วิธีเลือกสลักเกลียว Stud Bolt ที่เหมาะสมสำหรับงาน Sour Service (NACE MR0175)

บทนำ

ในอุตสาหกรรมการผลิตน้ำมันและก๊าซ กระบวนการปิโตรเคมี และสภาพแวดล้อมอื่นๆ ที่มีไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H₂S) การเลือกใช้ตัวยึดเป็นสิ่งสำคัญเพื่อป้องกันความเสียหายร้ายแรงจาก sulfide stress cracking (SSC) สภาพแวดล้อม sour service ตามที่กำหนดโดย NACE MR0175/ISO 15156 มีข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับวัสดุ ความแข็ง และกระบวนการผลิต คู่มือนี้ให้แนวทางทีละขั้นตอนในการเลือกสลักเกลียว stud bolt ที่เหมาะสมสำหรับงาน sour service เพื่อให้มั่นใจถึงการปฏิบัติตามข้อกำหนดและความปลอดภัยในการปฏิบัติงาน

Sour Service คืออะไร?

Sour service หมายถึงสภาพแวดล้อมที่มี H₂S เปียกที่ความดันย่อยสูงกว่า 0.05 psi (0.34 kPa) สำหรับการผลิตน้ำมันและก๊าซ หรือมี H₂S ในความเข้มข้นที่เพียงพอที่จะทำให้เกิดการแตกร้าวในวัสดุที่ไวต่อการเกิด cracking ความกังวลหลักคือ sulfide stress cracking (SSC) ซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของ hydrogen embrittlement ที่อาจทำให้เกิดความเสียหายแบบเปราะอย่างกะทันหันของตัวยึดที่มีความแข็งแรงสูง NACE MR0175/ISO 15156 เป็นมาตรฐานที่ยอมรับในระดับสากลสำหรับการเลือกวัสดุในสภาพแวดล้อมที่มี H₂S

ข้อกำหนดของ NACE MR0175/ISO 15156

มาตรฐานแบ่งออกเป็นสามส่วน: ส่วนที่ 1 (หลักการทั่วไป) ส่วนที่ 2 (เหล็กกล้าคาร์บอนและโลหะผสมต่ำ) และส่วนที่ 3 (โลหะผสมทนการกัดกร่อน) สำหรับสลักเกลียว stud bolt ข้อกำหนดหลักประกอบด้วย:

• ข้อจำกัดด้านความแข็ง: สูงสุด HRC 22 สำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนและโลหะผสมต่ำ (HRC 23 สำหรับ AISI 4130/4140 ในบางเงื่อนไข)
• การอบชุบด้วยความร้อน: ผ่านการชุบแข็งและอบคืนตัวเพื่อให้ได้โครงสร้าง tempered martensite ที่สม่ำเสมอ
• องค์ประกอบของวัสดุ: ปริมาณซัลเฟอร์และฟอสฟอรัสที่ควบคุมได้ มักผ่านการปรับสภาพด้วยแคลเซียมเพื่อควบคุมรูปร่างของ sulfide
• การทดสอบ: การทดสอบความแข็งตาม ASTM E10 หรือ E18 และมักมีการทดสอบ SSC ตาม NACE TM0177 สำหรับการใช้งานที่สำคัญ

ตัวเลือกวัสดุสำหรับสลักเกลียว Stud Bolt สำหรับ Sour Service

ASTM A320 L7

L7 เป็นเหล็กกล้าโลหะผสมต่ำ (AISI 4140/4142) ที่ผ่านการชุบแข็งและอบคืนตัวให้มีความต้านทานแรงดึงขั้นต่ำ 125 ksi อย่างไรก็ตาม L7 มาตรฐานมีความแข็งประมาณ HRC 28-34 ซึ่งเกินขีดจำกัด HRC 22 ของ NACE MR0175 ดังนั้น L7 จึง ไม่ ยอมรับสำหรับงาน sour service เว้นแต่จะผ่านกระบวนการพิเศษเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดด้านความแข็ง (มักกำหนดเป็น L7M)

