Лиття по моделлю нафти і газу

Вступ

Нафта і газ є вимогливим інженерним середовищем.

Компоненти повинні витримувати корозійні середовища, коливання тиску, коливання температури, вібрація, і тривалі міжсервісні інтервали, часто, зберігаючи жорстку цілісність розмірів і надійну герметизацію.

Лиття за моделлю добре підходить для цього середовища, оскільки воно поєднує можливість майже чистої форми, тонка деталь, широкий асортимент сплавів, і здатність створювати складні геометрії з меншою кількістю механічної обробки та складання.

Що робить нафтогазове лиття за виплавленими моделями стратегічно важливим не тільки тому, що воно може виробляти складні форми.

Це те, що він може створювати складні форми зі сплавів, спеціально вибраних для агресивних умов експлуатації, зберігаючи при цьому цілісність поверхні та постійність розмірів, яких вимагає критичне технологічне обладнання.

1. Чому лиття по моделлю підходить для нафти та газу

Складна геометрія з меншою кількістю механічної обробки

Нафтові та газові компоненти часто містять внутрішні потоки, перехідні регіони, монтажні бобишки, ущільнювальні поверхні, і зміни форми, які важко виробляти економічно за допомогою лише механічної обробки.

Лиття по моделлю привабливе тим, що воно призначене для комплекс, майже мережеві геометрії і може мінімізувати механічну обробку, складання, і відповідні витрати.

Широка сплавна здатність

Процес підтримує широкий діапазон сплавів, що важливо, оскільки нафтогазовий сервіс не є єдиним середовищем.

Деякі частини потребують стійкості до корозії, деякі потребують високотемпературної міцності, а деяким потрібно і те, і інше.

У літературі з лиття по виплавленим моделям наголошується на використанні спеціальні, високопродуктивний, Високотемпературні сплави, що має безпосереднє відношення до нафтогазових компонентів, що працюють у важких умовах.

Краща надійність системного рівня

У нафті і газі, несправність деталі коштує дорого не тільки через вартість заміни, але тому, що простої можуть бути серйозними.

Завдяки консолідації кількох частин в один литий компонент і скороченню обробки та складання,

Лиття за моделлю може зменшити кількість інтерфейсів, де є витік, зміщення, або може виникнути втома.

Це інженерний висновок на основі переваг процесу майже чистої форми та його ролі в програмах, що містять тиск.

Сумісність зі стандартами, що містять тиск

ASTM підтримує спеціальні стандарти для виплавленого литва, що використовується в системах, що містять тиск і в важких умовах експлуатації,

включаючи A985/A985M для сталевого лиття по моделлю загальні вимоги до деталей, що працюють під тиском,

A957/A957M для загального промислового використання, A744/A744M для корозійностійких виливків для важких умов експлуатації, і A990/A990M для деталей, що утримують тиск, для корозійних умов.

Їх існування показує, що лиття по моделлю не є додатковим варіантом для нафти та газу; він визнаний в екосистемі стандартів для вимогливого обслуговування.

2. Матеріали, які зазвичай використовуються в нафтових і газових виплавках

Вибір матеріалу є одним із найбільш важливих рішень у нафтогазовому литті.

У цьому секторі, сплав вибирають не лише за міцністю чи здатністю до лиття; воно також повинно вижити корозійна хімія, навантаження тиском, коливання температури, ерозія, і тривалі міжсервісні інтервали.

Вуглецева сталь: економічна структурна основа

Вуглецева сталь залишається актуальною там, де навколишнє середовище відносно помірне, а економічна ефективність має більше значення, ніж максимальна стійкість до корозії.

У нафті і газі, часто використовується для структурних частин, підтримує, і компоненти, до яких головними вимогами є механічна міцність і технологічність, а не сувора хімічна стійкість.

ASTM підтримує окремі специфікації для лиття з вуглецевої сталі, що використовується для загального обслуговування та обслуговування, пов’язаного з тиском, який показує, що вуглецева сталь все ще відіграє певну роль в екосистемі лиття.

