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PDVSA EM-18-00/10 J55钢级HFW套管的开发

更新时间:2016-07-05

高频电阻焊(HFW)是一种生产钢管的高效方法[1],HFW是指在高频电流趋肤和邻近效应的基础上,利用高频电流或感生高频电流的电阻热将管坯对接边缘加热熔化,并施以挤压而焊合的工艺过程[2]。在石油钻采用油井管领域中,HFW套管与热轧无缝套管相比具有不少优势。在低油价的新常态下,在国际石油企业纷纷降本增效、开源节流的趋势下,HFW套管已成为越来越多用户的选择。在发达国家,HFW套管已取代了相当一部分无缝套管,HFW油套管在美国的应用占套管总用量的50%以上,法国、俄国的这一比例也高达20%~30%[3]。我国在这一领域起步较晚,尽管近几年HFW套管的使用比例有所提高,但其整体市场占有率偏低。

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与热轧无缝套管相比,HFW套管具有尺寸精度高、抗挤压性能高等优点[4];而且大直径(Φ219 mm以上)规格的成本低,生产效率高,机械化、自动化程度高,生产能耗低,成材率(93%~98%)通常高于无缝套管(85%~90%)[5-8]。但是由于HFW焊管存在焊缝,其质量成为制约焊管可靠性的首要因素[9-10]

我们得到了数学学科知识题与考试大纲内容标准的一致性系数,但当波特一致性系数达到什么范围,我们才能在统计意义上判断两个矩阵是否具有显著的一致性?为解决这个问题,学习美国学者Gavin W.Fulmer的做法[4],利用matlab软件里的randi,accumarray,reshape,这三个函数,将120个考试大纲标准内容随机赋值到一个20×3的矩阵中,将数学学科知识题总分随机赋值到另一个20×3矩阵中,标准化处理两个矩阵,依据公式计算出P值,重复20000次,得到波特一致性系数(P)的正态分布,相关数据见下表.

1 项目要求

南美某HFW套管项目,外径139.70 mm,壁厚7.72 mm,J55钢级,管端螺纹LTC。除了常规的API相关标准,项目提出了针对HFW套管的附加标准 PDVSA EM-18-00/10《J55、K55、N80、P110电阻焊(ERW)油套管补充规范》(《Supplement specification for electric resistance welded(ERW)casing and tubing— Grades J55,K55,N80 and P110》)。尽管该HFW套管的钢级和螺纹比较常规,但EM-18-00/10标准对HFW套管的内部机械性能、抗腐蚀性等提出了诸多的要求。

2 EM-18-00/10标准解读

2.1 EM-18-00/10附加标准研究

Δz——轴向错位量,mm;

(1)原材料成分要求。原料要求使用镇静钢,并对硫化物夹杂进行控制,化学元素方面要求w(S)≤0.01%,w(P)≤0.02%,碳当量CE≤0.4%。CE的计算公式为:CE=w(C)+w(Mn)/6+w(Cr+Mo+V)/5+w(Ni+Cu)/15。

为确保焊缝质量,EM-18-00/10标准要求原材料晶粒度不小于8级(按ASTM E 112—2013《平均金属晶粒度测定方法》测定);并且夹杂物粗系不超过1.5级,细系不超过2.0级(按ASTM E 45—2013《钢中非金属夹杂物的评定方法》测定)。

用人的关键是能够在关键时刻顶得住、做得好,这就需要树立时效观念。所谓时效观念,是指在人才的使用上,不同的年龄起用,就会产生不同的效果。因为人才资源同矿产资源不同,矿产资源埋于地下未开采,将来还可开采,为冶炼铸造派其用场,人才资源如储而不用,就会“废退”了。为此,我们必须研究和把握人才起用的最佳年龄时效问题。每个人才,其才能在客观上存在一个上升或下降的过程。作为一个领导者和人才管理者,对人才的使用绝不能贻误时机,最好是在人才才能上升之际,选用安排他到适当的岗位上,以促进其技术和能力的提高,实现“人尽其才,才尽其用”的最佳状态。

