Ливење за нафту и гас

Увођење

Нафта и гас су захтевно инжењерско окружење.

Компоненте морају толерисати корозивне медије, флуктуације притиска, варијација температуре, вибрација, и дуги сервисни интервали, често уз одржавање чврстог интегритета димензија и поузданог заптивања.

Инвестиционо ливење је добро прилагођено овом окружењу јер комбинује способност скоро мреже, фини детаљ, широк спектар легуре, и могућност производње сложених геометрија уз смањену обраду и монтажу.

Оно што ливење нафте и гаса чини стратешки важним није само то што може да произведе тешке облике.

То је да може произвести тешке облике у легурама које су посебно одабране за агресивне услове рада, уз одржавање интегритета површине и конзистентности димензија које захтева критична процесна опрема.

1. Зашто инвестиционо ливење одговара нафти и гасу

Комплексна геометрија са мање обраде

Компоненте нафте и гаса често садрже унутрашње пролазе за проток, региони у транзицији, монтажне газде, заптивне површине, и обликују промене које је тешко економски произвести само машинском обрадом.

Инвестиционо ливење је атрактивно јер је дизајнирано за сложене, геометрије близу мреже и може минимизирати машинску обраду, скупштина, и повезани трошкови.

Широка способност легуре

Процес подржава широк спектар легуре, што је важно јер сервис нафте и гаса није јединствено окружење.

Неким деловима је потребна отпорност на корозију, некима је потребна чврстоћа на високим температурама, а некима је потребно и једно и друго.

Литература о инвестиционом ливењу наглашава употребу посебан, високих перформанси, легуре високе температуре, што је директно релевантно за компоненте нафте и гаса у тешким условима.

Боља поузданост на нивоу система

У нафти и гасу, квар делова је скуп не само због цене замене, већ зато што застоји могу бити озбиљни.

Консолидацијом више комада у једну ливену компоненту и смањењем обраде и монтаже,

ливење може смањити број интерфејса где цурење, неусклађеност, или може настати умор.

То је инжењерски закључак из предности процеса готовог облика и његове улоге у апликацијама које садрже притисак.

Компатибилност са стандардима који садрже притисак

АСТМ одржава специфичне стандарде за ливене одливе који се користе у апликацијама које садрже притисак и тешким условима рада,

укључујући А985/А985М за челичне ливене ливене опште захтеве за делове који садрже притисак,

А957/А957М за општу индустријску употребу, А744/А744М за одливке отпорне на корозију за тешке услове рада, и А990/А990М за делове који држе притисак за корозивну употребу.

Њихово постојање показује да ливење у нафту и гас није маргинална опција; препознат је у екосистему стандарда за захтевну услугу.

2. Материјали који се обично користе у одливцима за нафту и гас

Избор материјала је једна од најважнијих одлука у ливењу нафте и гаса.

У овом сектору, легура се не бира само због чврстоће или могућности ливења; мора и да опстане корозивна хемија, оптерећење под притиском, варијација температуре, ерозија, и дуги сервисни интервали.

Карбонски челик: економска структурна основа

Угљенични челик остаје релевантан тамо где је окружење релативно умерено и исплативост је важнија од максималне отпорности на корозију.

У нафти и гасу, често се користи за конструкцијске делове, подржава, и компоненте код којих су главни захтеви механичка чврстоћа и обрадивост, а не јака хемијска отпорност.

АСТМ одржава одвојене спецификације за ливене одливе од угљеничног челика који се користе за опште услуге и услуге везане за притисак, што показује да угљенични челик и даље има дефинисану улогу у ливеном екосистему.

Нисколегирани челик: јачи и чвршћи за услуге везане за притисак

Нисколегирани челик се обично бира када је делу потребна боља чврстоћа, жилавост, или перформансе на ниској температури него што може да обезбеди обичан угљенични челик.

Често је рационалнији избор за компоненте везане за притисак и умерено тешке услове рада јер нуди јачи омотач својстава уз очување релативно добре способности ливења и контроле трошкова.

АСТМ-ова листа стандарда укључује више спецификација ливења од легираног челика за индустријску употребу под притиском, појачавајући његов значај у критичном хардверу.

Аустенитни од нехрђајућег челика: свестрани радни коњ отпоран на корозију

Аустенитни нерђајући челик је једна од најчешће коришћених породица у ливењу нафте и гаса јер комбинује корисну отпорност на корозију, добра жилавост, и широку разноврсност услуга.

Обично се бира за тела вентила, Делови пумпе, компоненте инструментације, и други делови којима је потребна и чистоћа и хемијска отпорност.

