API 5L, A106 ja A333 putki: arvot, paineluokitukset ja testit

Kolme standardia, kolme erilaista työtä

Hiiliteräsputkien uudet ostajat pitävät API 5L:tä, ASTM A106:ta ja ASTM A333:a usein saman tuotteen vaihtokelpoisina kuvauksina, koska yhdellä silmäyksellä kukin kattaa samankokoisen saumattoman hiiliteräsputken. Ne eivät ole keskenään vaihdettavissa. Jokainen standardi on kirjoitettu eri palveluolosuhteita varten, ja jokainen hallitsee kemiaa, lämpökäsittelyä ja testausta kyseiselle palvelulle sopivalla tavalla. API 5L on öljyn ja kaasun siirtoon kirjoitettu putkispesifikaatio, joka on järjestetty lujuusluokan mukaan kahdella tuotespesifikaatiotasolla. ASTM A106 on korkean lämpötilan huoltospesifikaatio prosessiputkistoissa käytettävälle saumattomalle hiiliteräsputkelle, jossa ohjaavia ominaisuuksia ovat vetolujuus huoneenlämpötilassa sekä ASME B31.3:n korotetussa lämpötilassa määrittämät sallitut jännitysarvot. ASTM A333 on matalan lämpötilan huoltospesifikaatio, jossa koko laatusarjan suunnittelua ohjaa lovin sitkeys pakkasessa.

Perheen saaminen oikein on tärkeää, koska kolme standardia hyväksyvät erilaiset hiili- ja mangaanikatot, erilaiset hapettumiskäytännöt, erilaiset testitiheydet ja erilaiset ainetta rikkomattomat tarkastukset. Putki, joka tyydyttää yhtä, ei automaattisesti tyydytä toista, ja kaksoissertifioidun putken on täytettävä molemmat samanaikaisesti. Alla olevissa osioissa kerrotaan, miten kukin standardi määrittelee tuotteensa, kuinka paineenrajoitus lasketaan ja mitä ostajan tulee tarkistaa ennen erän hyväksymistä.

Paineenrajoitus: Laskelma, joka yhdistää halkaisijan, seinän ja asteen

Sisäinen paineenrajoitus lasketaan Barlow-suhteella, joka ilmaisee vannejännityksen ohutseinäisessä sylinterissä sisäisenä paineena kerrottuna halkaisijalla ja jaettuna kaksinkertaisella seinämän paksuudella. Suunnittelua varten uudelleenjärjestettynä sallittu paine on kaksi kertaa sallittu jännitys kertaa seinämän paksuus jaettuna ulkohalkaisijalla. Jokainen putkisto- ja putkistokoodi lisää modifikaatioita peruslausekkeen päälle: ASME B31.8 käyttää suunnittelutekijää, joka riippuu väestötiheydestä tienvarrella sekä liitostekijää ja lämpötilan vähennyskerrointa, kun taas ASME B31.3 käyttää kooditekijää ja käyttää taulukoituja sallittuja jännityksiä, jotka sisältävät jo lämpötilasta riippuvan vähennyksen.

Seurauksena hankinnalle on, että sama nimellislaatu antaa hyvin erilaisen painekyvyn riippuen siitä, mikä koodi ja mikä suunnittelutekijä ohjaa. Ulkohalkaisijaltaan 323,9 mm:n putki, jonka seinämä on 8 mm API 5L X52:ssa, sisältää olennaisesti korkeamman suunnittelupaineen siirtolinjakoodin alaisena alhaisella suunnittelukertoimella kuin samassa putkessa, jota käytetään prosessiputkistona jalostamokoodin mukaisesti, joka käyttää eri kerrointa ja alempaa korkeampaa sallittua lämpötilaa. Ostajien tulee siksi saada suunnittelupaine, suunnittelulämpötila, ohjekoodi ja sallittu jännityspohja kirjallisesti, koska seinämän paksuutta ei voida verrata pelkästään laatuun.

Seuraavaksi kaksi käytännön asiaa. Ensinnäkin määritetty seinämän paksuus on nimellisarvo sallitulla miinustoleranssilla, ja painelaskelmissa tulisi käyttää minimiseinämää nimellisseinän sijaan; API 5L sallii seinämän paksuuden miinustoleranssin, joka vaihtelee valmistusreitin ja koon mukaan. Toiseksi korroosiovara lisätään laskettuun seinään, ei vähennetä siitä, joten laskettuun seinään kirjoitettu tilaus ilman lisäystä jää alle paksuuden mitoitusiän ajan missä tahansa märässä tai hapan käytössä.