同期恢复效力的第1244(d)条要求总统,对“在明知情况下向伊朗销售、供应、转移,或从伊朗转移大量应用于能源领域(包括伊朗国家石油公司)的货物或服务”的人实施至少5项报复性制裁。“应用于能源领域的货物和服务”包括有助于提高伊朗国内石油资源开发能力、维持或扩大伊朗国内石油产品产量,以及提高伊朗石油或石油产品进出口能力的货物或服务。

HFW套管的力学性能如图4所示,包括屈服强度、抗拉强度、伸长率、焊缝横向冲击功(1/3尺寸)、管体纵向冲击功(1/2尺寸)以及硬度。

(3)管体生产过程要求。要求对管体生产过程进行全部记录,包括成型速度、焊接电压、焊接功率、焊接电流、成型压力,以及热处理的主要温度参数;并对焊区进行金相分析和硬度测量,包括基体、热影响区和热熔区。

(4)管体的检验与试验要求。力学性能方面,EM-18-00/10标准要求对接箍、管体、焊缝进行夏比冲击试验,常温下全尺寸试样的平均冲击功不小于30 J,并且最小值应大于22 J。首批HFW焊管试制时,要求进行压扁试验,焊缝位于施力方向90°处要求进行100%试验,焊缝位于施力方向0°处要求进行10%试验。探伤方面,要求管体采用电磁干扰(EMI)进行探伤,管端用湿磁粉探伤,焊缝进行覆盖率为100%的超声波探伤,此外还要求覆盖率为100%的管体全长测厚。

2.2 沟槽腐蚀试验

由于HFW工艺的成型过程受到纵向拉伸,HFW套管存在较大的残余应力[11]。EM-18-00/10标准要求采用切环法测量残余应力,并规定应力值不应超过管体实际屈服强度的20%。一般情况下,钢管残余应力是从控制钢管硫化氢应力开裂(SSC)的角度来考虑的[12],当残余应力较大,一旦出现腐蚀裂纹就会很快扩展。考虑到这一点,为确保HFW套管在实际使用过程中的质量稳定性,追加并自行设计了沟槽腐蚀(Groove Corrosion)试验。

(1)原材料成分。采用HFW焊管生产耐腐蚀套管,其卷板化学成分既要考虑可焊性,又要考虑热处理及力学性能要求,同时还要考虑化学成分对腐蚀性能的影响。卷板原料化学成分见表1。

但统一的-550 mV外加电位对不同试样的实际加速效果并不相同,因此对电化学性能差异较大试样评价结果的可靠性会有较大偏差;此外,由于加速腐蚀试验后,试样表面凹凸不平,目前利用金相方法估测沟槽深度随机性非常大,很难说明材料的沟槽腐蚀性能是否合格。为此,将试验方法进行优化,包括:①首先测量样品的自腐蚀电位,根据塔菲尔(Tafel)极化曲线获得腐蚀电位E corr,随后外加电位取E corr+100 mV与-550 mV中绝对值较小者,从而确保对样品的加速腐蚀;②采用金相显微镜需将样品切割,这一过程会极大地损失表面精度,因此选择无损的三维激光扫描仪测量沟槽腐蚀深度。

(3)产学合作教育师资力量的不足。随着计算机网络技术的革新,涌现了大量新的网络技术和应用,促进社会了新产业的发展。但是,对于这些新的网络技术,高校师资因培养或者引进不足,只能停留在传统计算机网络技术的教育和教学上,对新的网络技术和应用的推动不足。

3 生产与执行

3.1 原材料质量控制

沟槽腐蚀是HFW焊管焊接区产生的一种特殊的腐蚀现象,一般发生于熔合线附近,形成一条深谷状或马蹄状狭长凹槽[2]。其形成原因是:HFW高速焊接过程中,高热量输出易造成焊缝区合金元素分布不均、残余应力、焊缝缺陷及夹杂物等,致使焊缝区、热影响区和基体之间的组织结构及电化学性能存在差异,从而致使HFW焊管在腐蚀介质中使用时产生沟槽腐蚀[13]。对于普通的碳钢钢管,沟槽腐蚀的平均速率约为2.5 mm/a,最大可达9.2 mm/a,导致焊管一年或数年内穿孔[14],极大地缩短了焊管的使用寿命,甚至导致恶性事故。