Низьколелойська сталь: міцніший і міцніший для обслуговування, пов'язаного з тиском

Зазвичай вибирають низьколеговану сталь, коли деталь потребує кращої міцності, міцність, або низьких температур, ніж може забезпечити звичайна вуглецева сталь.

Часто це більш раціональний вибір для компонентів, пов’язаних із тиском, і помірно суворих умов експлуатації, оскільки він пропонує міцнішу оболонку властивостей, зберігаючи відносно хорошу здатність до лиття та контроль витрат.

Список стандартів ASTM включає численні специфікації лиття з легованої сталі для промислового використання та використання під тиском, підсилення його важливості в критичному обладнанні.

Аустенітна нержавіюча сталь: універсальна робоча конячка, стійка до корозії

Аустенітна нержавіюча сталь є однією з найпоширеніших груп лиття по моделлю нафти та газу, оскільки вона поєднує корисну стійкість до корозії, Хороша міцність, і широкий спектр послуг.

Його зазвичай вибирають для корпусів клапанів, деталі накачування, компоненти приладів, та інші частини, які потребують як чистоти, так і хімічної стійкості.

ASTM зокрема включає A351/A351M для виливків, аустенітний, для частин, що містять тиск, і A744/A744M для корозійностійких виливків для важких умов експлуатації, що показує, наскільки це сімейство є центральним для критичних програм.

Дуплексна нержавіюча сталь: висока міцність із стійкістю до хлориду

Дуплексна нержавіюча сталь займає важливу золоту середину в нафтовій і газовій промисловості, оскільки вона забезпечує вищу міцність, ніж багато аустенітних марок, і високу стійкість до корозії, викликаної хлоридами..

Особливо вони привабливі для офшорів, підводний, і частини, відкриті для морської води.

ASTM розпізнає двостороннє лиття по виплавленим моделям A995/A995M для частин, що містять тиск і A890/A890M для дуплексних корозійностійких виливків, що підтверджує їх роль в обладнанні, що працює під тиском.

Високолегований дуплекс / Сорти Super Duplex: для дуже агресивних хлоридних середовищ

У дуже агресивному морському середовищі, дуплексні марки з вищими сплавами часто вибираються, коли стійкість до точкової та щілинної корозії стає більш критичною.

Практичний висновок із специфікацій дуплексу ASTM полягає в тому, що це сімейство розроблено саме для такого типу послуг, багатих хлоридами, які є в морських і підводних системах.

Іншими словами, коли звичайної нержавіючої сталі недостатньо, дуплексні матеріали наближають конструкцію до надійності, якої вимагають довгострокові нафтогазові служби.

Нікельні сплави: для сильної корозії та роботи при високих температурах

Сплави на основі нікелю використовуються, коли середовище експлуатації занадто агресивне для нержавіючої сталі або коли підвищена температура стає домінуючим фактором.

Особливо актуальні вони в кислому подачі, агресивний хімічний вплив, і критичні ущільнення або компоненти корпусу.

ASTM охоплює ці матеріали A990/A990M для деталей, що зберігають тиск, для корозійної роботи та A494/A494M для виливків з нікелю та нікелевих сплавів.

Промисловість литва за виплавленими моделями також виділяє сплави на основі нікелю серед високоефективних матеріалів, які зазвичай використовують для вимогливих галузей..

Сплави на основі кобальту: для стійкості до зношування та ерозії

Сплави на основі кобальту менш поширені, ніж нержавіючі або нікелеві сплави, але вони стають важливими там, де носять, ерозія, або домінують важкі внутрішні умови обслуговування.

Вони часто використовуються в обрізках клапанів із високим ступенем зносу або інших критичних внутрішніх елементах, які повинні протистояти механічній деградації з часом.

Інститут литва за виплавленими моделями визначає кобальт серед сімейств сплавів, які зазвичай плавлять і відливають його члени, підтверджуючи його актуальність для передового промислового лиття.

Нержавіючі сталі, що зміцнюються дисперсійним процесом: коли міцність повинна бути додана без втрати стійкості до корозії

Нержавіюча сталь із дисперсійним зміцненням використовується, коли для проекту потрібен більш міцний сплав, ніж стандартна аустенітна нержавіюча сталь, але все ще потрібен нержавіючий профіль, стійкий до корозії..

