Hàn siêu song công với điều kiện siêu áp: Quy trình sửa chữa ngoài khơi

Hàn cao áp là gì và tại sao nó lại quan trọng đối với việc sửa chữa siêu song công ngoài khơi?

Hàn cao áp là hàn khô dưới nước được thực hiện bên trong môi trường sống có áp suất, nơi nước bị thay thế bởi khí quyển-có thể thở ở hoặc gần áp suất xung quanh của biển xung quanh. Đối với các đường ống, ống đứng và nút cấu trúc siêu song công bằng thép không gỉ, đây là phương pháp sửa chữa duy nhất tái tạo đáng tin cậy các mối hàn chất lượng khí quyển-ở độ sâu. Đó là lý do tại sao đây là lựa chọn mặc định bất cứ khi nào đường dây bị hư hỏng không thể phục hồi được trên bề mặt.

Các nhà khai thác ngoài khơi tìm cách sửa chữa bằng áp suất cao thay vì khôi phục toàn bộ đường ống vì việc khôi phục diễn ra chậm, tốn kém và thường không thể thực hiện được đối với các đường dây- sâu hoặc được neo chặt. Môi trường áp suất cao cho phép đội hàn được chứng nhận cắt bỏ phần bị hư hỏng, chuẩn bị mối nối và hàn lại với nhau tại chỗ bằng cách sử dụng các quy trình và biện pháp kiểm soát chất lượng giống như một xưởng chế tạo mặt trên thay vì hàn-nước ướt mở.

Tại sao Super Duplex đặc biệt làm tăng số tiền đặt cược

Các loại siêu song công như UNS S32750 (2507) và UNS S32760 được chọn chính xác cho dịch vụ ngoài khơi vì độ bền cao và khả năng chống rỗ, kẽ hở và nứt do ăn mòn ứng suất clorua trong nước biển. Hiệu suất đó phụ thuộc vào cấu trúc vi mô ferit 50/50 austenite{6}}được kiểm soát chặt chẽ và điều kiện áp suất cao là một trong số ít môi trường có khả năng làm xáo trộn sự cân bằng đó trong quá trình hàn, điều này khiến cho việc đánh giá quy trình trở nên khó tha thứ hơn nhiều so với việc sửa chữa thép không gỉ hoặc thép cacbon austenit.

Người vận hành ở nước ngoài nên chỉ định loại siêu song công nào để sửa chữa bằng Hyperbaric?

Mối hàn sửa chữa phải luôn phù hợp với loại ống gốc: UNS S32750 (2507) cho đường ống ngầm nói chung và dịch vụ kết cấu, và UNS S32760 (loại Zeron 100) trong đó tài sản cũng phải đối mặt với dịch vụ chua hoặc tiếp xúc với kẽ hở clorua-cao, vì việc thay thế chất độn hợp kim-hoặc vật liệu cơ bản thấp hơn tại mối nối sửa chữa sẽ tạo ra sự không phù hợp về điện và ăn mòn{6}}có thể cắt xén phần còn lại của tuổi thọ thiết kế của đường ống.

Nguồn: ASTM A923; hàn công nghiệp-tài liệu tham khảo kỹ thuật về thông số kỹ thuật ngoài khơi S32750/S32760.

PREN, hay số tương đương về khả năng chống rỗ, là cách viết tắt tiêu chuẩn để xếp hạng khả năng chống ăn mòn giữa các loại song công và siêu song công: PREN=%Cr + 3.3 x %Mo + 16 x %N. Bất kỳ quy trình sửa chữa cao áp nào cũng phải đủ điều kiện để chứng minh rằng PREN được hàn-của kim loại mối hàn và vùng bị ảnh hưởng nhiệt-không thấp hơn đáng kể so với ống gốc vì mối hàn sửa chữa chỉ phải là liên kết yếu nhất một lần.

Áp suất xung quanh tăng ảnh hưởng như thế nào đến cấu trúc vi mô kim loại mối hàn?

