Литье по выплавляемым моделям нефти и газа

Введение

Нефть и газ — сложная инженерная среда.

Компоненты должны выдерживать агрессивные среды., колебания давления, изменение температуры, вибрация, и длительные межсервисные интервалы, часто, сохраняя при этом строгую размерную целостность и надежную герметичность..

Литье по выплавляемым моделям хорошо подходит для этой среды, поскольку оно сочетает в себе возможность почти чистой формы, мелкие детали, широкий ассортимент сплавов, и способность производить сложную геометрию с меньшими затратами на механическую обработку и сборку..

Что делает литье по выплавляемым моделям в нефтегазовой отрасли стратегически важным, так это не только то, что оно позволяет производить сложные формы..

Дело в том, что он может создавать сложные формы из сплавов, специально выбранных для агрессивных условий эксплуатации., сохраняя при этом целостность поверхности и постоянство размеров, которые необходимы критическому технологическому оборудованию..

1. Почему литье по выплавляемым моделям подходит для нефтегазовой отрасли

Сложная геометрия с меньшим количеством механической обработки

Компоненты нефти и газа часто содержат внутренние каналы для потока., переходные регионы, монтажные бобышки, герметизирующие поверхности, и изменения формы, которые трудно произвести экономично только механической обработкой..

Литье по выплавляемым моделям привлекательно, поскольку оно предназначено для сложный, почти чистая геометрия и может свести к минимуму механическую обработку, сборка, и соответствующая стоимость.

Широкие возможности сплавов

Этот процесс поддерживает широкий диапазон сплавов., что важно, поскольку нефтегазовый сервис – это не единая среда.

Некоторые детали требуют коррозионной стойкости, некоторым нужна высокотемпературная прочность, а некоторым нужно и то и другое.

В литературе по инвестиционному кастингу подчеркивается использование особенный, Высокоэффективность, Высокотемпературные сплавы, что имеет непосредственное отношение к нефтегазовым компонентам, работающим в тяжелых условиях..

Повышенная надежность на уровне системы

В нефти и газе, выход из строя детали обходится дорого не только из-за стоимости замены, но поскольку время простоя может быть серьезным.

За счет объединения нескольких деталей в один литой компонент и сокращения объема механической обработки и сборки.,

литье по выплавляемым моделям может снизить количество интерфейсов, в которых происходит утечка, перекос, или усталость может возникнуть.

Это инженерный вывод из преимуществ процесса, близких к чистой форме, и его роли в приложениях, работающих под давлением..

Совместимость со стандартами, работающими под давлением

ASTM поддерживает особые стандарты для отливок по выплавляемым моделям, используемых в приложениях, работающих под давлением и в тяжелых условиях.,

включая A985/A985M для стальных отливок, общие требования к деталям, работающим под давлением,

А957/А957М для общепромышленного применения, A744/A744M для коррозионностойких отливок для тяжелых условий эксплуатации., и A990/A990M для деталей, удерживающих давление, работающих в коррозионно-активных средах..

Их существование показывает, что литье по выплавляемым моделям не является второстепенным вариантом в нефтегазовой отрасли.; он признан в экосистеме стандартов за требовательное обслуживание.

2. Материалы, обычно используемые при отливках по выплавляемым моделям в нефтегазовой отрасли

Выбор материала является одним из наиболее важных решений при литье по выплавляемым моделям в нефтегазовой отрасли..

В этом секторе, сплав выбирают не только из-за прочности или литейных качеств; оно тоже должно выжить химия коррозии, нагрузка давления, изменение температуры, эрозия, и длительные межсервисные интервалы.

Углеродистая сталь: экономическая структурная основа

Углеродистая сталь остается актуальной там, где окружающая среда относительно умеренная, а экономическая эффективность важнее максимальной коррозионной стойкости..

В нефти и газе, часто используется для структурных деталей, поддерживает, и компоненты, к которым основными требованиями являются механическая прочность и технологичность, а не жесткая химическая стойкость..

ASTM поддерживает отдельные спецификации для отливок из углеродистой стали, используемых для общих работ и эксплуатации под давлением., что показывает, что углеродистая сталь по-прежнему играет определенную роль в литейной экосистеме..