ASTM включає A747/A747M для нержавіючої сталі, виливки дисперсійного зміцнення, що відображає їх усталене місце в суворих і точних додатках.

Матеріально-сімейний конспект

3. Типові компоненти та функціональні вимоги

Нафтові та газові виплавлені литва часто використовуються для деталей, які повинні виконувати декілька завдань одночасно: нести тиск, протистояти корозії, зберегти цілісність пломби, і залишаються стабільними за розмірами.

Загальні приклади включають клапан тіла, з'єднувачі, потокорегулюючі органи, корпус, накачувати частини, та інше апаратне забезпечення, що потребує важкого обслуговування.

Матеріали та ринкові документи Інституту відносять нафту та газ до основних галузей застосування лиття за моделлю, поряд з авіацією, Генерація живлення, медичний, і промислове використання.

Функціональні вимоги зазвичай включають:

• цілісність тиску
• Корозійна стійкість
• розмірна точність
• якість поверхні, придатна для герметизації або обробки
• втома
• простежуваність та повторюваність перевірки

Ці вимоги пояснюють, чому лиття за моделлю часто обирають для деталей, які є надто складними для простої механічної обробки та надто критичними, щоб залишити їх на виробництві з допуском..

4. Потік процесу та міркування щодо виробництва

Нафта і газ інвестиційне кастинг дотримується стандартної послідовності лиття по виплавлюваних моделях:

ін'єкція воскового малюнка, складання дерева, керамічна корпусна будівля, депарафінізація, огляд оболонки та попередній нагрів, виливання, охолодження, вибій оболонки, відсікання, очищення, і, нарешті, будь-яка необхідна металургійна обробка перед перевіркою та доставкою.

5. Основні технічні бар'єри, що відрізняють його від звичайного лиття за моделлю

Лиття по моделлю нафти і газу не є «звичайним литтям по моделлю з іншим замовником». Технічна планка значно вища.

Цілісність тиску не підлягає обговоренню

Для багатьох нафтових і газових деталей, прихована пористість – це не лише косметична проблема.

Це питання надійності. Внутрішня мікропористість може зменшити довговічність і знизити ефективність тиску, ось чому критичні виливки часто обробляються інакше, ніж промислові деталі загального призначення.

Корозійна стійкість повинна пережити справжню хімію

Сервісне середовище може включати розсоли, кислі умови, вуглеводні, хімічні речовини, і температурні цикли.

Таким чином, вибір матеріалу залежить не лише від номінальної міцності, а й від режиму корозії деталі та стандартів, які використовуються для його кваліфікації..

Специфікації ASTM щодо важких умов експлуатації та збереження тиску існують саме тому, що це середовище є набагато більш вимогливим, ніж звичайне обладнання.

Простежуваність та навантаження на інспекцію є вищими

Прийняття поверхні, Неруйнівне тестування, і відповідність специфікаціям є більш важливими для нафти та газу, ніж для багатьох інших секторів.

Список стандартів ASTM включає візуальне прийняття, магнітно-порошковий, рідинно-проникаючий, та ультразвукові практики, які підтримують цей вищий тягар перевірки.

Надійність – властивість системи

Добротне лиття нафти та газу не є результатом одного якісного етапу процесу.

Це результат злагодженого відбору матеріалів, якість оболонки, заливка практика, термічна обробка, HIP там, де це необхідно, та інспекційна дисципліна.

Процес потрібно розглядати як систему. Це головна відмінність від менш критичних робіт по виплавляним моделям.

6. Термічна обробка, Стегно, і підвищення продуктивності

Чому термічна обробка після лиття має значення

У нафтогазовому лиття по моделлю, деталь насправді не готова до експлуатації лише тому, що має правильну геометрію.

Для того, щоб витримати тиск, йому все ще потрібен відповідний металургійний стан, корозія, циклічне завантаження, і довгострокова експозиція служби.

Термічна обробка є основним методом регулювання міцності, твердість, пластичність, залишковий стрес, і мікроструктурну стабільність після затвердіння.

Для сталі, нержавіюча сталь, і відповідні виливки зі сплавів, ASTM офіційно визнає як термічну обробку, так і гаряче ізостатичне пресування як усталені практики після лиття.