Áp suất cao áp sẽ ngăn chặn khả năng hòa tan nitơ trong bể hàn và làm thay đổi động học chuyển pha, đẩy cấu trúc vi mô được hàn-về phía ferrite dư thừa trừ khi khí bảo vệ và nhiệt đầu vào được điều chỉnh có chủ ý để bù đắp; không được sửa chữa, điều này làm tăng nguy cơ giảm độ bền và khả năng chống ăn mòn thấp hơn chính xác ở những nơi việc sửa chữa cần thực hiện tốt nhất.

Nghiên cứu độc lập về hàn song công cao áp đã chứng minh trực tiếp độ nhạy áp suất này. Các nghiên cứu về hàn hồ quang lõi-của thép không gỉ song công ở áp suất cao áp mô phỏng đã phát hiện ra rằng hàm lượng ferit trong kim loại mối hàn thay đổi phi tuyến tính-theo áp suất và khả năng chống ăn mòn rỗ theo dõi sự cân bằng đạt được của các pha ferit, austenite và austenite thứ cấp thay vì chỉ áp suất.

Ý nghĩa thực tế:một WPS đủ tiêu chuẩn ở một bầu khí quyển, hoặc thậm chí ở một độ sâu siêu áp, không thể được coi là hợp lệ ở một áp suất khác. Khí bảo vệ được làm giàu bằng nitơ-, đầu vào nhiệt được điều chỉnh và kiểm soát nhiệt độ giữa các đường dẫn là các biện pháp giảm nhẹ tiêu chuẩn và mỗi sự kết hợp phải được-đủ tiêu chuẩn lại cho độ sâu công việc cụ thể.

Áp lực bổ sung-Các hiệu ứng được thúc đẩy đáng được chỉ định

Hành vi hồ quang trở nên kém ổn định hơn khi áp suất buồng tăng lên, đó là lý do tại sao GTAW hoặc GMAW được cơ giới hóa được ưa chuộng hơn kỹ thuật thủ công cho công việc siêu song công cao áp.

Tốc độ làm mát bể hàn và sự thay đổi chế độ hóa rắn theo áp suất và thành phần khí, ảnh hưởng đến lượng mưa pha thứ cấp và đến lượt nó là độ dẻo dai.

Kim loại độn gốc niken-(thường là loại AWS ERNiCrMo-3 / Inconel 625) thường được chỉ định cho các mối hàn song công cao áp vì chúng ít nhạy cảm hơn với sự hình thành quá mức ferit so với kim loại độn song công phù hợp.

Những quy trình hàn nào đủ tiêu chuẩn để sửa chữa siêu song công Hyperbaric khô?

Hàn hồ quang vonfram khí cơ giới hóa (GTAW) và hàn hồ quang kim loại khí (GMAW), bao gồm cả các biến thể lõi từ thông{0}}, là các quy trình có hồ sơ chứng nhận mạnh nhất về sửa chữa siêu song công cao áp khô và hướng dẫn của xã hội phân loại-cho phép cả hai, trong khi các quy trình khác yêu cầu trình độ chuyên môn bổ sung trước khi sử dụng.

Nguồn: Hướng dẫn hàn dưới nước của DNV; Mã hàn dưới nước AWS D3.6M; đã công bố nghiên cứu hàn GMA/FCA cao áp trên thép không gỉ song công.

Những tiêu chuẩn nào chi phối quy trình hàn siêu song công Hyperbaric?

Mọi sửa chữa áp suất cao ngoài khơi trên đường ống siêu song công phải đạt tiêu chuẩn theo AWS D3.6M cho hạng hàn dưới nước,-tham chiếu chéo với tiêu chuẩn thẩm định quy trình cơ bản như ASME Phần IX hoặc ISO 15614, và đối với Biển Bắc và các tài sản được quản lý tương tự, theo các yêu cầu phân loại-của xã hội và NORSOK, vì không có tài liệu nào đề cập đến cả môi trường dưới nước và toàn bộ ngành luyện kim hàn kim loại cơ sở-.

Nguồn: AWS D3.6M:2017 Mã hàn dưới nước; Hướng dẫn hàn dưới nước DNV; NORSOK M-601; Bộ tiêu chuẩn ISO 15614.