(2)钢板力学性能。卷板供货状态为热轧态,常温力学性能见表2;显微组织为铁素体+珠光体,无未回火马氏体。

大夏剧社第四次公演,十二月二十一二两日在大夏大礼堂举行,剧目有田汉的《一致》,林语堂的《子见南子》,丁西林的《压迫》,及翻译剧《可怜的裴加》与《住在二楼的人》云。[18]206

(3)钢板选定。选定国内知名钢厂的钢卷,采用全液压压下系统和厚度自动控制(AGC)系统,厚度控制精确,控制偏差为±0.15 mm。

前些日子家庭聚会,围观了一下我舅妈喂她小孙女吃辅食的日常,总结了3句高频句式:“再吃一口,就最后一口。”(其实很多个最后了。)“你多吃点XXX啊,这个营养高。”(XXX包括了胡萝卜、三文鱼、西兰花等等。)“打几个滑梯就喝几口粥,你刚才打了3个。”(反正最后喝完了半碗粥,没数过来到底滑了多少次。)舅妈一本正经给小娃数数打滑梯的样子,承包了当日所有的笑点,却也引起了我许多反思,借着这个反面教材,今天就给大家聊聊辅食吧。

3.2 试验方法

土的超固结比OCR定义为历史上土层受到的最大有效固结应力与当前有效应力之比。Lunne(1997)推荐采用CPTU测试参数直接估计黏性土OCR的方法:

将卷板原料纵剪成窄钢带,然后通过铣边、成型、HFW焊接及切管形成毛坯管,再经过中频焊缝热处理、矫直定径、锯切获得管体。

表1 卷板原料化学成分(质量分数) %

项目 C Si Mn P S Nb V Ti Nb+V+Ti熔炼成分 0.177 0.209 1.097 0.013 0.004 0.013 0.000 5 0.017 0.035订货要求 0.21 0.30 1.40 0.020 0.010 -- - 0.150

表2 卷板常温力学性能

实测值订货要求项目 伸长率/% 横向冲击功/J 晶粒度/级32.5 45 9≥24 ≥40 9屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 604≥520 479 400~552

3.2.2 检测方法

(1)冲击试验及其他理化性能试验。从管体位置取纵向1/2尺寸试样,焊缝和热影响区取横向1/3尺寸试样,接箍取横向1/2尺寸试样,进行常温冲击试验。每批次进行1组试验,每批次最多200根。其他理化性能试验根据API Spec 5CT—2011标准执行。

(2)残余应力试验。常用技术标准API Spec 5CT—2011、API Spec 5L—2013《管线钢管规范》、ISO 3183∶2012《石油和天然气工业 管道运输系统用钢管》、DNV OS-F101—2013《海底管线系统》、CSA Z 245.1—2014《钢管》中均未涉及钢管残余应力方面的问题,但各大油气公司及钢管生产商正逐步将残余应力的控制纳入考量范围[12]。目前国际范围内流行的计算方法是通过测量切环开口间距来计算残余应力。笔者采用考虑径向错位量和轴向错位量的残余应力计算公式:

式中E——弹性模量,GPa;

h——钢管壁厚,mm;

Δl——沿轴向切开后环向增加量,mm;

D——钢管平均直径,mm;

Δr——径向错位量,mm;

3.2.1 管体制备

EM-18-00/10附加标准对J55钢级HFW套管的附加要求包括以下几个方面,明显严于API Spec 5CT—2011《套管和油管规范》。

总而言之,PHP程序设计课程作为一项融合诸多技术的专业课程,通过实践得知,通过把项目驱动的教学方法运用到PHP程序设计教学工作中,可以有效提升教学效果。但是从目前情况来说,在应用过程中依旧会出现一些问题,因此,这就需要根据项目驱动教学理念,通过科学设定教学内容的方式,将学生划分多个小组,在小组分配和交流的过程中,实现项目设计和实施,让整个教学活动更具趣味性,调动学生学习积极性,实现学习效果的提升。

ν——泊松比,一般取0.3。

试样长度为300 mm,切口位置距离焊缝100 mm,切环试验变形测试如图1所示。

图1 切环试验变形测试示意

(3)沟槽腐蚀试验。由于目前评价沟槽腐蚀敏感性尚无统一标准,现参考文献[13,15-17]及SY/T 5989—2012,采用恒电位电化学阳极极化加速腐蚀试验方法,以评价HFW焊管的沟槽腐蚀敏感性。在国内外通行的评价方法中,一般将试样加工成20 mm×15 mm×3 mm尺寸(20 mm为垂直焊缝方向),沟槽腐蚀取样方式如图2所示,随后对样品进行环氧树脂封制并抛光。