АСТМ посебно укључује А351/А351М за ливење, аустенитски, за делове који садрже притисак, и А744/А744М за одливке отпорне на корозију за тешке услове рада, што показује колико је ова породица централна за критичне апликације.

Дуплек нерђајући челик: већа чврстоћа са отпорношћу на хлорид

Дуплекс нерђајући челици заузимају веома важну средину у нафти и гасу јер нуде већу чврстоћу од многих аустенитних класа и јаку отпорност на корозију изазвану хлоридима.

Посебно су атрактивни за офшор, подземље, и делови изложени морској води.

АСТМ препознаје дуплекс ливење за улагање кроз А995/А995М за делове који садрже притисак и А890/А890М за дуплекс одливке отпорне на корозију, што потврђује њихову улогу у опреми под притиском за тешке услове рада.

Дуплекс од високе легуре / Супер Дуплек Градес: за веома агресивна хлоридна окружења

У веома агресивним офшор окружењима, Дуплексне класе више легуре се често бирају када отпорност на корозију и пукотине постану критичнији.

Практичан закључак из АСТМ дуплекс спецификација је да је ова породица дизајнирана за управо ону врсту услуге богате хлоридима која се налази у приобалним и подводним системима.

Другим речима, када обични нерђајући челици нису довољни, Материјали засновани на дуплексу приближавају дизајн поузданости коју захтевају дуговечне услуге нафте и гаса.

Легуре на бази никла: за тешку корозију и рад на високим температурама

Легуре на бази никла се користе када је радно окружење превише агресивно за нерђајући челик или када повишена температура постаје доминантан фактор.

Посебно су релевантни у киселој служби, агресивно излагање хемикалијама, и критично заптивање или компоненте тела.

АСТМ покрива ове материјале А990/А990М за делове који одржавају притисак за корозивну употребу и А494/А494М за ливење никла и легура никла.

Индустрија инвестиционог ливења такође експлицитно истиче легуре на бази никла међу материјалима високих перформанси који се обично изливају за захтевне секторе.

Кобалтно легуре: за отпорност на хабање и ерозију

Легуре на бази кобалта су мање уобичајене од нерђајућих или легура никла, али постају важни где се носе, ерозија, или доминирају тешки услови интерне службе.

Често се користе у облогама вентила који се јако троше или другим критичним унутрашњим елементима који морају да се одупру механичкој деградацији током времена.

Институт за инвестиционо ливење идентификује кобалт међу породицама легура које његови чланови обично топе и ливеју, потврђујући његову релевантност за напредно индустријско ливење.

Нерђајући челици који се стврдњавају на падавинама: када се мора додати снага без одустајања од отпорности на корозију

Нерђајући челик који очвршћава на падавинама се користи када је пројекту потребна јача легура од стандардног аустенитног нерђајућег челика, али и даље жели профил отпорности на корозију од нерђајућег челика.

АСТМ укључује А747/А747М за нехрђајући, одливци за отврдњавање падавинама, што одражава њихово утврђено место у тешким сервисним и прецизним применама.

Материјално-породични сажетак

3. Типичне компоненте и функционални захтеви

Одливци за нафту и гас се често користе за делове који морају да обављају неколико послова одједном: носе притисак, одолети корозији, одржавати интегритет печата, и остају димензионално стабилне.

Уобичајени примери укључују вентил тела, конектори, тела за контролу протока, кућишта, пумпа делови, и други хардвер за тешке услуге.

Материјали Института и тржишна документација стављају нафту и гас међу главне секторе примене за ливење по инвестиционој маси, поред ваздухопловства, генерација електричне енергије, медицински, и индустријске употребе.

Функционални захтеви обично укључују:

• интегритет притиска
• отпорност на корозију
• Димензионална тачност
• квалитет површине погодан за заптивање или завршну обраду
• отпорност на умор
• инспекцијска следљивост и поновљивост

Ови захтеви објашњавају зашто се ливење често бира за делове који су превише сложени за једноставну машинску обраду и превише критични да би се препустили производњи са лабавом толеранцијом.

4. Разматрање тока процеса и производње

Нафта и гас Инвестициони ливење следи стандардни редослед ливења:

убризгавање узорка воска, монтажа дрвета, зграда од керамичких шкољки, депаратирање, преглед шкољке и предгревање, сипајући, хлађење, избијање гранате, цутофф, чишћење, и на крају све потребне металуршке обраде пре прегледа и испоруке.

