Cijevi API 5L, A106 i A333: stupnjevi, nazivni tlak i ispitivanja

Tri standarda, tri različita posla

Kupci koji se tek upoznaju s cijevima od ugljičnog čelika često tretiraju API 5L, ASTM A106 i ASTM A333 kao međusobno zamjenjive opise istog proizvoda, jer na prvi pogled svaki pokriva bešavne cijevi od ugljičnog čelika u sličnom rasponu veličina. Nisu zamjenjivi. Svaka je norma napisana za različite uvjete usluge i svaka regulira kemiju, toplinsku obradu i ispitivanje na način koji odgovara toj usluzi. API 5L je specifikacija cjevovoda napisana oko prijenosa nafte i plina i organizirana prema stupnju čvrstoće s dvije razine specifikacije proizvoda. ASTM A106 je visokotemperaturna radna specifikacija za bešavne cijevi od ugljičnog čelika koje se koriste u procesnim cjevovodima, gdje su kontrolna svojstva vlačna čvrstoća na sobnoj temperaturi plus dopuštene vrijednosti naprezanja koje ASME B31.3 dodjeljuje na povišenoj temperaturi. ASTM A333 je specifikacija za rad na niskim temperaturama, gdje je cijeli dizajn serije razreda vođen žilavošću zareza na temperaturi ispod nule.

Važno je postići pravu obitelj jer tri standarda prihvaćaju različite gornje granice ugljika i mangana, različitu praksu deoksidacije, različitu učestalost ispitivanja i različita ispitivanja bez razaranja. Cijev koja zadovoljava jedno neće automatski zadovoljiti drugo, a dvostruko certificirana cijev mora zadovoljiti oba istovremeno. Odjeljci u nastavku navode kako svaki standard definira svoj proizvod, kako se izračunava obuzdavanje tlaka i što bi kupac trebao provjeriti prije prihvaćanja serije.

Zadržavanje tlaka: izračun koji povezuje promjer, zid i nagib

Zadržavanje unutarnjeg tlaka izračunava se Barlowljevom relacijom, koja izražava naprezanje obruča u cilindru tankih stijenki kao unutarnji tlak pomnožen s promjerom i podijeljen s dvostrukom debljinom stjenke. Preuređeno za dizajn, dopušteni tlak je dvostruko dopušteno naprezanje pomnoženo s debljinom stijenke podijeljeno s vanjskim promjerom. Svaki kod cjevovoda i cjevovoda dodaje modifikatore povrh tog osnovnog izraza: ASME B31.8 primjenjuje faktor dizajna koji ovisi o gustoći naseljenosti duž pravca puta plus faktor spoja i faktor smanjenja temperature, dok ASME B31.3 primjenjuje faktor koda i koristi tabelarno prikazana dopuštena naprezanja koja već uključuju smanjenje ovisno o temperaturi.

Posljedica za nabavu je da isti nazivni stupanj daje vrlo različitu sposobnost tlaka ovisno o tome koji kod i koji faktor dizajna vlada. Cijev vanjskog promjera 323,9 mm sa stijenkom od 8 mm prema API 5L X52 sadržavat će znatno viši projektirani tlak pod šifrom dalekovoda pri niskom projektnom faktoru od iste cijevi koja se koristi kao procesni cjevovod prema rafinerijskom kodu koji primjenjuje drugačiji faktor i nižu dopuštenu povišenu temperaturu. Kupci bi stoga trebali primiti projektirani tlak, projektnu temperaturu, mjerodavnu šifru i osnovu dopuštenog naprezanja u pisanom obliku, jer se debljina stijenke ne može provjeriti samo prema stupnju.

Slijede dvije praktične točke. Prvo, navedena debljina stijenke je nominalna vrijednost s dopuštenom minus tolerancijom, a izračuni tlaka trebaju koristiti minimalnu stijenku, a ne nazivnu stijenku; API 5L dopušta minus toleranciju na debljinu stijenke koja varira ovisno o proizvodnom putu i veličini. Drugo, dopuštenje za koroziju dodaje se izračunatom zidu, a ne oduzima od njega, tako da će narudžba napisana na izračunatom zidu bez dopuštenja biti premala debljina za projektirani životni vijek u bilo kojoj mokroj ili kiseloj uporabi.

