半个多世纪前,在加拿大西部和西德州开发酸性油气储层时,第一次报道关于石油生产和钻探设备失效的事件,且许多现象都难以解释。由于失效发生时,应力低于材料屈服强度,甚至低于设备的机械设计应力。同一类型的部件在数天或几个月后就会发生失效,失效分析结果通常为脆性断裂。如果使用的是同一等级的合金,失效通常出现在更强更硬的合金,而经过退火工序的较软合金制成的部件却不易失效。
为了解决这一问题,如今我们所熟知的NACE出现了。
01
WHAT
NACE(National Association of Corrosion Engineers)美国腐蚀工程师国际协会,现简称NACE 国际,是全球认可的腐蚀控制领域的专业权威组织。NACE 提供技术培训和认证项目、会议、行业标准、报告、出版物、技术期刊及政府相关活动等。
02
WHEN
成立于1943年10月9日,创始人为11位来自管道行业的腐蚀工程师。创始之初被称为“美国腐蚀工程师协会”。
03
WHY
环境引起的开裂(EC)失效影响因素:
在酸气环境下存在多重威胁会导致部件损坏,精确度降低,并最终失效。潜在的威胁机制包括应力腐蚀开裂(SCC) 和硫化物应力开裂(SSC)。
为了应对这些潜在的威胁,NACE提出了酸气环境下材料选择指南:
NACE MR0175 — 2015
Material — 材料
Requirements — 要求
01 — 编号
75 — 1975 年批准
2015 — 2015 修订
目前有关NACE指南也有了同步的国际标准。
2003 年发布的国际标准 ISO 15156 和美国国际腐蚀工程师协会 NACE MR0175 两种形式是相同的,具有相同的标题“石油和天然气工业 - 油气生产中对含有 H2S 环境的材料使用”,包括三个部分:
第 1 部分:抗裂纹材料选择的普遍原理;
第 2 部分:抗裂纹碳钢和低合金钢,以及铸铁的使用;
第 3 部分:抗裂纹CRAs(抗腐蚀合金)和其他合金。
对于在含有 H2S 环境的油气生产和天然气脱硫工厂设备中使用的材料,此标准给出了选择结构材料的依据和标准。此标准还描述了所有由 H2S 引起的开裂机制,包括 SSC 和 SCC,以及其他氢致开裂形式。
预先得到论证并在此标准中列出的材料,无需进行任何额外的实验室测试就可以直接应用在所需的场合。所有列出的带有微结构特征(如退火或应变硬化)和特性(如硬度)证明文件的材料在指定环境条件下进行现场安装或实验室测试都能获得很好的结果。
此标准中的合金以材料组来区分,在每组中,以材料类型或个别合金元素来区分。标准给出了所需要抗裂纹合金可接受的冶金条件和环境限制。与普通用途部件相比,对井下安装部件具有更严格的条件和限制。给出的环境限制有 H2S 分压、温度、氯化物浓度、PH 值和硫元素。
详情可从国际化标准组织I SO 15156 和美国国际腐蚀工程师协会 NACE MR0175 获得。
用于酸气环境的材料和流体系统部件的制造选择过程是复杂的,最终用户需要详细说明主要的酸气服务条件,包括稳态作用和潜在的非故意暴露。除了材料特性,H2S 分压、PH 值、氯化物浓度、硫元素的存在、温度、电流作用、机械应力以及与水溶液接触时间也会影响材料在酸性流体中发生开裂的情况。为了选择适合的流体系统部件材料, 最终用户应该十分熟悉NACE MR0175/ ISO 15156 标准的要求。同时,NACE 特别提出最终用户有责任在使用前检查相应的健康、安全、环保和法规文件,并确定它们对本标准的适用性。