5. Основне техничке препреке које га разликују од обичног ливења

Ливење у нафту и гас није „обично ливење у инвестиционој индустрији код другог купца“. Техничка трака је материјално виша.

О интегритету притиска се не може преговарати

За многе делове нафте и гаса, скривена порозност није само козметички проблем.

То је питање поузданости. Унутрашња микропорозност може смањити век трајања и угрозити перформансе притиска, због чега се критични одливци често третирају другачије од индустријских делова опште намене.

Отпорност на корозију мора преживети праву хемију

Услужно окружење може укључивати слане воде, кисели услови, угљоводоника, хемикалије, и температурни циклус.

Избор материјала је стога вођен не само номиналном чврстоћом, већ и режимом корозије дела и стандардима који се користе за његову квалификацију.

АСТМ-ове спецификације за тешке услуге и задржавање притиска постоје управо зато што је ово окружење много захтевније од опште машинерије.

Сљедивост и оптерећење инспекције су веће

Прихватање површине, испитивање без разарања, и усаглашеност са спецификацијама су важнија за нафту и гас него у многим другим секторима.

АСТМ листа стандарда укључује визуелно прихватање, магнетно-честица, течно-пенетрант, и ултразвучне праксе које подржавају ово веће оптерећење инспекције.

Поузданост је својство система

Добро ливење нафте и гаса није резултат једног доброг корака процеса.

То је резултат усклађеног одабира материјала, квалитет љуске, пракса изливања, топлотни третман, ХИП где је потребно, и инспекцијске дисциплине.

Процес се мора третирати као систем. То је главна разлика у односу на мање критичан посао ливења.

6. Топлотни третман, Кук, и побољшање перформанси

Зашто је термичка обрада после ливења важна

У инвестиционом ливењу нафте и гаса, део није заиста спреман за сервис само зато што има праву геометрију.

И даље му је потребно одговарајуће металуршко стање да би издржао притисак, корозија, циклично оптерећење, и дугорочну изложеност услугама.

Топлотна обрада је главна метода која се користи за подешавање снаге, тврдоћа, дуктилност, преостали стрес, и микроструктурна стабилност након очвршћавања.

За челик, нехрђајући челик, и сродних одливака од легура, АСТМ формално признаје и термичку обраду и топло-изостатичко пресовање као устаљене праксе после ливења.

Термичка обрада од стране породице легура

За одливци од челика и нерђајућег челика, термичка траса зависи од степена и предвиђеног услова рада.

Хомогенизација се може користити за смањење сегрегације ливења; третман раствором раствара нежељене преципитате и припрема матрикс за касније јачање;

нормализација рафинира структуру зрна као ливеног; каљење ствара мартензит у класама дизајнираним за то; а каљење враћа употребну жилавост након гашења.

АСМ на сличан начин описује ливене легуре на бази никла: третман раствором и старење су централни за коначни сет својстава, посебно када су перформансе на високим температурама критичне.

Улога третмана раствора и старења

За легуре које се обрађују топлотом, третман раствора и старење су срце процеса развоја имовине.

Третман раствором уклања или редистрибуира фазну нехомогеност створену током ливења, а старењем се затим развија коначна структура за јачање.

У одливцима на бази никла, АСМ описује стандардну топлотну обраду ливених суперлегура на бази никла усредсређену на третман раствора и очвршћавање са старењем,

уз напомену да контрола атмосфере током жарења или третмана раствором може укључивати егзотермну, ендотермни, суви водоник, суви аргон, или вакуумске средине у зависности од легуре и циља квалитета.

Практични резултат је предвидљивији ливење: онај који је мање вођен случајношћу очвршћавања, а више вођен пројектованим коначним стањем.

Та разлика је посебно важна у нафти и гасу, где делови често доживљавају дуготрајно оптерећење и озбиљну хемијску изложеност.

Зашто је ХИП тако важан додатак топлотној обради

Вруће изостатско пресовање, или ХИП, користи се за смањење или елиминисање унутрашње порозности код критичних одливака.

АСМ напомиње да ХИП може елиминисати унутрашњу порозност одливака, а литература о ливењу за улагање истиче да затварање пора може побољшати перформансе замора током високог циклуса.

У служби нафте и гаса, то је важно јер унутрашње празнине могу постати слабе тачке под цикличним притиском, вибрација, или агресивни услови услуге.

ХИП се стога најбоље разуме као корак згушњавања који побољшава унутрашњу чврстоћу, а не као замена за добру праксу ливења.