Низкопластная сталь: более прочный и жесткий для работы, связанной с давлением

Низколегированную сталь обычно выбирают, когда детали требуется повышенная прочность., прочность, или низкотемпературные характеристики, чем может обеспечить простая углеродистая сталь..

Часто это более рациональный выбор для компонентов, работающих под давлением, и умеренно тяжелых условий эксплуатации, поскольку он обеспечивает более прочный диапазон свойств, сохраняя при этом относительно хорошую литейность и контроль затрат..

Список стандартов ASTM включает в себя несколько спецификаций отливок из легированной стали для работы под давлением и промышленного использования., усиление его важности в критически важном оборудовании.

Аустенитная нержавеющая сталь: универсальная, устойчивая к коррозии рабочая лошадка

Аустенитная нержавеющая сталь является одним из наиболее широко используемых семейств при литье по выплавляемым моделям в нефтегазовой отрасли, поскольку она сочетает в себе полезную коррозионную стойкость., хорошая прочность, и широкая универсальность обслуживания.

Обычно его выбирают для корпусов клапанов., Части насоса, компоненты приборов, и другие детали, требующие как чистоты, так и химической стойкости..

ASTM, в частности, включает А351/А351М для отливок, аустенитный, для деталей, находящихся под давлением, и А744/А744М для коррозионностойких отливок для тяжелых условий эксплуатации, что показывает, насколько важно это семейство для критически важных приложений..

Дуплекс из нержавеющей стали: более высокая прочность и устойчивость к хлоридам

Дуплексные нержавеющие стали занимают очень важное промежуточное положение в нефтегазовой отрасли, поскольку они обеспечивают более высокую прочность, чем многие аустенитные марки, и высокую устойчивость к хлоридной коррозии..

Они особенно привлекательны для оффшоров., подводная подставка, и части, подвергающиеся воздействию морской воды.

ASTM признает дуплексное литье по выплавляемым моделям через А995/А995М для деталей, находящихся под давлением, и А890/А890М для дуплексных коррозионностойких отливок, что подтверждает их роль в оборудовании, работающем под высоким давлением..

Высоколегированный дуплекс / Супердуплексные сорта: для очень агрессивных хлоридных сред

В очень агрессивной морской среде, Дуплексные марки с более высокими сплавами часто выбираются, когда устойчивость к точечной и щелевой коррозии становится более важной..

Практический вывод из спецификаций дуплексных систем ASTM заключается в том, что это семейство предназначено именно для работы с высоким содержанием хлоридов, которая применяется в морских и подводных системах..

Другими словами, когда обычных нержавеющих сталей недостаточно, материалы на основе дуплекса приближают конструкцию к надежности, требуемой длительным сроком эксплуатации в нефтегазовой отрасли.

Сплавы на основе никеля: для сильной коррозии и работы при высоких температурах

Сплавы на основе никеля используются, когда среда эксплуатации слишком агрессивна для нержавеющей стали или когда повышенная температура становится доминирующим фактором..

Особенно они актуальны в кислой подаче., агрессивное химическое воздействие, и важные уплотнения или компоненты корпуса.

ASTM охватывает эти материалы посредством А990/А990М для деталей, удерживающих давление, работающих в коррозионно-активных средах и А494/А494М для отливок из никеля и никелевых сплавов.

Индустрия литья по выплавляемым моделям также явно выделяет сплавы на основе никеля среди высокопроизводительных материалов, обычно отливаемых для требовательных отраслей..

На основе кобальта сплавы: на износостойкость и эрозионную стойкость

Сплавы на основе кобальта встречаются реже, чем нержавеющие или никелевые сплавы., но они становятся важными там, где изнашиваются, эрозия, или преобладают тяжелые внутренние условия службы.

Они часто используются в быстроизнашивающихся тримах клапана или других важных внутренних компонентах, которые должны противостоять механическому разрушению с течением времени..

Институт литья по выплавляемым моделям определяет кобальт среди семейств сплавов, которые его члены обычно плавят и отливают., подтверждая свою актуальность для передового промышленного литья.

Дисперсионно-твердеющие нержавеющие стали: когда необходимо увеличить прочность, не отказываясь от коррозионной стойкости

Нержавеющие стали дисперсионного твердения используются, когда для проекта требуется более прочный сплав, чем стандартная аустенитная нержавеющая сталь, но при этом требуется профиль коррозионной стойкости нержавеющей стали..