ASTM A320 L7M

L7M เป็นรุ่นสำหรับงาน sour service ของ L7 โดยมีความแข็งสูงสุด HRC 22 ผลิตโดยการอบคืนตัวที่อุณหภูมิสูงขึ้นเพื่อลดความแข็งแรงในขณะที่ยังคงความเหนียว L7M ถูกใช้อย่างแพร่หลายสำหรับสลักเกลียว stud bolt ในสภาพแวดล้อมตาม NACE MR0175 คุณสมบัติทางกลทั่วไป: ความแข็งแรงคราก 105 ksi ขั้นต่ำ, ความต้านทานแรงดึง 125 ksi สูงสุด

ASTM A320 L43

คล้ายกับ L7 แต่ทำจาก AISI 4340 L43 มีความสามารถในการชุบแข็งลึกสูงกว่า สำหรับงาน sour service L43 ต้องผ่านการอบคืนตัวให้มีความแข็ง HRC 22 สูงสุด (L43M)

สแตนเลส (ASTM A193 B8M Class 2)

สแตนเลสชนิด 316L (UNS S31603) ถูกใช้ทั่วไปสำหรับงาน sour service เนื่องจากความต้านทานการกัดกร่อนโดยธรรมชาติและความแข็งต่ำ (โดยทั่วไป HRB 90 สูงสุด) อย่างไรก็ตาม มันไวต่อ chloride stress corrosion cracking (SCC) ในบางสภาพแวดล้อม NACE MR0175/ISO 15156 ส่วนที่ 3 อนุญาตให้ใช้ 316L ที่มีความแข็งสูงสุด HRC 22 (หรือ HRB 100) สำหรับเงื่อนไขเฉพาะ เกรดที่ผ่านการขึ้นรูปเย็น (เช่น B8M Class 2) มีความแข็งแรงสูงกว่าแต่ต้องควบคุมอย่างระมัดระวัง

นิกเกิลอัลลอย (Alloy 625, Alloy 825, ฯลฯ)

สำหรับสภาพแวดล้อม sour service ที่มีความเข้มข้นของคลอไรด์สูงหรือ pH ต่ำ จะใช้นิกเกิลอัลลอย เช่น Alloy 625 (UNS N06625) ซึ่งมีความต้านทาน SSC และ SCC ที่ยอดเยี่ยม ขีดจำกัดความแข็งตาม NACE MR0175 แตกต่างกันไปตามโลหะผสมและสภาพ

ข้อจำกัดด้านความแข็งและการทดสอบ

ความแข็งเป็นพารามิเตอร์ควบคุมหลักสำหรับความต้านทาน SSC ความแข็งสูงสุดที่อนุญาตสำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนและโลหะผสมต่ำในงาน sour service คือ HRC 22 (หรือ 235 HBW) สำหรับสแตนเลสและนิกเกิลอัลลอย ขีดจำกัดจะแตกต่างกันไป การทดสอบต้องดำเนินการกับผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป (หลังการอบชุบด้วยความร้อนและการลอกเคลือบถ้ามี) วิธีการทั่วไป:

• Rockwell C (HRC) สำหรับเหล็กที่ผ่านการชุบแข็ง
• Rockwell B (HRB) สำหรับวัสดุที่อ่อนกว่า
• Brinell (HBW) สำหรับชิ้นงานขนาดใหญ่

LOKRON ดำเนินการทดสอบความแข็ง 100% สำหรับสลักเกลียว stud bolt สำหรับงาน sour service ทุกตัว และจัดทำรายงานที่ได้รับการรับรองตาม EN 10204 3.1

ข้อควรพิจารณาเกี่ยวกับการเคลือบผิว

มักมีการเคลือบผิวกับสลักเกลียว stud bolt เพื่อป้องกันการกัดกร่อน แต่การเคลือบอาจทำให้เกิดความเสี่ยงต่อ hydrogen embrittlement สำหรับงาน sour service:

• การชุบสังกะสี: ไม่แนะนำเนื่องจาก hydrogen embrittlement จากกระบวนการชุบ หากใช้ ต้องมีการอบบรรเทา hydrogen embrittlement (เช่น 200°C เป็นเวลา 4 ชั่วโมง)
• การเคลือบ Xylan หรือ PTFE: ยอมรับได้หากใช้โดยไม่ทำให้เกิด hydrogen charging การเคลือบเหล่านี้ให้ความหล่อลื่นและทนต่อการกัดกร่อน
• การเคลือบฟอสเฟต: มักใช้ร่วมกับน้ำมันหรือแว็กซ์ แต่ไม่แนะนำสำหรับงาน sour service เนื่องจากอาจเกิดการดูดซับไฮโดรเจน
• ไม่เคลือบ: บางครั้งนิยมใช้เหล็กเปลือยที่มีค่าเผื่อการกัดกร่อน

ตรวจสอบความเข้ากันได้ของการเคลือบกับ NACE MR0175 เสมอ และตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่มีความเสี่ยงต่อ hydrogen embrittlement

แผนผังการเลือก

ด้านล่างเป็นแผนผังการตัดสินใจอย่างง่ายสำหรับการเลือกสลักเกลียว stud bolt สำหรับงาน sour service:

1. กำหนดความดันย่อย H₂S และ pH: อ้างอิง NACE MR0175/ISO 15156 สำหรับการจำแนกระดับความรุนแรง
2. เลือกประเภทวัสดุ: เหล็กกล้าคาร์บอน/โลหะผสมต่ำ (L7M, L43M) สำหรับการใช้งานทั่วไป สแตนเลส (316L) สำหรับการกัดกร่อนปานกลาง นิกเกิลอัลลอยสำหรับสภาพที่รุนแรง
3. ตรวจสอบความแข็ง: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าสูงสุด HRC 22 สำหรับเหล็ก ตรวจสอบขีดจำกัดสำหรับวัสดุอื่น
4. พิจารณาการเคลือบ: หลีกเลี่ยงสังกะสี ใช้ Xylan หรือไม่เคลือบ
5. ตรวจสอบการรับรอง: ขอ EN 10204 3.1 พร้อมการวิเคราะห์ความแข็งและองค์ประกอบทางเคมี

การรับรองและการตรวจสอบย้อนกลับ

สำหรับงาน sour service การตรวจสอบย้อนกลับอย่างสมบูรณ์เป็นสิ่งสำคัญ LOKRON จัดหาสลักเกลียว stud bolt พร้อม:

• การตรวจสอบย้อนกลับหมายเลขหลอม
• รายงานองค์ประกอบทางเคมี
• คุณสมบัติทางกล (แรงดึง, คราก, ความแข็ง)
• ใบรับรองการปฏิบัติตาม NACE MR0175/ISO 15156
• การตรวจสอบโดยบุคคลที่สาม (ถ้าต้องการ)

เอกสารทั้งหมดจัดทำตาม EN 10204 3.1 เพื่อให้มั่นใจถึงการปฏิบัติตาม PED 2014/68/EU และมาตรฐานสากลอื่นๆ

โซลูชันของ LOKRON

ด้วยประสบการณ์มากกว่า 20 ปี LOKRON (Suzhou Fulida) ผลิตสลักเกลียว stud bolt และนัตที่มีความแข็งแรงสูงสำหรับงาน sour service ผลิตภัณฑ์ของเราประกอบด้วย:

• สลักเกลียว stud bolt ASTM A320 L7M (HRC 22 สูงสุด)
• สลักเกลียว stud bolt ASTM A193 B8M Class 2 (316L)
• สลักเกลียว stud bolt นิกเกิลอัลลอย (Alloy 625, Alloy 825)
• นัตหกเหลี่ยมหนัก (A194 2HM, 8M, 8MA)

ผลิตภัณฑ์ทั้งหมดได้รับการรับรองตาม NACE MR0175/ISO 15156 และมาพร้อมเอกสาร EN 10204 3.1 ครบถ้วน นอกจากนี้เรายังเสนอโซลูชันที่กำหนดเองสำหรับข้อกำหนดพิเศษ

คำถามที่พบบ่อย

Q1: ฉันสามารถใช้สลักเกลียว stud bolt ASTM A193 B7 มาตรฐานในงาน sour service ได้หรือไม่?