API 5L: Cijevi s ocjenom čvrstoće s dvije razine kvalitete

API 5L organizira proizvod prema oznaci stupnja, u rasponu od L175/A25 do L830/X120, i prema razini specifikacije proizvoda. PSL1 je osnovna razina: definirana kemijska tablica, vlačno ispitivanje, hidrostatsko ispitivanje i ograničeno ispitivanje bez razaranja. PSL2 je viša razina, a razlike su značajne, a ne kozmetičke. PSL2 dodaje maksimalnu granicu razvlačenja uz minimalnu, nalaže Charpy V-zareze na udarnom ispitivanju tijela, zavara i zone utjecaja topline, steže fosfor i sumpor, ograničava ekvivalent ugljika i zahtijeva nedestruktivnu inspekciju zavarenog šava za zavareni proizvod.

Za kupca, PSL2 je ispravan izbor gdje god je cjevovod projektiran prema prijenosnom kodu s planom kontrole loma, gdje god projektirana temperatura padne ispod nule ili gdje god će cijev prenositi mokre ili kisele ugljikovodike. PSL1 ostaje ekonomičan i potpuno prikladan za vodove vode, vodove gnojnice, niskotlačne komunalne usluge i strukturalne primjene. Miješanje to dvoje u jednom projektu čest je izvor zabune, jer isti naziv kvalitete, na primjer L245/B, nosi različite minimalne granice razvlačenja ovisno o razini: minimalno 245 MPa pod PSL1 i raspon od 241 do 448 MPa pod PSL2.

ASTM A106: Bešavni ugljični čelik za rad na povišenim temperaturama

ASTM A106 pokriva bešavne cijevi od ugljičnog čelika za rad na visokim temperaturama u tri razreda, A, B i C, i to je radna specifikacija za procesne cjevovode, dovodne vodove kotlova, parne kolektore i krugove vrućeg ulja. Specifikacija je namjerno jednostavna u svojoj strukturi razreda i zahtjevna u svojim zahtjevima kvalitete: cijev mora biti izrađena od livenog čelika, mora biti bešavna i mora proći ispitivanje na rastezanje, ispitivanje savijanja ili ispitivanje spljoštenosti, hidrostatičko ispitivanje i provjeru analize proizvoda u usporedbi s toplinskom analizom.

Klasa B dominira tržištem jer nudi dobru ravnotežu čvrstoće i zavarljivosti. Stupanj A koristi se tamo gdje su oblikovanje i zavarivanje teški i prihvatljiva je manja čvrstoća, a stupanj C se odabire tamo gdje veća vlačna čvrstoća opravdava smanjenu zavarljivost i potrebu za kvalificiranim postupcima i kontroliranim predgrijavanjem. Budući da je A106 specifikacija za visoke temperature, svojstva koja su najvažnija nisu samo vlačne vrijednosti na sobnoj temperaturi, već dopušteno naprezanje koje projektni kod dodjeljuje u rasponu temperatura, zajedno s kontrolom veličine zrna koja održava dugotrajno ponašanje puzanja predvidljivim.

A106 prema zadanim postavkama ne zahtijeva ispitivanje udarca. To je ključna razlika od API 5L PSL2 i od A333: ako će procesni cjevovod raditi na niskim temperaturama ili ako se specifikacija vlasnika poziva na zahtjeve za udar niske temperature kao dodatni zahtjev, kupac to mora navesti. Pretpostavka da je cijev A106 razreda B testirana na udar jer ima potvrdu o ispitivanju glodalice čest je i skup nesporazum.