ASTM включает в себя А747/А747М для нержавеющей стали, дисперсионно-твердеющие отливки, что отражает их устоявшееся место в тяжелых условиях эксплуатации и прецизионных приложениях..

Краткое описание семейства материалов

3. Типичные компоненты и функциональные требования

Отливки по выплавляемым моделям из нефти и газа часто используются для изготовления деталей, которые должны выполнять несколько задач одновременно.: нести давление, сопротивляться коррозии, сохранять целостность уплотнения, и оставаться стабильными по размерам.

Общие примеры включают клапан тела, разъемы, органы регулирования потока, корпуса, насос части, и другое оборудование для тяжелых условий эксплуатации.

Материалы и рыночная документация института относят нефть и газ к основным секторам применения литья по выплавляемым моделям., наряду с аэрокосмической, производство электроэнергии, медицинский, и промышленное использование.

Функциональные требования обычно включают в себя:

• целостность давления
• коррозионная стойкость
• Точность размеров
• качество поверхности, подходящее для герметизации или отделки
• сопротивление усталости
• прослеживаемость и повторяемость проверок

Эти требования объясняют, почему литье по выплавляемым моделям часто выбирают для деталей, которые слишком сложны для простой механической обработки и слишком важны, чтобы их можно было оставлять на изготовление с жесткими допусками..

4. Технологический процесс и аспекты производства

Нефть и газ литье по выплавляемым моделям следует стандартной последовательности литья по выплавляемым моделям:

инъекция воскового рисунка, сборка дерева, здание из керамической оболочки, Depaxing, осмотр корпуса и предварительный нагрев, заливка, охлаждение, нокаут снаряда, отрезать, уборка, и, наконец, любая необходимая металлургическая обработка перед проверкой и доставкой..

5. Основные технические барьеры, отличающие его от обычного литья по выплавляемым моделям

Литье по выплавляемым моделям в нефтегазовой отрасли — это не «обычное литье по выплавляемым моделям с другим заказчиком». Техническая планка существенно выше.

Целостность давления не подлежит обсуждению

Для многих частей нефтегазовой отрасли, скрытая пористость – это не просто косметическая проблема.

Это вопрос надежности. Внутренняя микропористость может снизить усталостную долговечность и ухудшить характеристики давления., Вот почему ответственные отливки часто обрабатываются иначе, чем промышленные детали общего назначения..

Коррозионная стойкость должна выдерживать настоящую химию

Среда эксплуатации может включать рассолы., кислые условия, углеводороды, химикаты, и циклическое изменение температуры.

Таким образом, выбор материала определяется не только номинальной прочностью, но и режимом коррозии детали и стандартами, используемыми для ее квалификации..

Спецификации ASTM для суровых условий эксплуатации и поддержания давления существуют именно потому, что эта среда гораздо более требовательна, чем обычное оборудование..

Прослеживаемость и нагрузка на проверку выше

Приемка поверхности, Неразрушающее тестирование, и соблюдение спецификаций имеют более важное значение в нефтегазовой отрасли, чем во многих других отраслях..

Список стандартов ASTM включает визуальную приемку., магнитные частицы, проникающая жидкость, и ультразвуковые методы, которые поддерживают эту более высокую нагрузку по контролю.

Надежность — свойство системы

Качественное литье нефти и газа не является результатом одного хорошего технологического процесса..

Это результат правильного выбора материала., качество скорлупы, практика заливки, термическая обработка, HIP там, где это необходимо, и инспекционная дисциплина.

Процесс следует рассматривать как систему.. В этом главное отличие от менее критичной работы по литью по выплавляемым моделям..

6. Термическая обработка, БЕДРО, и повышение производительности

Почему важна термическая обработка после литья

В нефтегазовом литье по выплавляемым моделям, деталь не готова к эксплуатации только потому, что она имеет правильную геометрию.

Ему по-прежнему необходимы правильные металлургические условия, чтобы выдерживать давление., коррозия, циклическая загрузка, и долгосрочное обслуживание.

