בחירת החומרים הנכונים עבור שמן offshore וציוד גז הוא אחד המהנדסים הקריטיים ביותר ומנהלי הפרויקט פנים. הסביבה הימית מציגה מערכת נוקשה ייחודית של תנאים - חשיפה מתמדת למים מלח, לחץ קיצוני, תנודות טמפרטורה רחב, ו הידרופחמימנים קורוזיים. חומר המבצע היטב במעבדה עשוי להיכשל באופן קטסטרופלי לאחר כמה חודשים על פלטפורמה או התקנת ים.

האתגרים הייחודיים של הסביבה Offshore

ציוד Offshore חייב לעמוד סביבות כי הם הרבה יותר אגרסיבי מאשר על הגדרות תעשייתיות החוף. שלושה מתחים מרכזיים משלבים כדי להאיץ את ההשפלה החומרית:

  • (FLT:0Seawater Corrosion:FLT:1) Chlorides במי הים לתקוף משטחים מתכת, גרימת פיזור, קורוזיה crevice, ו הלחץ corrosion סדק.שילוב של חמצן, סלמון, ופעילות מיקרוביאלית עושה שיעורי קורוזיה offshore באופן משמעותי יותר מאשר במים טריים או אוויר.
  • (FLT:0) לחץ וטמפרטורות גבוהות: 1FLT:1 צוללות צינורות לפעול בלחץ של מעל 15,000 psi וטמפרטורות מעל 250 מעלות צלזיוס חומרים חייב לשמור על כוח ודוכסיות בתנאים אלה ללא זחל או מגרד.
  • (FLT:0) ⁇ ⁇ ו Fatigue:phs: 1 גלים, זרמים ורוח יוצרים מתחים מחזוריים. מפרקים וחיבורים נוטים במיוחד לעייפות אם ברירה חומרית אינה אחראית לקשידות שבורה.

גורמים אלה אינם עצמאיים - הם אינטראקציה.לדוגמה, טמפרטורה גבוהה מפחיתה את יעילותם של ציפויים רבים, בעוד לחץ גבוה יכול להאיץ את התגלמות מימן בפלדות גבוהות.

בחירת החומרי

בעוד הרשימה המקורית של התנגדות קורוזיה, כוח מכני, סובלנות טמפרטורה, עלות והשפעה סביבתית נכונה, כל קריטריון ראוי בדיקה עמוקה יותר.

קורוזיה התנגדות מכניזם

התנגדות קורוזיה מושגת באמצעות סרטים פסיביים (כמו פלדות אל-חלד) או באמצעות הגנה אקטיבית (ההגנה, הגנה קטוודית).

  • (FLT:0) הערכת מספר ההתנגדות שווה ערך (PREN): 1 ערך מחושב המבוסס על כרום, molybdenum ו חנקן תוכן.עבור שירות offshore, PreN מעל 32 הוא טיפוסי; עבור שירות sour חמור, PREN מעל 40 נדרש.
  • (FLT:0) צ'ורריד מתח קורוזיה (CSCCIRLT:1 Austenitic נירוסטה פלדה רגישים בטמפרטורות גבוהות.
  • (FLT:0) סדקים מתח (SSC): ibph:1 בשירות גז sour (H2S הנוכחי), חומרים חייבים לעמוד בדרישות NACE MR0175/ISO 15156.

כוח מכני ואומץ

ציוד Offshore מיועד עם גורם בטיחות, אבל כוח התשואות של החומר, כוח רבייה, וקשידות שבור יש לבדוק את טווח הטמפרטורה התפעולי המלא.קשה של Low-tempture חשובה במיוחד עבור מטרופולין או עמוק מים, שבו טמפרטורות מכוסות ליד קרקעית הים יכול לגשת 4 ° C (39 ° F).

  • (FLT:0) Charpy V-notch effect TestFIRLT:1) הוא סטנדרטי עבור חומרים זכאים עבור שירות קריטי.
  • (FLT:0) תחזיות החיים של FLT:1rea מסתמכות על עקומות S-N ומודלים מכניקה שבר.חומרים מודרניים כמו פלדות מיקרו-קרבן נמוכות מספקים עמידות מוגברת לעייפות.

טמפרטורה סובלנות

חומרים חייבים לשמור על הנכסים שלהם מטמפרטורות תת-אפס של צינורות תחבורה ציוד לעיבוד עתירי גבוה.פרטים נפוצים כוללים:

  • API 5L עבור דירוגי צינורות קו (למשל, X65, X70) עם טווח טמפרטורה של -20 מעלות C ל +120 מעלות צלזיוס בשירות סטנדרטי.
  • ⁇ עתירי טמפרטורה גבוהים כמו Inconel 625 או 718 לשסתום תת ים ו מאניפלים חשופים נוזלים היטב מעל 200 מעלות צלזיוס.