API 5L: Vahvuusluokkainen linjaputki kahdella laatutasolla

API 5L järjestää tuotteen laatumerkintöjen mukaan, jotka vaihtelevat L175/A25:stä L830/X120:een, ja tuotespesifikaatiotason mukaan. PSL1 on perustaso: määritelty kemiallinen taulukko, vetokoe, hydrostaattinen testi ja rajoitettu ainetta rikkomaton tutkimus. PSL2 on korkeampi taso, ja erot ovat merkittäviä pikemminkin kuin kosmeettisia. PSL2 lisää suurimman myötölujuuden minimin rinnalle, vaatii Charpyn V-lovitörmäystestauksen rungolle, hitsausalueelle ja lämmön vaikutukselle, kiristää fosforia ja rikkiä, rajoittaa hiiliekvivalenttia ja vaatii hitsaustuotteen hitsaussauman rikkomattoman tarkastuksen.

Ostajalle PSL2 on oikea valinta aina, kun linja on suunniteltu siirtokoodiin, jossa on murtumanhallintasuunnitelma, missä suunnittelulämpötila laskee alle nollan tai missä putki kuljettaa märkää tai hapanta hiilivetyä. PSL1 on edelleen taloudellinen ja täysin riittävä vesilinjoihin, lietejohtoihin, matalapaineisiin sähköpalveluihin ja rakenteellisiin sovelluksiin. Molempien sekoittaminen yhteen projektiin on yleinen hämmennyksen lähde, koska samalla lajikkeella, esimerkiksi L245/B, on erilainen myötölujuus tasosta riippuen: PSL1:ssä vähintään 245 MPa ja PSL2:ssa 241–448 MPa.

ASTM A106: Saumaton hiiliteräs korkean lämpötilan huoltoon

ASTM A106 kattaa saumattomat hiiliteräsputket korkean lämpötilan huoltoon kolmessa luokassa, A, B ja C, ja se on työhevosspesifikaatio prosessiputkistoon, kattiloiden syöttölinjoihin, höyryn kokoajiin ja kuumaöljypiireihin. Spesifikaatio on laaturakenteeltaan tarkoituksella yksinkertainen ja laatuvaatimuksiltaan vaativa: putken tulee olla tapetoidusta teräksestä valmistettua, saumatonta ja sen on läpäistävä vetokoe, taivutus- tai tasoituskoe, hydrostaattinen testi ja tuoteanalyysitesti lämpöanalyysiin nähden.

Luokka B hallitsee markkinoita, koska se tarjoaa hyvän lujuuden ja hitsattavuuden tasapainon. A-luokkaa käytetään, kun muovaus ja hitsaus ovat tiukkoja ja pienempi lujuus on hyväksyttävää, ja luokka C valitaan, kun suurempi vetolujuus oikeuttaa hitsattavuuden heikkenemisen ja pätevien toimenpiteiden ja hallitun esilämmityksen tarpeen. Koska A106 on korkean lämpötilan eritelmä, tärkeimmät ominaisuudet eivät ole pelkästään huoneenlämpötilan vetolujuusarvot, vaan suunnittelukoodin sallima jännitys lämpötila-alueella sekä raekoon säätö, joka pitää pitkän aikavälin virumiskäyttäytymisen ennustettavana.

A106 ei vaadi oletusarvoisesti iskutestausta. Tämä on olennainen ero API 5L PSL2:sta ja A333:sta: jos prosessiputkisto toimii alhaisessa lämpötilassa tai jos omistajan spesifikaatioissa on lisävaatimuksena vaadittu matalan lämpötilan iskuja, ostajan on ilmoitettava se. Oletetaan, että A106-luokan B putki on iskutestattu, koska sillä on myllytestitodistus, on yleinen ja kallis väärinkäsitys.

ASTM A333: Low-Temperature Grade Series

ASTM A333 kattaa saumattoman ja hitsatun hiili- ja seosteräsputken, joka on tarkoitettu matalan lämpötilan huoltoon, ja sen laaturakenne on rakennettu iskutestilämpötilan ympärille. Grade 1 on perushiiliteräslaatu, Grade 6 on vähähiilinen laatu, jota käytetään yleisimmin nestekaasun ja kylmän ilmaston putkistoissa, ja Grade 3 sisältää nimellisesti 3,5 prosenttia nikkeliä käytettäväksi noin -100 asteeseen asti. Sarjan korkeammat teräslaadut laajentavat valikoimaa edelleen kryogeeniselle alueelle nikkelipitoisuuden kasvaessa.