Термическая обработка является основным методом регулирования прочности., твердость, пластичность, остаточное напряжение, и микроструктурная стабильность после затвердевания.

Для стали, нержавеющая сталь, и отливки из родственных сплавов, ASTM официально признает как термообработку, так и горячее изостатическое прессование общепринятыми методами после литья..

Термическая обработка по семейству сплавов

Для отливки из стали и нержавеющей стали, тепловой маршрут зависит от класса и предполагаемых условий эксплуатации.

Гомогенизацию можно использовать для уменьшения расслоения отливок.; обработка раствором растворяет нежелательные осадки и подготавливает матрицу к дальнейшему упрочнению;

нормализация улучшает зернистую структуру литого изделия; закалка создает мартенсит в марках, предназначенных для этого; и отпуск восстанавливает эксплуатационную ударную вязкость после закалки.

ASM аналогичным образом описывает литые сплавы на основе никеля.: обработка раствором и старение играют центральную роль в окончательном наборе свойств., особенно когда производительность при высоких температурах имеет решающее значение.

Роль обработки раствором и старения

Для термообрабатываемых сплавов, обработка раствора и старение являются основой процесса развития недвижимости.

Обработка раствором устраняет или перераспределяет фазовую неоднородность, возникшую во время литья., и старение затем развивает окончательную укрепляющую структуру.

В отливках на основе никеля, ASM описывает стандартную термическую обработку литых суперсплавов на основе никеля, основанную на обработке на раствор и старении.,

отметив также, что контроль атмосферы во время отжига или обработки раствором может включать экзотермические, эндотермический, сухой водород, сухой аргон, или вакуумная среда в зависимости от сплава и целевого качества.

Практический результат – более предсказуемый кастинг.: тот, который в меньшей степени определяется случайностью затвердевания и в большей степени определяется спроектированным конечным состоянием.

Это различие особенно важно в нефтегазовой отрасли., там, где детали часто подвергаются длительной нагрузке и сильному химическому воздействию..

Почему HIP является таким важным дополнением к термической обработке

Горячее изостатическое прессование, или ХИП, используется для уменьшения или устранения внутренней пористости в ответственных отливках..

ASM отмечает, что HIP может устранить внутреннюю пористость отливок., а в литературе по литью по выплавляемым моделям отмечается, что закрытие пор может улучшить характеристики многоцикловой усталости..

В нефтегазовом сервисе, это важно, потому что внутренние пустоты могут стать слабыми местами под циклическим давлением, вибрация, или агрессивные условия эксплуатации.

Таким образом, HIP лучше всего понимать как этап уплотнения, который улучшает внутреннюю прочность, а не как замену хорошей практики отливки..

7. Расходы, Время выполнения, и общая ценность жизненного цикла

Стоимость должна оцениваться за пределами цены за единицу продукции.

В нефтегазовом литье по выплавляемым моделям, самая низкая цена за штуку не всегда является самой низкой реальной себестоимостью.

Литой компонент может стоить дороже, чем простая обработанная или изготовленная деталь., но это также может уменьшить механическую обработку, количество частей, сварка, инспекционное бремя, и сложность сборки.

Это важно, поскольку оборудование для нефтегазовой отрасли часто оценивается Общая стоимость жизненного цикла, не только по себестоимости производства.

Почему литье по выплавляемым моделям может быть экономически привлекательным

Литье по выплавляемым моделям особенно ценно, когда деталь имеет сложную геометрию., внутренние отрывки, или несколько функций, интегрированных в один корпус.

В этих случаях, этот процесс может сократить количество вторичных операций и устранить часть затрат, которые в противном случае были бы потрачены на обработку цельной заготовки или сборку нескольких деталей..

Экономическая логика становится сильнее, когда сплав дорогой., форма сложная, или требования к надежности высоки.

Время выполнения: быстрее, чем маршруты с большим количеством инструментов в правильном контексте

Время выполнения во многом зависит от того, является ли деталь прототипом., товар мелкосерийного производства, или зрелый повторяющийся компонент.

Для ранних стадий или небольших объемов работ, литье по выплавляемым моделям может быть конкурентоспособным, поскольку позволяет избежать длительной настройки, связанной с некоторыми другими производственными маршрутами..

