gás:

ESPECIFICAÇÃO DO MATERIAL: Tubo sem costura conforme ASME SB407 – UNS N08811 (Incoloy 800HT). TRATAMENTO TÉRMICO: Solução recozida a 2150 graus F (1177 graus) no mínimo, temperada com água. Tamanho de grão ASTM No. 3–5. QUÍMICA: De acordo com UNS N08811 com carbono 0,06–0,10% real; Al+Ti Maior ou igual a 0,30%. PROPRIEDADES MECÂNICAS: Tração maior ou igual a 75 ksi, rendimento maior ou igual a 30 ksi, alongamento maior ou igual a 30%, dureza menor ou igual a 35 HRC. TESTE: Teste hidrostático de acordo com ASME SB407. 100% de exame ultrassônico de acordo com ASTM E213. CERTIFICAÇÃO: MTR certificado com designação ASME SB407, temperatura de recozimento de solução documentada (maior ou igual a 2150 graus F), medição de tamanho de grão e rastreabilidade térmica. NACE MR0175 (se necessário): O material deve estar em conformidade com NACE MR0175/ISO 15156 para serviço ácido. Dureza máxima 35 HRC. Teste SSC de acordo com NACE TM0177, se especificado. DIMENSÕES: De acordo com ASME SB407 com tolerância de diâmetro externo suplementar ±0,010 polegadas para tamanhos menores ou iguais a 4 polegadas. Retidão de 0,030 polegadas por pé no máximo. Ovalidade 1% do DO máximo. MARCAÇÃO: Cada comprimento de tubo marcado com ASME SB407, UNS N08811, número de calor, tamanho, espessura da parede e pressão de teste hidrostático.