Jokainen A333-putki on lämpökäsiteltävä, ja spesifikaatio edellyttää jokaisen erän iskutestausta laadulle määritetyssä lämpötilassa, ja tulokset ilmoitetaan absorboituneena energiana ja sivuttaislaajenemisena. Lämpökäsittely on normaalisti täysi normalisointi tai normalisointi ja temperointi tai jäähdytys ja temperointi sovittaessa. Tämä on rakenteellinen ero A333:n ja A106:n välillä: A106 antaa sinulle korkean lämpötilan materiaalin, A333 takaa lattian sitkeyden tietyssä alhaisessa lämpötilassa, ja näitä kahta ei voida korvata ilman dokumentoitua teknistä arviointia.

Yleisin kenttävirhe tässä perheessä on tilata A333 Grade 6 huoltoon -45 asteeseen ja sitten hyväksyä A106 Grade B, koska tehtaalla oli sitä varastossa ja huoneenlämpöiset vetoominaisuudet näyttävät vastaavilta. Ne eivät ole vastaavia kyseiselle palvelulle: A106 Grade B:ssä ei ole Charpy-vaatimusta, joten sen käyttäytyminen alemmalla hyllyllä on tuntematon, ja hauras murtuma kylmässä nesteytetyssä kaasulinjassa on katastrofaalinen pikemminkin kuin progressiivinen vikatila.

Kemia ja mekaaninen vertailu

Alla olevassa taulukossa on esitetty tarjouksen arvioinnissa useimmin verratut kiinteistöt. Arvot ovat peruslaadun vakiovaatimuksia; lisävaatimukset, projektispesifikaatiot ja paksuudesta riippuvat säännöt voivat tiukentaa niitä entisestään.

Rivien poikki lukeminen paljastaa suunnittelulogiikan. A106 Grade B:llä ja A333 Grade 6:lla on hyvin samanlainen kemia ja sama minimivetolujuus, mutta vain yhdellä on taattu iskuenergia alhaisessa lämpötilassa. A106 Grade C ostaa 70 MPa ylimääräistä vetolujuutta 0,35 prosentin hiilikaton hintaan, minkä vuoksi luokan C hitsausmenetelmät vaativat enemmän esilämmityksen hallintaa kuin luokan B. API 5L X42 -rivillä näkyy, mitä putkispesifikaatio tekee eri tavalla: matalampi hiilikatto, leveämpi mangaaninen ikkuna mieluummin kuin yksittäinen lujuus ja mikro-vähimmäislujuus.

Sitkeystestaus- ja hyväksymissäännöt

Iskutestaus erottaa nämä eritelmät, ja se on määriteltävä yhtä huolellisesti kuin laatu. Tärkeimmät parametrit ovat testilämpötila, näytteen koko ja suunta, pienin absorboitunut energia, pienin sivuttaislaajeneminen ja näytteenottotaajuus. Yleinen hankintavirhe on määrittää testilämpötila määrittelemättä, koskeeko se putken runkoa, hitsimetallia ja lämmön vaikutuksen alaista vyöhykettä, koska linjaputkispesifikaatio koskee sitä kaikkia kolmea, kun taas levypohjainen spesifikaatio voi koskea vain runkoa.

Kylmässä ilmastossa olevalle putkilinjalle testilämpötila asetetaan normaalisti alimmalle odotetulle käyttölämpötilalle tai sen alapuolelle marginaalilla, ja hyväksymiskriteerit ovat yleensä vähintään kolmen näytteen sarjan keskimääräinen absorboitunut energia plus alaraja mille tahansa yksittäiselle näytteelle. Kriittistä käyttöä varten spesifikaatioon voidaan lisätä pudotuspainon repeytymistesti, jolla varmistetaan kestävyys juoksevaa leikkausmurtumaa vastaan, tai halkeaman kärjen aukeamissiirtymätestaus tukemaan hitsausvirheiden teknistä kriittistä arviointia. Ostajien tulee vaatia todellisten testiarvojen painamista todistukseen; lausunto siitä, että putki on vaatimusten mukainen, ei korvaa numeroa.