图2 沟槽腐蚀取样方式示意

传统方法是将样品浸泡于3.5%NaCl溶液中加速腐蚀144 h,外加电位-550 mV(饱和甘汞电极,SCE);然后用金相观察的方法来测定腐蚀深度,腐蚀沟槽截面金相照片如图3所示;再通过沟槽腐蚀深度计算沟槽腐蚀敏感性系数α[2]

判定时,将α=1.3作为区分材焊缝耐沟槽腐蚀性能的临界值。α≤1.3时,焊管对沟槽腐蚀不敏感;α∧1.3时,焊管具有高的沟槽腐蚀敏感性[18]

图3 腐蚀沟槽截面金相照片

因此,为了确保HFW焊管的质量性能,尽管EM-18-00/10附加标准没有提出,笔者结合SY/T 5989—2012《直缝电阻焊套管》及其他文献,拟定了沟槽腐蚀的试验规范,并要求生产厂家进行相关试验。

4 试验与分析

4.1 强度和韧性

(2)原材料尺寸要求。由于连铸钢板在轧制时存在钢板中心偏析,EM-18-00/10标准要求钢卷宽度应是管体周长的奇数倍,从而避免焊缝处偏析较大。为控制成品的均匀性,要求测量横向和纵向钢卷厚度,并统计测量结果。

HFW套管的力学性能实测值与标准值对比见表3。拉伸试验结果表明,采用上述工艺生产的HFW耐腐蚀套管,其屈服强度和抗拉强度可满足API Spec 5CT—2011标准对J55套管的要求,伸长率高出API Spec 5CT—2011标准要求22%。由此可见,由该工艺生产的套管母材和焊缝的冲击韧性较高,符合项目标准EM-18-00/10要求。硬度方面也较为稳定,并且晶粒度等级为8级,也高于项目要求。

图4 HFW套管的力学性能

表3 HFW套管的力学性能实测值与标准值对比

项目实测值标准值屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 伸长率/% 焊缝横向冲击功/J 570~625 30~37 35~49≥517 ≥22 10 500~550 379~550管体纵向冲击功/J 硬度HV10 晶粒度/级79~98 181~208 9 15 ≤345 8

4.2 显微组织

HFW套管的显微组织如图5所示,可见组织成分为铁素体+珠光体,并且均匀性较好;测量得到球状氧化物(D类)夹杂,粗系为0.5级,细系1.0级,符合项目标准EM-18-00/10的要求。

4.3 残余应力

残余应力测量试验中切开的样品如图6所示,根据公式(1)计算残余应力,得到这两个样品的残余应力分别为91.75 MPa和93.34 MPa,分别是管体实测屈服强度的16.68%和16.97%,符合项目标准EM-18-00/10中不超过20%的要求。

4.4 沟槽腐蚀

图5 HFW套管的显微组织

图6 残余应力测量试验中切开的样品

试样经沟槽腐蚀试验后的形貌及其三维扫描形貌如图7所示,可见腐蚀后样品在焊缝区域有明显的差异。经恒电位极化电流测试,自腐蚀电位约为-427 mV,因此外加电压为-327 mV,以加速腐蚀。

Five hundred and ninety-seven patients were enrolled.We excluded from the statistical analysis five patients for incomplete data and 79 cirrhotic patients because of the negative effects of ascites and peripheral edema on nutritional parameters.