7. Трошак, Временско време, и укупна вредност животног циклуса

Трошак треба проценити изнад јединичне цене

У инвестиционом ливењу нафте и гаса, најнижа цена у комаду није увек најнижа стварна цена.

Ливена компонента може коштати више унапред од једноставног обрађеног или произведеног дела, али може и да смањи машинску обраду, парт цоунт, заваривање, инспекцијски терет, и сложеност монтаже.

То је важно јер се хардвер за нафту и гас често процењује Тотални трошкови животног циклуса, не само по цени сирове производње.

Зашто ливење може бити економски атрактивно

ливење је посебно вредно када компонента има сложену геометрију, унутрашњи пролази, или више функција интегрисаних у једно тело.

У тим случајевима, процес може смањити секундарне операције и елиминисати неке од трошкова који би иначе били потрошени на машинску обраду из чврстих залиха или склапање више делова.

Економска логика постаје јача када је легура скупа, облик је компликован, или је захтев за поузданост висок.

Време испоруке: брже од рута које су тешке за алате у правом контексту

Време испоруке у великој мери зависи од тога да ли је део прототип, краткорочна производна јединица, или зрелу компоненту која се понавља.

За рад у раној фази или малог обима, ливење може бити конкурентно јер избегава дуго оптерећење при постављању повезано са неким другим правцима производње.

Савремене методе производње шаблона такође могу скратити развојне циклусе, посебно када су промене геометрије и даље вероватне.

За производне делове, време испоруке се обично обликује изградњом шкољке, воштани алат, топлотни третман, обрада, и инспекција.

У нафти и гасу, ови кораци нису опциони; део су квалификационог пута.

Краћи распоред је користан само ако део и даље испуњава тражене стандарде и критеријуме прихватања.

Укупна вредност животног циклуса је стварна метрика одлуке

Најбољи начин за процену одливака од нафте и гаса је да питате колико кошта део током целог радног века.

Компонента која смањује ризик од цурења, побољшава поузданост заптивања, смањује учесталост одржавања, и продужава сервисне интервале може створити много већу вредност од оне која је само јефтинија за куповину.

Инвестиционо ливење често има добре резултате у овом погледу јер подржава облике скоро мреже, легуре отпорне на корозију, и консолидација геометрије у једној рути производње.

8. Примене за нафту и гас

Одливци за нафту и гас се користе свуда где се компонента мора комбиновати сложена геометрија, интегритет притиска, отпорност на корозију, и дуг радни век.

Узводно истраживање и производња

Упстреам операције су међу најзахтевнијим јер опрема може бити изложена абразивним течностима, флуктуирајући притисци, висока температура, и хемијски агресивних медија за формирање.

Одливци се често користе у компонентама где су понашање унутрашњег протока и механички интегритет подједнако важни.

Типичне упстреам апликације укључују:

• тела вентила и унутрашње компоненте вентила
• кућишта пумпи и радна кола
• делови за контролу протока
• кућишта конектора
• додатне компоненте везане за бушотину
• структурне конзоле за производне системе

Средњи транспорт и системи цевовода

Системи средњег тока покрећу нафту, гас, и сродне течности на великим удаљеностима кроз цевоводе, компресорске станице, и трансферних објеката.

Компоненте у овом сегменту морају подржавати задржавање притиска, поуздана контрола протока, и дугорочну оперативну стабилност.

Уобичајени одливци средњег тока укључују:

• цевоводне арматуре
• спојнице и конектори
• тела вентила и трим
• прирубнице и компоненте адаптера
• кућишта за праћење протока
• делови за заптивање и интерфејс

Рафинација и прерада у низу

Окружење за рафинирање и даље процесирање излаже делове топлоти, притисак, Корозивни медији, а понекад и абразивних честица.

Компоненте овде често морају да подрже континуирани рад са високом поузданошћу и контролисаним интервалима одржавања.

Типичне низводне апликације укључују:

• компоненте пумпе
• подрезивање вентила
• унутрашњост процесне опреме
• конектори отпорни на корозију
• кућишта за инструменте
• специјални спојеви и адаптери

Оффсхоре и Субсеа Системс

Окружење на мору и подморју је међу најсуровијим у индустрији нафте и гаса.

Компоненте могу бити изложене морској води, хлориди, висок хидростатички притисак, и дуги сервисни интервали са ограниченом доступношћу. Из овог разлога, поузданост материјала је критична.