עלויות וזמינות

עלות חומרית יכולה לייצג 30-60% מסך העלות הכוללת של ציוד.עם זאת, עלות הבעלות הכוללת (TCO) לשקול:

  • קלות מרק (ברכות, תמימות)
  • נדרשת קצבת קורוזיה (חלקים של היקסר מוסיפים משקל ועלויות)
  • תחזוקה ואימונים
  • חיי שירות צפויים (בדרך כלל 20-30 שנה לציוד קבוע)

בחירת חומר זול יותר הדורש ציפויים כבדים או החלפת תכופים לעתים קרובות מוכיחה יקר יותר במהלך חיי הנכס.

השפעה סביבתית והגנתית

תקנות סביבתיות מתדקות ברחבי העולם.הבחירה החומרית משפיעה:

  • Biodegradation of מקריות (למשל, אלסטומרס עבור חותמות כי הם פחות רעילים לחיים ימיים)
  • אחריות על decommission
  • שימוש בחומרים מסוכנים (למשל, ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ )

גופי מילואים כגון הלשכה לביטחון ולאכיפה סביבתית (BSEE) והארגון הימי הבינלאומי (IMO) כופים קווים מנחים המשפיעים על בחירות חומריות.

חומרים נפוצים בציוד Offshore - מרחיב

הרשימה המקורית היא התחלה טובה.למטה היא התמוטטות מפורטת יותר עם יישומים טיפוסיים.

פחמן ושפל נמוך

פלדה פחמן נשאר חומר הטורף עבור מבנים offshore, hulls, צינורות בשל יחס כוח מעולה שלה בעלות עלות. עם זאת, זה דורש הגנה קורוזיה חזקה.

  • (ב) [15] ,5L X65/X70sherFLT:1) - המשמש צינורות תא המטען ועלייה.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ,4130, 4340)3,340)3,340)3,340)303FLT:1 - עבור ממריצים גבוהים וכלי לחץ.

ציפויים מוגנים כגון fusion-bonded epoxy (FBE), שלוש שכבות פוליפרופילן (3LPP), והגנה קטוודית (המשחתת או הנוכחית המתרשמת) הם חובה עבור פלדה פחמן במי הים.

פלדה ללא סטיות

פלדות ללא סטטינים מספקות התנגדות קורוזיה טבועה באמצעות שכבות סגסוגת oxide חמצני פסיביות.תעשיית offshore משתמשת מספר משפחות:

  • (FLT:0)Austenitic (304/316Lrea): FLT 1:1 מטרות כלליות, אך רגישים ל- CSCC מעל 60 מעלות צלזיוס, לא מומלץ עבור שירות sour.
  • (FLT:0) Duplex / Super-Duplex (2205, 2507):FLT:1 חוזק גבוה (החזקה של 316L), התנגדות CSCC מעולה, וכדאיות טובה.
  • (ב) [15] ויקרא י"א): "אל-שי-שיה" (שם, כ"ד) (ב) ,"ב)" (שם, כ"ד)" (ב) ).

פלדות ללא סטטינים הן עלות יותר מאשר פלדה פחמן, אבל יכול לחסל את הצורך בציפויים והגנה קטוודית בכמה יישומים.

Alloys מבוסס ניקל

כאשר התנאים אגרסיביים מדי עבור פלדות אל-חלד דופלקס, Superalloys מבוסס ניקל הם הפתרון Go-to.

  • (ב) [ה] [ה]] [ה]] [ה]]]: [ה] ההתנגדות הגדולה לבור, לשחיתות, לשחיתות, לשחיתות, לשחיתות וליתר על פני השטח.
  • Hastelloy C-276FLT:1] - התנגדות גבוהה לצמצום חומצות והקורוזיה המושרה כלורינה, בשימוש במערכות הזריקה כימיות ובסביבות גזי חמוץ.
  • (ב) ,0) מנל K-50003FLT:1 - כוח גבוה והתנגדות קורוזיה במי הים, המשמש לעתים קרובות עבור ממריצים ומשאבים.

⁇ אלה יקרים (לעתים קרובות 10x העלות של פלדה פחמן) ודורשים הליכים מתפתלים זהירים, אך הם מאפשרים פעולות בבארות הקיצוניות ביותר.

טיטניום Alloys

טיטניום מציע עמידות קורוזיה יוצאת דופן, יחס חזק למשקל, ונכסים לא מגנטיים. השימוש בו גדל במי עמוק קידוח עלייה, מחליפי חום ושסתום כדור תת-ימי.