ไม่ได้ B7 มีความแข็งโดยทั่วไป HRC 28-34 ซึ่งเกินขีดจำกัด HRC 22 ของ NACE MR0175 การใช้ B7 ในงาน sour service เสี่ยงต่อ sulfide stress cracking ควรใช้ L7M หรือวัสดุอื่นที่ได้รับการอนุมัติ

Q2: ความแตกต่างระหว่าง L7 และ L7M คืออะไร?

L7 เป็นสลักเกลียว stud bolt ที่มีความแข็งแรงสูง (แรงดึงขั้นต่ำ 125 ksi) มีความแข็งประมาณ HRC 28-34 L7M เป็นรุ่นสำหรับงาน sour service ที่มีความแข็งสูงสุด HRC 22 โดยการอบคืนตัวที่อุณหภูมิสูงขึ้น ส่งผลให้มีความแข็งแรงต่ำกว่า (ครากขั้นต่ำ 105 ksi) แต่มีความต้านทาน SSC ที่ดีขึ้น

Q3: สลักเกลียว stud bolt สแตนเลสยอมรับได้สำหรับงาน sour service เสมอหรือไม่?

ไม่เสมอไป แม้ว่า 316L โดยทั่วไปจะยอมรับได้ แต่ต้องเป็นไปตามข้อจำกัดด้านความแข็ง (HRC 22 สูงสุด) และใช้ภายในขีดจำกัดสภาพแวดล้อมของ NACE MR0175 ส่วนที่ 3 ในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์สูงหรือ pH ต่ำ อาจต้องใช้นิกเกิลอัลลอย

Q4: การเคลือบผิวมีผลต่อการปฏิบัติตามข้อกำหนดสำหรับงาน sour service หรือไม่?

ใช่ การเคลือบบางชนิด (เช่น การชุบสังกะสี) อาจทำให้เกิด hydrogen embrittlement ต้องใช้การเคลือบในลักษณะที่ไม่ทำให้เกิด hydrogen charging และอาจจำเป็นต้องอบบรรเทา hydrogen embrittlement ตรวจสอบความเข้ากันได้ของการเคลือบกับ NACE MR0175 เสมอ

Q5: ต้องใช้เอกสารอะไรบ้างสำหรับตัวยึดในงาน sour service?

เอกสารการตรวจสอบย้อนกลับอย่างสมบูรณ์ตาม EN 10204 3.1 รวมถึงการวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมี คุณสมบัติทางกล ผลการทดสอบความแข็ง และใบรับรองการปฏิบัติตาม NACE MR0175/ISO 15156 อาจต้องมีรายงานการตรวจสอบโดยบุคคลที่สามด้วย

สรุป

การเลือกสลักเกลียว stud bolt ที่เหมาะสมสำหรับงาน sour service ต้องพิจารณาอย่างรอบคอบเกี่ยวกับวัสดุ ความแข็ง การเคลือบ และการรับรอง NACE MR0175/ISO 15156 เป็นกรอบสำหรับการเลือกวัสดุที่ปลอดภัย L7M, 316L และนิกเกิลอัลลอยเป็นตัวเลือกทั่วไป โดยแต่ละชนิดมีข้อจำกัดเฉพาะ การทดสอบความแข็งเป็นสิ่งสำคัญ และต้องประเมินการเคลือบสำหรับความเสี่ยงต่อ hydrogen embrittlement LOKRON มีตัวยึดสำหรับงาน sour service ที่ได้รับการรับรองครบวงจรพร้อมการตรวจสอบย้อนกลับอย่างสมบูรณ์ เพื่อให้มั่นใจถึงการปฏิบัติตามข้อกำหนดและความน่าเชื่อถือในสภาพแวดล้อมที่ต้องการ