ASTM A333: niz niskotemperaturnih stupnjeva

ASTM A333 pokriva bešavne i zavarene cijevi od ugljičnog i legiranog čelika namijenjene radu na niskim temperaturama, a struktura njezinih razreda temelji se na temperaturi ispitivanja udarom. Grade 1 je osnovni stupanj ugljičnog čelika, Grade 6 je stupanj s niskim udjelom ugljika koji se najčešće koristi u ukapljenom plinu i cjevovodima za hladnu klimu, a Grade 3 sadrži nominalno 3,5 posto nikla za rad do oko -100 stupnjeva C. Viši stupnjevi u seriji proširuju raspon dalje u kriogeni teritorij s povećanjem sadržaja nikla.

Svaka cijev A333 mora biti toplinski obrađena, a specifikacija zahtijeva ispitivanje na udar svake serije na temperaturi određenoj za ocjenu, a rezultati su prijavljeni kao apsorbirana energija i bočno širenje. Toplinska obrada obično je potpuna normalizacija, ili normalizacija i temperiranje, ili kaljenje i temperiranje gdje je dogovoreno. Ovo je strukturna razlika između A333 i A106: A106 vam daje materijal za visoke temperature, A333 vam daje zajamčenu žilavost poda na određenoj niskoj temperaturi, a njih dvoje se ne mogu zamijeniti bez dokumentirane inženjerske procjene.

Najčešća pogreška na terenu u ovoj obitelji je naručivanje A333 Grade 6 za servis na -45 stupnjeva C, a zatim prihvaćanje A106 Grade B jer ga je mlin imao na zalihi, a vlačna svojstva na sobnoj temperaturi izgledaju jednako. Oni nisu ekvivalentni za tu uslugu: A106 Grade B nema Charpyjev zahtjev, tako da je njegovo ponašanje na nižoj polici nepoznato, a krti lom u cjevovodu hladnog ukapljenog plina prije je katastrofalan nego progresivni način kvara.

Kemija i mehanička usporedba

U tablici u nastavku navedene su nekretnine koje se najčešće uspoređuju u ocjeni ponude. Vrijednosti su standardni zahtjevi za osnovnu ocjenu; dodatni zahtjevi, specifikacije projekta i pravila ovisna o debljini mogu ih dodatno pooštriti.

Čitanje redaka otkriva logiku dizajna. A106 Grade B i A333 Grade 6 imaju vrlo sličan kemijski sastav i identičnu minimalnu vlačnu čvrstoću, ali samo jedan nosi zajamčenu udarnu energiju na niskoj temperaturi. A106 Grade C kupuje 70 MPa dodatne vlačne čvrstoće po cijeni gornjeg udjela ugljika od 0,35 posto, zbog čega je za postupke zavarivanja za Grade C potrebna veća kontrola predgrijavanja nego za Grade B. Redak API 5L X42 pokazuje što specifikacija cjevovoda čini drugačije: niži stropni udio ugljika, širi prozor mangana za mikrolegiranje i pojas čvrstoće umjesto jednog minimuma.

Ispitivanje žilavosti i pravila prihvaćanja

Ispitivanje utjecaja diskriminator je između ovih specifikacija i treba ga specificirati s istom pažnjom kao i ocjenu. Bitni parametri su ispitna temperatura, veličina i orijentacija uzorka, minimalna apsorbirana energija, minimalna bočna ekspanzija i učestalost uzorkovanja. Uobičajena pogreška pri nabavi je određivanje ispitne temperature bez navođenja odnosi li se na tijelo cijevi, metal zavara i zonu utjecaja topline, budući da se specifikacija cjevovoda primjenjuje na sve troje, dok se specifikacija izvedena iz ploče može odnositi samo na tijelo.

Za cjevovod u hladnoj klimi, temperatura ispitivanja obično je postavljena na ili ispod najniže predviđene radne temperature s marginom, a kriteriji prihvatljivosti obično su minimalna prosječna apsorbirana energija za set od tri uzorka plus donja granica za bilo koji pojedinačni uzorak. Za kritične uvjete rada specifikacija može dodati ispitivanje kidanja pri padu kako bi se potvrdila otpornost na lom pri trčanju smicanjem, ili ispitivanje pomaka otvaranja vrha pukotine za podršku inženjerskoj kritičnoj procjeni nedostataka zavara. Kupci bi trebali zahtijevati da stvarne vrijednosti ispitivanja budu ispisane na potvrdi; izjava da je cijev usklađena nije zamjena za broj.