经过144 h的3.5%NaCl溶液浸泡,测得试样的平均减薄量h1、沟槽腐蚀最深深度h2和沟槽腐蚀敏感性系数α,具体检测结果见表4。

从表4可以看出:3个试样的沟槽腐蚀敏感性系数分别为1.10、1.12、1.10,均小于1.30,说明样品焊缝处的沟槽腐蚀敏感性较低,符合相关技术要求。文献[13-14]的研究表明,沟槽腐蚀敏感性系数特别依赖于套管用钢的C含量,随着C含量的升高,沟槽腐蚀敏感性增大。此外,HFW套管焊接过程中,由于热量的输入,焊缝区及熔合线在温度梯度场的作用下均会产生残余应力,也会加速钢材的腐蚀[1],一般未经整管热处理的HFW套管焊管腐蚀严重[16]。因此,焊后热处理对降低HFW套管腐蚀敏感性系数有利,足够加热时间的退火热处理可显著降低敏感性[15]。可见,本批次HFW套管的生产过程中,由于有效控制了原材料中有害元素的含量,并在稳定焊接的基础上进行了合适的热处理,从而确保了HFW套管具有良好的抗沟槽腐蚀性能。

图7 试样经沟槽腐蚀试验后的形貌及其三维扫描形貌

表4 沟槽腐蚀试验检测结果

样品编号 h1/μm h2/μm α 1 294.63 124.72 1.10 1 3 2 1 300.34 156.14 1.12 1 709.60 171.65 1.10

5 结 论

通过对母材性能、残余应力、焊缝质量等方面的控制,较好地弥补了HFW管的性能短板,成品具有良好的塑性、强度和韧性,较小的残余应力,较好的抗沟槽腐蚀性能,满足API Spec 5CT—2011标准和项目标准EM-18-00/10要求,充分发挥HFW管的自身性能优点。

3.融资方式的纳税筹划。不产生筹资费用的留存收益是一种很受欢迎的融资方式,但并购活动往往需要大量资金,仅仅靠内部积累形成的留存收益是不够的,一般而言,企业需要对外融资满足大量的资金需要。对外融资可以分为债权融资和股权融资。债权融资是企业向银行等金融机构或其他个人借款,由此产生的利息费用可以在税前列支,达到节税的目的,但是借款时要考虑企业资本结构的合理性,避免资产负债率过高带来的财务高风险。股权融资是企业通过向原股东增发股票或者发行新股筹集资金,不产生利息费用,无法实现税前利息抵扣,也会导致股权稀释,但是股权筹资能够改善企业资本结构,提高企业偿债能力。因此,企业应该合理规划筹融资方式。

(1)该HFW套管管体纵向冲击功(1/2尺寸)∧79 J,焊缝横向冲击功(1/3尺寸)∧35 J,残余应力 ∧100 MPa,表明该套管具有良好的综合力学性能;

(2)该工艺生产的HFW套管具有较小的沟槽腐蚀敏感性系数,3个试样的沟槽腐蚀敏感性系数均小于1.30,表明该批次HFW套管的焊缝有良好的腐蚀表现。

6 参考文献

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●专利信息

无缝钢管内壁匀涂装置用喷头

公开了一种无缝钢管内壁匀涂装置用喷头,包括体部和头部。体部内设有树脂主通道,头部内设有若干个均布的、用于喷雾的喷雾通道,主通道和喷雾通道连通;体部外侧壁设有至少两组轮组,每个轮组至少包括3个转动轮,每组的转动轮均布在体部外侧壁。喷头体部外侧壁设有的转动轮,能使喷头始终处在中间位置,使涂膜更加均匀,并且喷头与钢管内壁相对运动时是滚动摩擦,摩擦力小。(专利申请号:CN201520439610.1 公开号:CN204817078U 申请日:2015.06.23 公开日:2015.12.02 申请人:江西红睿马钢管股份有限公司)

一种不锈钢管充气焊接控制装置及其使用方法

涉及一种不锈钢钢管充气焊接控制装置及其使用方法,该控制装置包括不锈钢钢管、调节阀、软管、调节杆和支管。在调节阀前端连接有软管,软管一端套在调节阀上,另一端套在不锈钢钢管上;在调节阀后端设有支管,调节阀上部设有调节杆,在软管与不锈钢钢管连接部位的软管上套有卡箍,在卡箍上设有调节条和调节器。该控制装置使用时通过调节器和调节条将软管卡紧连接在不锈钢钢管上,其结构新颖,装拆容易,施工便捷,能连续焊接施工,避免了以往氩气焊接的间歇性施工和浪费氩气现象,有效地提高不锈钢钢管的焊接质量和施工效率。(专利申请号:CN201510588442.7 公开号:CN105108365A 申请日:2015.09.16 公开日:2015.12.02 申请人:中天建设集团有限公司)

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