Уобичајени делови за ливење на мору и подморју укључују:

• тела вентила изложена морској води
• арматуре отпорне на корозију
• пумпа и компоненте проточног система
• структурни хардвер
• кућишта конектора
• критични унутрашњи делови за удаљену опрему

Вентил и опрема за контролу протока

Вентили су једна од најважнијих група примене за ливење у нафту и гас.

Налазе се узводно, средњи ток, низводно, и оффсхоре системи, а њихов квар може директно утицати на безбедност, производња, и еколошку усклађеност.

Типични одливци везани за вентиле укључују:

• Тела вентила
• Седишта вентила
• подрезивање вентила
• компоненте хаубе
• кућишта за актуатор
• елементи за регулацију протока

Компоненте пумпе и ротационе опреме

Пумпе у сервису за нафту и гас су изложене корозивним течностима, флуктуације притиска, а понекад и ерозивне чврсте материје.

Многи делови пумпе имају сложену геометрију која је идеална за ливење по инвестиционој маси.

Типичне ливене компоненте пумпе укључују:

• подметач
• кућишта пумпе
• делови дифузора
• унутрашње компоненте отпорне на хабање
• кућишта везана за заптивање
• конектори за руковање течностима

Инструментатион, Мониторинг, и контролни хардвер

Нафтни и гасни системи се у великој мери ослањају на надзор, сенсинг, и контролни хардвер. Многи од ових делова су мали, али технички захтевни.

Морају да обезбеде тачну геометрију интерфејса, отпорност на животну средину, и стабилне дугорочне перформансе.

Примери укључују:

• кућишта сензора
• кућишта за инструменте
• тела контролне компоненте
• делови конектора
• заштитна кућишта
• елементи интерфејса који се односе на притисак

Структурне и пратеће компоненте

Нису сви одливци нафте и гаса директно укључени у руковање течностима. Неки се користе за подршку, поравнање, и интеграцију опреме.

Ови делови могу изгледати једноставни, али често треба да комбинују носивост са издржљивошћу на животну средину.

Типичне структурне употребе укључују:

• потпорни носачи
• монтажне основе
• конектори оквира
• кућишта за поравнање
• делови механичког интерфејса

9. Поређење са другим правцима производње

10. Закључак

Ливење нафте и гаса је прецизна производна технологија са високим баријерама прилагођена за екстремно окружење петрохемијске индустрије повезано са више поља..

За разлику од обичног цивилног ливења, потребна је непропусност притиска, отпорност на корозију и стабилност конструкције на замор као индикатори евалуације језгра,

и формира комплетан производни систем који покрива избор степенастих легура, припрема инертне љуске, вакуумско антиоксидационо преливање и стандардизована топлотна обрада.

Иако је ограничен ограничењима величине и високим трошковима производње суперлегура, рационално поклапање материјала и оптимизација структуре могу ефикасно надокнадити инхерентне недостатке процеса.

Уз континуирано продубљивање развоја ресурса нафте и гаса у дубоком мору и надоградњу технологије интелигентног ливења,

ливење у нафту и гас ће даље проширити обим примене у ултра-дубоким бушотинама високог притиска и пројектима поларне енергије,

и постати незаменљиво језгро које подржава производну технологију за глобалну индустрију експлоатације нафте и гаса и петрохемијске рафинације.

 

Често постављана питања

Која је суштинска разлика између уља & ливење за улагање у гас и обично прецизно ливење?

Одливци за уље и гас захтевају нулту унутрашњу пенетрацију, специјализовано подударање легуре отпорне на корозију и НДТ тестирање са сертификатом АПИ за прилагођавање екстремним окружењима високог притиска и корозије.

Која је легура најисплативија за делове вентила платформе на мору?

2205 дуплекс нерђајући челик има уравнотежену отпорност на хлоридну корозију и цену производње, који је пожељан материјал за конвенционалне вентиле под притиском на мору.

Зашто мора високо легирано уље & гасни одливци усвајају вакумско изливање?

Високотемпературни растопљени дуплекс нерђајући челик и легуре на бази никла лако апсорбују кисеоник и азот, формирање фаза крхких нечистоћа и смањење отпорности на корозију и механичке стабилности.

Који дефекти су најсмртоноснији за одливке од уља и гаса који носе притисак?

Унутрашња продорна порозност и вруће пукотине, који ће се брзо ширити под наизменичним притиском и директно изазвати цурење течности и квар компоненти.

Да ли је топлотна обрада неопходна за сва уља & одливци за улагање гаса?

Да. Циљана топлотна обрада може хомогенизовати металографску структуру, елиминишу заостало напрезање и значајно побољшавају отпорност на корозију и стабилност одливака под притиском.