Ispitivanje bez razaranja, hidrostatsko ispitivanje i učinkovitost zglobova

Sve tri specifikacije zahtijevaju hidrostatsko ispitivanje svake duljine, koje se održava u minimalnom razdoblju definiranom standardom i provodi se pri tlaku izračunatom iz debljine stijenke i stupnja. Ispitni tlakovi su provjera tlačne nepropusnosti i strukturalnog integriteta, a ne dokazni test do uništenja, a standard definira strop tako da samo ispitivanje ne ošteti cijev. Zapise o ispitivanju prstenom, zapise o dijagramima tlaka i identifikaciju operatera treba sačuvati.

Nedestruktivno ispitivanje zavarenog šava mjesto je gdje se specifikacije najoštrije razlikuju. Bešavne cijevi se ispituju na laminacije i uzdužne nedostatke ultrazvučnim metodama ili metodama curenja fluksa, ovisno o zahtjevima narudžbe. Zavarena cjevovodna cijev pod PSL2 zahtijeva ispitivanje šava, a opseg i metoda definirani su standardom i bilo kojim dodatnim zahtjevom na koji se poziva kupac. Procesni cjevovod prema kodu kao što je ASME B31.3 može zahtijevati radiografsko ili ultrazvučno ispitivanje obodnih zavara umjesto šava cijevi, a učinkovitost spoja koja se koristi u proračunu tlaka ovisi o postignutoj razini ispitivanja. Kupac koji prihvati cijev na temelju dobavljačevog internog izvješća o inspekciji, bez izvješća koje identificira metodu, referentni standard i kriterije prihvaćanja, nema načina provjeriti zajedničku učinkovitost pretpostavljenu u dizajnu.

Za zavarenu cijev, učinkovitost spoja u izračunu tlaka obično se uzima kao 1,0 samo kada je šav ispitan do razine koju zahtijeva važeći kod. Električno otporno zavarena cijev s pravilno normaliziranim šavom i punim pregledom ispunjava uvjete; peći sučeono zavarena cijev ne, a njen niži faktor spoja mora se odraziti na potrebnu debljinu stijenke.

Premaz, krajnja zaštita i dugoročni integritet

Niti jedna od ove tri specifikacije ne pokriva vanjsku zaštitu od korozije, ali odabir premaza određuje životni vijek ukopane linije jednako kao i vrsta čelika. Troslojni polietilenski sustav koji se nanosi na površinu očišćenu pjeskarenjem, specificiran kroz ISO 21809-1 ili DIN 30670, zajedno s pravilno projektiranim sustavom katodne zaštite prema NACE SP0169, normalna je osnova za projektirani životni vijek preko 50 godina na ukopanom cjevovodu od ugljičnog čelika. Fuzijsko vezani epoksid prema ISO 21809-2 uobičajeni je izbor za jednoslojni sloj gdje je radna temperatura umjerena, a rizik od mehaničkog oštećenja nizak.

Krajevi cijevi zaslužuju posebnu pozornost. Goli krajevi se ostavljaju za obalno zavarivanje, što znači da su krajevi dio cijevi najizloženiji mehaničkim oštećenjima, ovalnosti i vlazi tijekom transporta i skladištenja. Teški štitnici za kosine, završni poklopci i vanjski omoti sprječavaju ureze i ovalnost koji kasnije uzrokuju visoko-nisko neusklađenost i popravak zavara. U skladištu, cijevi bi trebale počivati ​​na drvenim ili gumenim nosačima s premazom bez tla, a privezi bi trebali biti široki najlonski, a ne lančani.