  • (ב) [15] ריגאדה 5 (עד 6 אל-4V): ⁇ 1: כוח עליון, המשמש ליישומים מבניים.
  • [01:0] ריגאדה 23 (Ti-6AltiOVA): FLT 1:1 תוספת נמוכה של קשיחות שבר משופרת בעומק.

מגבלות כוללות עלות גבוהה (בהשוואה לסגסוגת ניקל), רגישות למחזור מימן תחת הגנה קטוודית, וקשיים בהבחנה.

חומרים Composite

Composites (fiberglass, סיבים פחמן עם epoxy או vinyl ester resinsinsins) משמשים יותר ויותר עבור רכיבים קלים, לא קורוזיים.

  • מערכות פיפינג למים ים, מים אש והזרקה כימית
  • סיפון, כפות ידיים, ופאנלים מבניים
  • מודולים של צוללת וכיסויי מגן

Composites לחסל קורוזיה אבל יש מגבלות טמפרטורה נמוכות יותר (< 120 מעלות צלזיוס עבור epoxies סטנדרטי) והם רגישים לנזק UV והשפעה.הם גם מציגים אתגרים לבדיקה (ללא נתיב מגנטי או התנהגותי).

חומרים לא-מיטליים

אלסטומרס ופלסטיקים הנדסיים משמשים כאימות, כרטיסי גז, ו אינסטלטורים.

  • (ב) ⁇ :0)HNBR ו-FKM (Viton): אנדרט: 1:1 עבור חתימות עתיריות גבוהות, מחסניות גבוהות בציוד ראש.
  • (ב) ⁇ (ב"ה): "בְּהִדָּבְהִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִי" (במדבר כ"ד)
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ : 1 (החומרים הגבוהים) משתמשים בתרמופלסטיפטים עבור טבעות חותם ומחברים חשמליים - התנגדות כימית טובה וכוח מכני עד 250 מעלות צלזיוס.

Swelling, extrusion, ודיכוי גז מהיר (RGD) הם מצבי כשל קריטיים שיש לבדוק עבור Norsok M-710 או ISO 23936.

בחירת חומרים באמצעות ציוד

ציוד קידוח ו- Wellhead

מונעי מפוצץ (BOPs), ראשים וסתומים דורשים חומרים שעומדים בפני לחץ גבוה, גז סוור, ולחץ מחזורי.

  • פלדה דלת-אלוי (למשל, 4130) עם קשיחות מבוקרת (< HRC 22 עבור שירות sour).
  • ⁇ ניקל עבור רכיבים פנימיים חשופים נוזלי טוב.
  • Elastomers לעמוד בסטנדרטים של Norsok M-710 עבור nitrile בלחץ גבוה (HNBR).

API SpecA שולט בציונים חומריים עבור ציוד ראש, עם ציונים כמו 75K, 95K ו-105K, המציין מינימום כוח תשואה ב- ksi.

מערכות ייצור צוללות

עצי צוללות, מאניפלים, וקפצים פועלים בעומקים קיצוניים ללא אפשרות להתערבות לתיקון ציפוי.

  • פלדה Super-duplex נירוסטה (UNS32750) היא תקן הזהב עבור רכיבים המכילים לחץ.
  • פלדה פחמן עם קצבה קורוזיה עבה ו CP משמש עבור רכיבים מבניים גדולים.
  • Thermoplastic או גומי hoses עבור אמפיריים הידראוליים (פוליאוריטאן ותרמטי, ניילון 11).

ציוד Topside

על הסיפון, בטיחות אש ומשקל הופכים לחששות ראשוניות.

  • פלדה עם ציפויים אש (למשל, ציפויים קלים של תרסיסים - החלים מלטיביים או אינפיניים).
  • פלדה ללא סטטין (316L או 2205) עבור piping חשופים למלח ריסוס.
  • אלומיניום או גרטינג עבור מסלולי הליכה (משקל אור, לא פארקינג).
  • סגסוגת קופר-ניקל עבור מערכות קירור מים ים - התנגדות ביו-פופולטיבית מעולה.

קווים ועולים

קווי צינור חייבים להתנגד קורוזיה פנימית מ גס / גז וקורוזיה חיצונית ממי הים.