Термообробка сімейством сплавів

Для лиття зі сталі та нержавіючої сталі, термічний маршрут залежить від класу та передбачуваних умов експлуатації.

Гомогенізація може бути використана для зменшення сегрегації лиття; обробка розчином розчиняє небажані осади та готує матрицю для подальшого зміцнення;

нормалізація уточнює зернисту структуру після лиття; загартування створює мартенсит у призначених для нього марках; і відпуск відновлює придатну до використання міцність після загартування.

ASM подібним чином описує литі сплави на основі нікелю: обробка розчином і зміцнення під час старіння є центральними для кінцевого набору властивостей, особливо коли продуктивність при високих температурах є критичною.

Роль обробки розчином і старіння

Для термічно оброблених сплавів, обробка розчину та старіння є серцевиною процесу розробки власності.

Обробка розчином усуває або перерозподіляє фазову неоднорідність, що утворилася під час лиття, і старіння потім розвиває остаточну структуру зміцнення.

У виливках на основі нікелю, ASM описує стандартну термічну обробку литих суперсплавів на основі нікелю як зосереджену на обробці розчином і старінні.,

також зауважуючи, що контроль атмосфери під час відпалу або обробки розчином може включати екзотермію, ендотермічний, сухий водень, сухий аргон, або вакуумні середовища залежно від сплаву та цільової якості.

Практичний результат - більш передбачуваний кастинг: такий, який менше керується випадковістю затвердіння, а більше керується сконструйованим кінцевим станом.

Ця різниця особливо важлива для нафти та газу, де частини часто зазнають тривалого навантаження та сильного хімічного впливу.

Чому HIP є таким важливим доповненням до термічної обробки

Гаряче ізостатичне пресування, або HIP, використовується для зменшення або усунення внутрішньої пористості в критичних виливках.

ASM зазначає, що HIP може усунути внутрішню пористість у виливках, а в літературі про лиття по виплавлюваних моделях вказується, що закриття пор може покращити продуктивність при багатоцикловій втомі.

У нафтогазовому сервісі, це має значення, оскільки внутрішні порожнечі можуть стати слабкими місцями під циклічним тиском, вібрація, або агресивні умови експлуатації.

Тому HIP найкраще розуміти як етап ущільнення, який покращує внутрішню міцність, а не як заміну належної практики лиття.

7. Вартість, Час, і загальна вартість життєвого циклу

Вартість слід оцінювати поза ціною за одиницю

У нафтогазовому лиття по моделлю, найнижча ціна за штуку не завжди є найнижчою реальною вартістю.

Литий компонент може коштувати дорожче, ніж проста оброблена або виготовлена ​​деталь, але це також може зменшити механічну обробку, кількість частин, зварювання, інспекційний тягар, і складність складання.

Це важливо, оскільки нафтогазове обладнання часто оцінюється Загальна вартість життєвого циклу, не тільки за рахунок вартості виробництва сировини.

Чому лиття по моделлю може бути економічно привабливим

Лиття за виплавленими моделями особливо цінне, коли деталь має складну геометрію, внутрішні проходи, або кілька функцій, інтегрованих в одне тіло.

У тих випадках, процес може скоротити вторинні операції та усунути частину витрат, які в іншому випадку були б витрачені на механічну обробку з твердого матеріалу або складання кількох деталей.

Економічна логіка стає сильнішою, коли сплав дорогий, форма складна, або вимоги до надійності є високими.

Час виконання: швидше, ніж маршрути з великою кількістю інструментів у правильному контексті

Час виготовлення сильно залежить від того, чи є деталь прототипом, предмет короткосерійного виробництва, або зрілий повторюваний компонент.

Для роботи на ранніх стадіях або невеликих обсягів, лиття за виплавленими моделями може бути конкурентоспроможним, оскільки воно дозволяє уникнути тривалого тягаря налаштування, пов’язаного з деякими іншими виробничими маршрутами.

Сучасні методи виготовлення візерунків також можуть скоротити цикли розробки, особливо коли зміни геометрії все ще ймовірні.