Kontrolni popis specifikacija za kupce

Prije izdavanja narudžbe, potvrdite sljedeće u pisanom obliku: važeći projektni kod i faktor dizajna, projektni tlak i projektnu temperaturu, minimalnu i maksimalnu temperaturu metala za procjenu žilavosti, potrebnu temperaturu ispitivanja udarom i prihvatljive vrijednosti za tijelo, zavarivanje i toplinski pogođenu zonu, razinu specifikacije proizvoda za bilo koju stavku API 5L, potrebnu metodu ispitivanja bez razaranja i razinu prihvatljivosti za šav, hoće li inspekcijska agencija treće strane svjedočiti ispitivanju, sustav premaza sa svojim standardom i debljinom klasa, završna obrada i pojedinosti o kosini te paket dokumentacije uključujući sadržaj potvrde o ispitivanju glodalice i zapise o toplinskoj obradi.

Po primitku, provjerite odgovaraju li stupanj i bilo koji sufiks uvjeta utisnut na cijevi certifikatu, odgovaraju li toplinski brojevi, odgovaraju li kemijski i mehanički rezultati standardnim zahtjevima, a ne samo da su prijavljeni, te jesu li vrijednosti utjecaja dobivene na navedenoj temperaturi s navedenom orijentacijom uzorka. Gdje se nudi dvostruko certificirana cijev, na primjer cijev certificirana i prema API 5L i prema ASTM A106, provjerite zadovoljava li kemijski sastav strože od ta dva ograničenja i pokriva li režim ispitivanja zahtjeve oba, jer dvostruka certifikacija dodaje vrijednost samo kada su dokazi potpuni.

Često postavljana pitanja

P: Može li se cijev ASTM A106 razreda B koristiti za niskotemperaturni plinovod?
Ne bez inženjerske procjene. A106 ne zahtijeva ispitivanje udarom, tako da njegova žilavost zareza na temperaturi ispod ništice nije karakterizirana. Niskotemperaturni vod trebao bi koristiti ASTM A333 stupanj 6 ili API 5L PSL2 stupanj s navedenom temperaturom ispitivanja na udar ispod projektirane minimalne temperature metala.

P: Je li API 5L PSL1 cijev slabije kvalitete od ASTM A106 razreda B?
Oni se bave različitim dužnostima, a ne različitim razinama kvalitete. Linijska cijev PSL1 provjerava čvrstoću i nepropusnost pod pritiskom za uslugu prijenosa, dok A106 provjerava svojstva za uslugu procesa na povišenim temperaturama i zahtijeva mrtvi čelik. Što je bolje ovisi o kodu dizajna, temperaturi i zahtjevu za žilavost.

P: Koji stupnjevi u ASTM A333 služe za najniže temperature?
Niz se proteže prema dolje kako sadržaj nikla raste. Grade 1 i Grade 6 služe oko -45 stupnjeva C, Grade 3 s nominalno 3,5 posto nikla doseže oko -100 stupnjeva C, a viši stupnjevi nikla u seriji idu još niže, svaki sa svojom potrebnom temperaturom ispitivanja na udar.

P: Kako se izračunava najveći dopušteni radni tlak?
Iz Barlow odnosa, korištenjem vanjskog promjera i minimalne debljine stijenke, s dopuštenim naprezanjem ili faktorom dizajna koji daje važeći kod, plus faktori smanjenja spoja i temperature. Nazivni zid nikada se ne smije koristiti umjesto minimalnog zida za izračun.

P: Zašto ista klasa pokazuje različitu granicu razvlačenja pod PSL1 i PSL2?
PSL2 definira raspon čvrstoće s podom i stropom, tako da je nominalni minimum podešen na vrijednost koja je u skladu s tim rasponom, dok PSL1 definira samo pod. Cijev se ne razlikuje po vrsti, ali prozor prihvaćanja i povezano ispitivanje su različiti.

P: Zahtijevaju li ove specifikacije ispitivanje udarom zavara i zone utjecaja topline?
API 5L PSL2 zahtijeva ispitivanje tijela, zavara i zone utjecaja topline na udar. ASTM A333 zahtijeva ispitivanje cijevi kao niskotemperaturnog proizvoda na udar, s detaljima određenim specifikacijom. ASTM A106 ne zahtijeva ispitivanje udarom osim ako se kupac ne pozove na dodatni zahtjev, koji bi tada trebao navesti lokacije i kriterije prihvaćanja.