Tìm hiểu các lớp hàn AWS D3.6M

• Yêu cầu chất lượng loại A - có thể so sánh với hàn được thực hiện trong không khí; cấp độ thường được chỉ định cho việc sửa chữa siêu song công-giữ áp suất chính.
• Loại B - dành cho các ứng dụng ít quan trọng hơn trong đó các đặc tính có thể bị giảm một phần so với mối hàn trong-không khí.
• Chất lượng Loại O - được điều chỉnh hoàn toàn bởi mã được chỉ định khác hoặc thông số kỹ thuật của ứng dụng khách, được xếp lớp cùng với các yêu cầu cụ thể dưới nước-của D3.6M.

Đối với quá trình sửa chữa đường ống siêu song công mang chất lỏng ở áp suất thiết kế, tiêu chuẩn Loại A là mặc định hợp lý; bất cứ điều gì ít hơn sẽ chuyển rủi ro sang người vận hành mà không làm giảm tương ứng hậu quả của sự thất bại.

Khả năng chống ăn mòn được xác minh như thế nào sau khi sửa chữa bằng Hyperbaric?

Xác minh sau{0}}mối hàn để sửa chữa cao áp siêu song công phải bao gồm phép đo hàm lượng ferit trên kim loại mối hàn và vùng chịu ảnh hưởng nhiệt-, cùng với thử nghiệm ngâm clorua sắt theo phương pháp ASTM A923 C của ASTM A923, bởi vì chỉ chấp nhận bằng hình ảnh và hình ảnh X quang không thể phát hiện được sự hình thành pha liên kim loại hoặc độ lệch ferit thường làm suy giảm hiệu suất ăn mòn trong các mối nối song công hàn-áp suất.

Cơ sở chấp nhận điển hình:giảm trọng lượng xuống dưới khoảng 10 mg/dm²/ngày (mdd) trong thử nghiệm Phương pháp C của ASTM A923, với con số chính xác do đặc điểm kỹ thuật của dự án đặt ra và hàm lượng ferit được giữ trong phạm vi được xác thực trong quá trình thẩm định quy trình, thường nhắm đến cấu trúc hai pha-cân bằng thay vì điều kiện giàu ferit-mà áp suất cao áp không được giảm nhẹ có xu hướng tạo ra.

Bởi vì việc kiểm tra ăn mòn không thành công sau khi môi trường sống bị ảnh hưởng rất tốn kém để khắc phục nên hầu hết các nhà thầu có kinh nghiệm đều thực hiện kiểm tra tiêu chuẩn ASTM A923 trên chính WPS, ở áp suất công việc thực tế và hỗn hợp khí, trước khi cắt vào đường ống trực tiếp. Điều này chuyển việc phát hiện rủi ro ăn mòn từ địa điểm sửa chữa sang phòng thí nghiệm xác nhận chất lượng, nơi nó thuộc về.

Nên chọn phương pháp sửa chữa nào: Môi trường sống khô, khoang cục bộ hay hàn ướt?

Hàn cao áp trong môi trường khô là chế độ mặc định phù hợp cho mọi sửa chữa siêu song công trên ranh giới áp suất chính hoặc bộ phận kết cấu chịu lực-; hàn khoang cục bộ là một lựa chọn có thể chấp nhận được chỉ đối với những sửa chữa nhỏ, có thể tiếp cận được về mặt hình học; và hàn ướt thủ công nên được dành riêng cho việc ổn định tạm thời hoặc không{1}}tới hạn, vì nó không thể tái tạo một cách đáng tin cậy cấu trúc vi mô mang lại hiệu suất ăn mòn siêu song công.

Nguồn: Hướng dẫn hàn dưới nước của DNV; đã công bố nghiên cứu về khoang cục bộ dưới nước và hàn cao áp của thép không gỉ song công.

Người mua nên yêu cầu những tài liệu mua sắm và kiểm soát chất lượng nào từ nhà thầu sửa chữa cao áp ngoài khơi?