Rikkomaton tarkastus, hydrostaattinen testi ja nivelten tehokkuus

Kaikki kolme spesifikaatiota edellyttävät hydrostaattista testiä kaikilla pituuksilla, joita pidetään standardin määrittelemän vähimmäisajan ja joka suoritetaan seinämän paksuudesta ja laadusta lasketulla paineella. Testipaineet ovat paineen tiiviyden ja rakenteellisen eheyden tarkastusta, eivät tuhoutumistestiä, ja standardi määrittelee katon, jotta testi ei itse vaurioita putkea. Rengastestipöytäkirjat, painekaaviotiedot ja käyttäjän tunnistetiedot on säilytettävä.

Hitsisauman rikkomaton tarkastus on kohta, jossa tekniset tiedot eroavat eniten. Saumaton putki tutkitaan laminointien ja pitkittäisten vikojen varalta ultraääni- tai vuovuotomenetelmillä tilausvaatimuksista riippuen. PSL2:n mukainen hitsattu putkiputki vaatii sauman tutkimista, ja laajuus ja menetelmä määritellään standardissa ja ostajan mahdollisesti esittämissä lisävaatimuksissa. Prosessiputkisto esimerkiksi ASME B31.3:n kaltaisella koodilla saattaa edellyttää ympäryshitsausten röntgen- tai ultraäänitutkimusta putken sauman sijasta, ja painelaskelmassa käytetty liitoksen tehokkuus riippuu saavutetusta tutkimustasosta. Ostajalla, joka hyväksyy putken toimittajan sisäisen tarkastusraportin lujuuden perusteella, ilman menetelmää, vertailustandardia ja hyväksymiskriteerejä sisältävää raporttia, ei ole mahdollisuutta tarkistaa suunnittelussa oletettua liitoksen tehokkuutta.

Hitsatun putken liitoksen hyötysuhteeksi painelaskennassa otetaan normaalisti 1,0 vasta, kun sauma on tarkastettu ohjesäännön edellyttämälle tasolle. Sähkövastushitsattu putki, jossa on oikein normalisoitu sauma ja täydellinen tarkastus, kelpuutetaan; uunin puskuhitsattu putki ei, ja sen pienempi liitoskerroin tulee näkyä vaaditussa seinämän paksuudessa.

Pinnoite, päädyn suojaus ja pitkäkestoinen eheys

Mikään näistä kolmesta spesifikaatiosta ei kata ulkoista korroosiosuojausta, mutta pinnoitteen valinta määrää upotetun linjan käyttöiän yhtä paljon kuin teräslaatu. Suihkupuhdistetulle pinnalle levitetty kolmikerroksinen polyeteenijärjestelmä, joka on määritelty standardin ISO 21809-1 tai DIN 30670 mukaisesti, yhdessä NACE SP0169:n mukaisen oikein suunnitellun katodisen suojajärjestelmän kanssa on normaali perusta yli 50 vuoden suunnittelulle haudatussa hiiliteräsputkessa. Fuusiosidottu epoksi ISO 21809-2:n mukaan on tavallinen yksikerroksinen valinta, jossa käyttölämpötila on kohtalainen ja mekaanisten vaurioiden riski pieni.

Putken päät ansaitsevat erillisen huomion. Paljaat päätynauhat jätetään ympäryshitsaukseen, mikä tarkoittaa, että päät ovat se osa putkea, joka altistuu eniten mekaanisille vaurioille, soikealle ja kosteudelle kuljetuksen ja varastoinnin aikana. Raskaat viistosuojat, päätykappaleet ja ulkoiset kääreet estävät kolhuja ja soikeita, jotka myöhemmin aiheuttavat suuria tai pieniä kohdistusvirheitä ja hitsin korjauksia. Varastoinnin aikana putkien tulee levätä puu- tai kumituilla niin, että pinnoite ei ole maassa, ja silmukoiden tulee olla leveitä nailonia ketjun sijaan.