Современные методы производства моделей также могут сократить циклы разработки., особенно когда изменения геометрии все еще вероятны.

Для производственных деталей, время выполнения заказа обычно определяется строительством оболочки, восковая оснастка, термическая обработка, механическая обработка, и проверка.

В нефти и газе, эти шаги не являются дополнительными накладными расходами; они являются частью пути квалификации.

Более короткий график полезен только в том случае, если деталь по-прежнему соответствует требуемым стандартам и критериям приемки..

Общая ценность жизненного цикла — это реальный показатель принятия решения

Лучший способ оценить отливки для нефтегазовой отрасли — спросить, сколько будет стоить деталь в течение всего срока ее службы..

Компонент, снижающий риск утечки, повышает надежность герметизации, снижает частоту технического обслуживания, и увеличенные интервалы обслуживания могут создать гораздо большую ценность, чем тот, который просто дешевле купить..

Литье по выплавляемым моделям часто дает хорошие результаты в этом отношении, поскольку оно поддерживает формы, близкие к чистым., коррозионные сплавы, и консолидация геометрии на одном производственном маршруте.

8. Применение в нефтегазовой отрасли

Отливки по выплавляемым моделям из нефти и газа используются везде, где компоненты должны сочетаться друг с другом. сложная геометрия, целостность давления, коррозионная стойкость, и длительный срок службы.

Разведка и добыча

Операции разведки и добычи являются одними из самых сложных, поскольку оборудование может подвергаться воздействию абразивных жидкостей., переменное давление, высокая температура, и химически агрессивные пластовые среды.

Отливки по выплавляемым моделям часто используются в компонентах, где поведение внутреннего потока и механическая целостность одинаково важны..

Типичные приложения для восходящих потоков включают в себя:

• Корпуса клапанов и внутренние компоненты клапанов
• корпуса и рабочие колеса насосов
• детали управления потоком
• корпуса разъемов
• вспомогательные компоненты, связанные со скважиной
• Конструкционные кронштейны для производственных систем

Средний транспорт и трубопроводные системы

Системы транспортировки нефти перекачивают нефть, газ, и сопутствующие жидкости на большие расстояния по трубопроводам, компрессорные станции, и средства передачи.

Компоненты в этом сегменте должны поддерживать сдерживание давления., надежный контроль потока, и долгосрочная стабильность работы.

Обычные инвестиционные отливки в сфере среднего бизнеса включают в себя:

• трубопроводная арматура
• муфты и разъемы
• корпуса клапанов и трим
• фланцы и компоненты переходников
• корпуса для контроля расхода
• уплотнительные и соединительные детали

Переработка и переработка

В условиях нефтепереработки и последующей переработки детали подвергаются нагреву., давление, коррозионные СМИ, и иногда абразивные частицы.

Компоненты здесь часто должны поддерживать непрерывную работу с высокой надежностью и контролируемыми интервалами технического обслуживания..

Типичные последующие приложения включают в себя:

• насосные компоненты
• клапанская отделка
• внутренние устройства технологического оборудования
• коррозионностойкие разъемы
• корпуса приборов
• специальные фитинги и адаптеры

Морские и подводные системы

Морские и подводные условия являются одними из самых суровых в нефтегазовой отрасли..

Компоненты могут подвергаться воздействию морской воды., хлориды, высокое гидростатическое давление, и длительные интервалы обслуживания с ограниченным доступом. По этой причине, надежность материала имеет решающее значение.

Обычные морские и подводные отлитые детали включают в себя:

• Корпуса клапанов, подвергающиеся воздействию морской воды
• коррозионностойкая арматура
• компоненты насосной и проточной системы
• структурное оборудование
• корпуса разъемов
• критически важные внутренние детали для удаленного оборудования

Клапаны и оборудование для регулирования расхода

Клапаны являются одной из наиболее важных групп применений для литья нефти и газа..

Они встречаются в верхнем течении, Средний поток, ниже по течению, и оффшорные системы, и их выход из строя может напрямую повлиять на безопасность, производство, и соблюдение окружающей среды.

Типичные отливки, связанные с клапанами, включают::

• корпуса клапанов
• седла клапанов
• клапанская отделка
• компоненты капота
• Приводные корпусы
• элементы регулирования расхода

Компоненты насосов и вращающегося оборудования

Насосы в нефтегазовой отрасли подвергаются воздействию агрессивных жидкостей., колебания давления, а иногда и эрозионные твердые вещества.