Для виробництва деталей, час виконання зазвичай визначається будівлею оболонки, восковий інструмент, термічна обробка, обробка, та перевірка.

У нафті і газі, ці кроки не є необов’язковими; вони є частиною кваліфікаційного шляху.

Коротший графік корисний, лише якщо деталь все ще відповідає необхідним стандартам і критеріям прийнятності.

Загальна вартість життєвого циклу є реальним показником прийняття рішення

Найкращий спосіб оцінити виливки з нафти та газу — запитати, скільки коштує деталь протягом усього терміну служби.

Компонент, який зменшує ризик протікання, підвищує надійність герметизації, знижує частоту обслуговування, і подовжені інтервали обслуговування можуть створити набагато більшу цінність, ніж той, який просто дешевше купити.

Лиття за виплавленими моделями часто добре працює в цьому відношенні, оскільки воно підтримує форми, близькі до чистоти, Корозійні стійкі сплави, і об'єднання геометрії в одному виробничому маршруті.

8. Застосування нафти та газу

Нафтові та газові відливки по виплавленим моделям використовуються скрізь, де компонент повинен поєднуватися складна геометрія, цілісність тиску, Корозійна стійкість, і тривалий термін служби.

Розвідка та видобуток

Операції в розвідці є одними з найбільш вимогливих, оскільки обладнання може піддаватися впливу абразивних рідин, коливання тиску, висока температура, і хімічно агресивні пластові середовища.

Відливки по виплавлюваним моделям часто використовуються в компонентах, де поведінка внутрішнього потоку та механічна цілісність однаково важливі.

Типові додатки вгору включають:

• корпуси клапанів і внутрішні компоненти клапанів
• корпуси насосів і робочі колеса
• частини контролю потоку
• корпуси роз'ємів
• свердловинні додаткові компоненти
• конструктивні кронштейни для виробничих систем

Проміжні транспортні та трубопровідні системи

Середні системи транспортують нафту, газовий, і пов'язаних рідин на великі відстані по трубопроводах, компресорні станції, та трансферні засоби.

Компоненти в цьому сегменті повинні підтримувати стримування тиску, надійний контроль потоку, і довгострокову стабільність роботи.

Звичайні проміжні виливки включають:

• трубопровідна арматура
• муфти і з'єднувачі
• корпуси клапанів і обрізки
• фланці та компоненти адаптера
• корпуси для контролю потоку
• ущільнювальні та сполучні частини

Нафтопереробка та переробка

Середовища рафінування та подальшої обробки піддають деталі впливу тепла, тиск, корозійні медіа, а іноді і абразивні частинки.

Компоненти тут часто потребують підтримки безперервної роботи з високою надійністю та контрольованими інтервалами технічного обслуговування.

Типові додатки нижче за течією включають:

• компоненти насоса
• клапанна обробка
• внутрішні пристрої технологічного обладнання
• стійкі до корозії роз'єми
• корпуси приладів
• спеціальні фітинги та адаптери

Офшорні та підводні системи

Офшорні та підводні умови є одними з найсуворіших у нафтовій і газовій промисловості.

Компоненти можуть піддаватися впливу морської води, хлориди, високий гідростатичний тиск, і довгі інтервали обслуговування з обмеженим доступом. З цієї причини, надійність матеріалу є критичною.

Звичайні офшорні та підводні литі частини включають:

• відкритий для морської води корпус клапана
• стійка до корозії арматура
• компоненти насоса та проточної системи
• конструкційне обладнання
• корпуси роз'ємів
• критично важливих внутрішніх частин для віддаленого обладнання

Клапан і обладнання для контролю потоку

Клапани є однією з найважливіших груп застосування для нафтових і газових лиття.

Вони зустрічаються вище за течією, середина, за течією, і офшорні системи, і їх несправність може безпосередньо вплинути на безпеку, виробництва, та екологічна відповідність.

Типові виливки, пов'язані з клапанами, включають:

• Тіла клапана
• Сидіння клапана
• клапанна обробка
• компоненти капота
• корпуси приводу
• елементи регулювання потоку

Компоненти насоса та обертового обладнання

Насоси в нафтогазових службах піддаються впливу корозійних рідин, коливання тиску, а іноді і ерозійні тверді речовини.