Người mua phải yêu cầu một gói WPS/PQR cụ thể cho công việc được xác nhận ở độ sâu sửa chữa thực tế và hỗn hợp khí, hồ sơ chứng nhận hiệu suất thợ hàn AWS D3.6M- hiện tại, báo cáo kiểm tra ferrite và ASTM A923 từ mối hàn xác nhận chất lượng cũng như khả năng truy xuất nguồn gốc đầy đủ của vật liệu trên ống gốc và kim loại phụ vì chứng nhận hàn cao áp chung không phải là bằng chứng cho thấy nhà thầu có thể hàn đường ống này, ở độ sâu này, theo tiêu chuẩn ăn mòn này.

WPS/PQR đủ tiêu chuẩn ở áp suất buồng thực tế của công việc, hỗn hợp khí thở{0}}và quy trình hàn (GTAW hoặc GMAW/FCAW).

Hồ sơ chứng nhận năng lực thợ hàn-của thợ hàn hiện hành theo AWS D3.6M cho loại mối hàn được chỉ định.

Báo cáo thử nghiệm ăn mòn theo hàm lượng Ferrite và ASTM A923 Phương pháp C được tạo ra từ mối hàn đạt tiêu chuẩn, không phải từ dữ liệu phiếu giảm giá không liên quan.

Báo cáo Kiểm tra Vật liệu (MTR) theo EN 10204 3.1 hoặc 3.2 cho cả ống gốc và kim loại phụ, xác nhận cấp độ và PREN.

Kế hoạch kiểm tra không phá hủy (chụp X quang và/hoặc siêu âm) phù hợp với các hạn chế tiếp cận môi trường sống, được xác định trước khi huy động.

Câu hỏi thường gặp

Hỏi: Chất độn song công 2205 tiêu chuẩn có thể được sử dụng để sửa chữa đường ống siêu song công 2507 dưới nước không?

Trả lời: Không. Kim loại phụ phải phù hợp hoặc cao hơn hàm lượng hợp kim và PREN của ống gốc; việc sử dụng chất độn 2205 khi sửa chữa 2507 hoặc S32760 sẽ tạo ra khe hở chống ăn mòn-ở mối hàn. Đây thường là nơi khó tồn tại nhất để tồn tại.

Hỏi: Áp suất cao áp có luôn làm tăng hàm lượng ferit trong kim loại mối hàn kép không?

Đáp: Nghiên cứu cho thấy mối quan hệ phụ thuộc vào áp suất- và quá trình- chứ không phải tuyến tính chặt chẽ, nhưng các điều kiện áp suất cao không được hiệu chỉnh thường có xu hướng dư thừa ferrite do khả năng hòa tan nitơ bị ức chế, đó là lý do tại sao khí bảo vệ và nhiệt đầu vào phải được tái-đủ điều kiện cho từng áp suất công việc.

Hỏi: Hàn ướt có được chấp nhận đối với đường ống siêu song công không?

Đáp: Chỉ dành cho ổn định tạm thời hoặc không{0}}tới hạn. Đối với bất kỳ sửa chữa nào nhằm khôi phục dịch vụ lâu dài, bị ăn mòn-nghiêm trọng, hàn cao áp khô đủ tiêu chuẩn AWS D3.6M Loại A là tiêu chuẩn thích hợp.

Câu hỏi: Nên chỉ định thử nghiệm ăn mòn nào cho mối hàn sửa chữa siêu song công cao áp?

A: ASTM A923 Phương pháp C, thử nghiệm ngâm clorua sắt, là phương pháp tiêu chuẩn để phát hiện sự hình thành pha liên kim loại trong các mối hàn song công và siêu song công, và phải được chạy trên mối hàn đủ tiêu chuẩn trước khi bắt đầu hàn sản xuất.

Câu hỏi: Sự khác biệt giữa mối hàn AWS D3.6M Loại A và Loại B là gì?

Đáp: Mối hàn loại A được giữ ở tiêu chuẩn chất lượng có thể so sánh với hàn được thực hiện trong không khí và phù hợp cho việc sửa chữa-giữ áp suất sơ cấp; Các mối hàn loại B chấp nhận các đặc tính giảm đi một chút và được dành riêng cho các ứng dụng ít quan trọng hơn.