Многие детали насоса имеют сложную геометрию, которая идеально подходит для литья по выплавляемым моделям..

Типичные литые компоненты насоса включают в себя:

• импеллеры
• насосные корпусы
• части диффузора
• износостойкие внутренние компоненты
• корпуса с уплотнениями
• соединители для работы с жидкостью

Приборы, Мониторинг, и управляющее оборудование

Нефтегазовые системы в значительной степени зависят от мониторинга, ощущение, и управляющее оборудование. Многие из этих деталей небольшие, но технически требовательные..

Они должны обеспечивать точную геометрию интерфейса., устойчивость к окружающей среде, и стабильная долгосрочная производительность.

Примеры включают в себя:

• Корпуса датчиков
• корпуса приборов
• тела компонентов управления
• части разъема
• защитные кожухи
• элементы интерфейса, связанные с давлением

Структурные и опорные компоненты

Не все отливки нефти и газа непосредственно задействованы в работе с жидкостями.. Некоторые используются для поддержки, выравнивание, и интеграция оборудования.

Эти части могут показаться простыми, но им часто необходимо сочетать несущую способность с экологической устойчивостью..

Типичное структурное использование включает в себя:

• опорные кронштейны
• монтажные основания
• соединители рамы
• центрирующие корпуса
• части механического интерфейса

9. Сравнение с другими производственными маршрутами

10. Заключение

Литье по выплавляемым моделям в нефтегазовой отрасли — это высокобарьерная технология прецизионного производства, адаптированная для экстремальных многопрофильных условий нефтехимической промышленности..

Отличается от обычного гражданского литья по выплавляемым моделям, требуется герметичность, коррозионная стойкость и структурная усталостная устойчивость как основные показатели оценки,

и образует полную производственную систему, охватывающую выбор сортовых сплавов., подготовка инертной оболочки, вакуумная антиокислительная заливка и стандартизированная термообработка.

Несмотря на ограничения по размерам и высокие затраты на производство суперсплавов., Рациональное подбор материалов и оптимизация конструкции могут эффективно компенсировать присущие процессу недостатки..

Благодаря постоянному углублению разработки глубоководных нефтегазовых ресурсов и совершенствованию технологии интеллектуального литья.,

литье по выплавляемым моделям для нефтегазовой отрасли еще больше расширит сферу применения в сверхглубоких скважинах высокого давления и в проектах полярной энергетики.,

и стать незаменимым ядром, поддерживающим производственные технологии для мировой нефтегазовой и нефтехимической нефтеперерабатывающей промышленности..

 

Часто задаваемые вопросы

В чем основная разница между маслом & газовое литье по выплавляемым моделям и обычное прецизионное литье?

Отливки, предназначенные для нефти и газа, не требуют наличия внутренних проникающих дефектов., специализированный подбор коррозионностойких сплавов и сертифицированные API неразрушающие испытания для адаптации к высоким давлениям и экстремальным коррозионным средам..

Какой сплав является наиболее экономичным для деталей клапанов морских платформ??

2205 Дуплексная нержавеющая сталь отличается сбалансированной стойкостью к хлоридной коррозии и себестоимостью производства., какой материал является предпочтительным для изготовления обычных морских клапанов, работающих под давлением.

Зачем высоколегированное масло & газовое литье принимает вакуумную заливку?

Высокотемпературная расплавленная дуплексная нержавеющая сталь и сплавы на основе никеля легко поглощают кислород и азот., образование хрупких примесных фаз и снижение коррозионной стойкости и механической стабильности..

Какие дефекты наиболее губительны для отливок, работающих под давлением нефти и газа??

Внутренняя проникающая пористость и горячие трещины, который будет быстро расширяться под переменным давлением и напрямую вызывать утечку жидкости и выход из строя компонентов..

Нужна ли термическая обработка всему маслу & газовое литье по выплавляемым моделям?

Да. Целенаправленная термообработка может гомогенизировать металлографическую структуру., устранить остаточные напряжения и значительно улучшить коррозионную стойкость и устойчивость отливок к давлению..