Багато деталей насоса мають складну геометрію, яка ідеально підходить для лиття по моделлю.

Типові литі компоненти насоса включають:

• спонука
• насосні корпуси
• частини дифузора
• зносостійкі внутрішні компоненти
• корпуси, пов'язані з ущільненнями
• роз’єми для транспортування рідини

Прилади, Моніторинг, і контрольне обладнання

Нафтогазові системи значною мірою залежать від моніторингу, зондування, і контрольне обладнання. Багато з цих частин невеликі, але технічно складні.

Вони повинні забезпечувати точну геометрію інтерфейсу, стійкість до навколишнього середовища, і стабільна довгострокова продуктивність.

Приклади включають:

• корпуси датчиків
• приладові корпуси
• контрольні складові органи
• частини з’єднувача
• захисні кожухи
• елементи інтерфейсу, пов'язані з тиском

Структурні та опорні компоненти

Не всі нафтові та газові виливки беруть безпосередню участь у роботі з рідинами. Деякі використовуються для підтримки, вирівнювання, та інтеграція обладнання.

Ці частини можуть здаватися простими, але вони часто потребують поєднання несучої здатності з екологічною довговічністю.

Типове структурне використання включає::

• опорні кронштейни
• монтажні основи
• рамні з'єднувачі
• корпуси для вирівнювання
• частини механічного інтерфейсу

9. Порівняння з іншими виробничими шляхами

10. Висновок

Лиття по виплавлюваним моделям для нафти та газу — це технологія прецизійного виробництва з високим бар’єром, спеціально розроблена для екстремального середовища нафтохімічної промисловості, пов’язаного з багатопрофільним обслуговуванням..

На відміну від звичайного цивільного лиття по моделлю, потрібна герметичність, стійкість до корозії та стійкість конструкції до втоми як основні показники оцінки,

і формує повну виробничу систему, що охоплює вибір градуйованого сплаву, підготовка інертної оболонки, вакуумна антиокислювальна розливка та стандартизована термічна обробка.

Хоча це обмежено обмеженнями розміру та високими витратами на виробництво суперсплаву, раціональний підбір матеріалів і структурна оптимізація можуть ефективно компенсувати внутрішні недоліки процесу.

З безперервним поглибленням розробки глибоководних нафтових і газових ресурсів і модернізацією інтелектуальної технології лиття,

нафтогазове лиття по виплавленим моделям розширить сферу застосування в надглибоких свердловинах під високим тиском і в проектах полярної енергетики,

і стати незамінним ядром підтримки виробничих технологій для глобальної нафтогазової та нафтохімічної промисловості..

 

Поширені запитання

У чому основна різниця між маслом & газове лиття по виплавленим моделям і звичайне точне лиття?

Нафтові та газові виливки вимагають відсутності внутрішніх проникаючих дефектів, спеціалізований підбір корозійностійких сплавів і випробування НК, сертифіковані API, для адаптації до високого тиску та корозійних екстремальних середовищ.

Який сплав є найбільш економічно ефективним для деталей клапанів морської платформи?

2205 дуплексна нержавіюча сталь має збалансовану стійкість до хлоридної корозії та вартість виробництва, який є кращим матеріалом для морських звичайних клапанів під тиском.

Чому необхідно високолеговане масло & газове лиття приймає вакуумну заливку?

Високотемпературна розплавлена ​​дуплексна нержавіюча сталь і сплави на основі нікелю легко поглинають кисень і азот, утворення крихких домішкових фаз і зниження корозійної стійкості та механічної стабільності.

Які дефекти найбільш небезпечні для нафтових і газових виливків, що працюють під тиском?

Внутрішня наскрізна пористість і гарячі тріщини, яка швидко розшириться під змінним тиском і безпосередньо спричинить витік рідини та поломку компонентів.

Чи всім маслам необхідна термічна обробка & газові виплавки?

Так. Цілеспрямована термічна обробка може гомогенізувати металографічну структуру, усунути залишкову напругу та значно підвищити стійкість до корозії та стійкість виливків до тиску.