Erittelyjen tarkistuslista ostajille

Vahvista kirjallisesti ennen tilauksen antamista: hallitseva suunnittelukoodi ja suunnittelutekijä, suunnittelupaine ja suunnittelulämpötila, metallin minimi- ja maksimilämpötila sitkeyden arvioinnissa, vaadittu iskutestin lämpötila ja hyväksymisarvot rungolle, hitsausalueelle ja lämmön vaikutukselle, minkä tahansa API 5L -tuotteen tuotespesifikaatiotaso, vaadittu ainetta rikkomaton tarkastusmenetelmä ja hyväksyntätaso saumalle, suorittaako sen kolmannen osaston tarkastusjärjestelmän standardinmukaisuus. ja paksuusluokka, viimeistely- ja viistetiedot sekä dokumentaatiopaketti, joka sisältää myllytestin sertifikaatin sisällön ja lämpökäsittelytiedot.

Tarkista vastaanotettaessa, että putkeen leimattu laatu ja mahdolliset kuntoliitteet vastaavat sertifikaattia, että lämpöluvut vastaavat, että kemialliset ja mekaaniset tulokset ovat standardivaatimusten sisällä sen sijaan, että ne vain raportoidaan, ja että iskuarvot on saatu määritetyssä lämpötilassa määritetyllä näytteen suunnalla. Jos tarjotaan kaksoissertifioitua putkea, esimerkiksi putkea, joka on sertifioitu sekä API 5L:n että ASTM A106:n mukaan, tarkista, että kemia täyttää tiukemman kahdesta rajasta ja että testijärjestelmä kattaa molempien vaatimukset, koska kaksoissertifiointi lisää arvoa vasta, kun todisteet ovat täydellisiä.

Usein kysytyt kysymykset

K: Voidaanko ASTM A106 Grade B -putkea käyttää matalan lämpötilan kaasulinjassa?
Ei ilman teknistä arviointia. A106 ei vaadi iskutestausta, joten sen loven sitkeys pakkasessa ei ole karakterisoitu. Matalan lämpötilan linjassa tulisi käyttää ASTM A333 Grade 6 -laatua tai API 5L PSL2 -laatua, jonka määritetty iskutestin lämpötila on alle suunnittelun vähimmäismetallilämpötilan.

K: Onko API 5L PSL1 -putki huonompi laatu kuin ASTM A106 Grade B?
Ne koskevat erilaisia ​​tehtäviä eri laatutasojen sijaan. PSL1-linjaputki varmistaa lujuuden ja painetiiviyden siirtopalvelua varten, kun taas A106 varmistaa korkean lämpötilan prosessin ominaisuudet ja vaatii tapetoitua terästä. Kumpi on parempi, riippuu suunnittelukoodista, lämpötilasta ja sitkeysvaatimuksesta.

K: Mitkä ASTM A333:n lajikkeet palvelevat alhaisimpia lämpötiloja?
Sarja laajenee alaspäin nikkelipitoisuuden noustessa. Grade 1 ja Grade 6 palvelee noin -45 astetta C, Grade 3, jossa on nimellisesti 3,5 prosenttia nikkeliä, saavuttaa noin -100 astetta, ja sarjan korkeammat nikkelilaadut menevät vielä alemmas, jokaisella on oma vaadittu iskutestin lämpötila.

K: Miten suurin sallittu käyttöpaine lasketaan?
Barlow'n suhteesta, käyttämällä ulkohalkaisijaa ja seinämän vähimmäispaksuutta, sallitulla jännitys- tai suunnittelukertoimella, joka on toimitettu hallitsevan koodin mukaan, sekä liitoksen ja lämpötilan vähennyskertoimet. Nimellisseinää ei saa koskaan käyttää laskennassa vähimmäisseinän sijasta.

K: Miksi samalla laadulla on eri myötöraja PSL1:ssä ja PSL2:ssa?
PSL2 määrittelee lujuusalueen, jossa on sekä lattia että katto, joten nimellisminimi säädetään arvoon, joka on yhdenmukainen kyseisen kaistan kanssa, kun taas PSL1 määrittelee vain lattian. Putki ei ole luonteeltaan erilainen, mutta vastaanottoikkuna ja siihen liittyvä testaus ovat erilaisia.

K: Edellyttävätkö nämä vaatimukset hitsin ja lämmön vaikutusalueen iskutestausta?
API 5L PSL2 vaatii iskutestauksen rungosta, hitsistä ja lämmön vaikutuksesta. ASTM A333 edellyttää putken iskutestausta matalan lämpötilan tuotteena spesifikaation mukaan. ASTM A106 ei vaadi iskutestausta, ellei ostaja vedota lisävaatimukseen, jonka tulee sitten ilmoittaa sijainnit ja hyväksymiskriteerit.