  • API 5L X60-X70 פחמן פלדה עם קצבת קורוזיה + 3LPP או FBE ציפוי.
  • עבור נוזלים קורוזיביים מאוד, להשתמש צינורות קלד (פלדה פחמן מחובר עם Inconel 625 או 316L). Cladding יכול להיות מגלגל, נמתח יתר על פני השטח, או קו מכני (למשל, צינור דו-מטרי).
  • עלייה גמישה משתמשת בשכבות מרובות: קרקס פלדה מלוכדת, כישוף פולימר, חוטי שריון פלדה, וחומרים חיצוניים של פוליאת'ים.חומרים כוללים סופר-דופלקס עבור שריון ופוליאתילן בעלות ברית גבוהה (HD) עבור היתות.

סטנדרטים ותיקון

חומרים לנפט וגז offshore חייבים להיות מוסמכים לסטנדרטים בתעשייה.

  • (ב) [ה]ה[[המאה ה-1]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]
  • (ב) ,0) ,5 ,5 ,5 , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ,0) ,API Spec 17DFLT:1 - מערכות בקרת ייצור צוללות.
  • (FLT:0)Norsok M-001FLT:1 - בחירה חומרית עבור ציוד החוף העליון (תקן Norwegian, בשימוש נרחב ברחבי העולם).
  • (FLT:0) ISO 21457sFLT:1 - נפט, תעשיות גז פטרוכימיות וטבעיות - חומרים בחירה ובקרה קורוזיה עבור מערכות ייצור נפט וגז.
  • סעיף 2FLT:0 (ב) ,0) ,6 ,2FLT:1 ,Biler ו-לחצים חומרים קודים.

Qualification בדרך כלל כרוך בבדיקות נרחבות: תכונות מכניות, קורוזיה (NACE TM0177 עבור SSC, ASTM G48 עבור פיזור), ובדיקת עייפות. עבור ציוד תת-ימי, בדיקות אופניים לחץ ובדיקות תאים היפרברי נדרשים.

מגמות מתפתחות במדעים חומריים

תעשיית offshore דוחפת באופן מתמיד חומרים חזקים, קלים יותר, ועוד התפתחויות לא ניתן לערעור.

  • ייצור (D Printing): ההרחבה של רכיבי מורכב (למשל, שסתום טרים, ממריצים) באמצעות ⁇ ניקל ו titanium, צמצום זמני מוביל ומאפשר עיצובים בלתי ניתנים להשגה על ידי הלייקציה.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ :0) , ⁇ ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) שרידים מבוססי ליתיום: ⁇ 1 (FLT:1) אלומיניום חדש ליתיום וסגסוגת אבץ-ליתיום אידוי מבטיח הגנה גבוהה יותר של יעילות קטוודי עם משקל מופחת.

כלים דיגיטליים לבחירה חומרית

כלי תוכנה כמו DNV של CES Selector:0 Norsok M-001 ציות כלים ציות CESLT 1 ו-Gate's CES Selector של גרנטה מאפשרים למהנדסים להשוות תכונות חומריות, עלויות וציות סביבתי במהירות.

מינוף ביצועים ועלויות

אין ברירה חומרית להשלים ללא ניתוח של סחר- off.העלות הכוללת של הבעלות (TCO) מודל צריך לכלול:

  • עלויות רכש חומריות
  • עלות המרק (הגדלה, מאצ'ינג, טיפול בחום)
  • הגנה על קורוזיה (מתקני CP, קלפטציה) - ראשונית ומתמשכת
  • תדירות בדיקה וטכניקות
  • ציפיות מהחיים והסיכויים לכשלון (סיכון)
  • עלויות ביטול

לדוגמה, באמצעות פלדה פחמן עם 10 מ"מ קצבה קורוזיה וציפוי של 25 שנים בתוספת מערכת CP עשוי להיות בעלות ראשונית נמוכה יותר מאשר מערכת פלדה דופלקס מוצקה אל-חלד. עם זאת, אם מערכת CP נכשלת ואת ציפוי details, עלויות תיקון על צינור תת-ימי יכול להיות מפעילי אסטרונומית. רבים עכשיו סטנדרטיזציה על super-דופלקס עבור רכיבים מסוימים תת-ימיים כדי לחסל את ההסתמכות.

מסקנה

בחירה חומרית עבור שמן וגז ציוד הוא משמעת הנדסי רב פנים הדורשת מומחיות במדעי קורוזיה, מתכתי, עיצוב מכני, והנדסת עלות.הההה הם גבוהים: כישלון חומרי יכול לגרום לאובדן חיים, אסון סביבתי ומיליוני ייצור אבוד. על ידי שמירה על סטנדרטים קפדניים כמו NACE, API, נורטוק, ועל ידי שמירה על קצב ההתקדמות של סגסוגת האוקיינוסים, 000 מסוגל להמשיך לפתח יותר ויותר סגסוגת של ציוד חם או יותר ויותר.