针对这个问题有很多标准涂层和安装紧固件在高压服务。他们中的大多数都明确地禁止了通常的涂覆方法,即使用超尺寸(也称为过度攻丝)来使螺母适合于涂覆厚的螺栓。过大的尺寸实际上从螺母螺纹上去掉了钢,损害了抗拉强度,大大降低了其承受压力和负载的有效性。(有关更多信息,请参见拉力定时炸弹:如何歼灭危及压力螺栓的安全性.)
以前是涂料涂抹器,伊恩MacMoy现从事螺栓产品设计阿霉素钢.在过去的三年中,他一直致力于揭示高压螺栓涂层的最佳实践与当前现场实践之间的差距。MacMoy说,超大浆料的做法仍在继续,因为提供合理的涂料解决方案很少使用寿命可靠性和不需要很厚的油漆。
那么,该行业应该做些什么来降低安全、健康和环境风险呢?
以下是经过编辑的谈话记录。
螺母和螺栓:小部件造成大问题
石油和天然气精炼和化学加工厂、石油和天然气管道以及海上钻井平台都使用压力螺栓来确保安全阀门,热交换器,法兰等等。这种类型的紧固件服务受美国石油研究所的标准API 6A的管辖,该标准API 6A由监管机构执行。因此,我们必须遵循井口授权的一切规则。
水下井口将是油气行业面临的最高压力,最高可达25,000 psi。我们也看螺栓在负载和张力下,例如立管螺栓。这是一个非常重要的话题。从本质上讲,立管是必须用螺栓固定在60英尺(18米)的管道上的巨型法兰。他们挂在一起,可以为5,000到7,000英尺(1.5至2.1km),海底。一个非常腐蚀的环境。
在这些类型的系统中,螺母和螺栓是最薄弱的环节。考虑到安全问题,我们再怎么小心也不为过。我们必须对螺母和螺栓采取高度预防措施,因为故障可能导致大规模石油和化学物质泄漏,以及灾难性的爆炸。)您也许会对我们的信息图表:埃尔帕索天然气公司管道爆炸.)
一个关键的问题是,任何时候你在一组螺栓上涂一层涂料,你就转矩价值的困惑。所发生的是,你安装的每个螺母和螺栓都不一样干膜厚度涂层在它上,因此扭矩值改变。在压力螺栓中,每个微米都很重要。
当螺栓与螺母连接时,未涂漆的螺母螺纹被打碎,这进一步扭曲扭矩值。这些都是主要的问题。的方式涂层检查员发现它们的原因是它们看到垫圈没有关闭,或者它们被压碎了,因为我们强迫它们,它们没有膨胀回来。然后紧固件会泄漏压力、液体或气体——无论管道携带的是什么。
当涂层压力螺栓用于上层甲板和管道时,涂层通常应用于除螺母螺纹内部以外的所有部位。通过这种方式,他们能够只通过10毫升的螺母螺纹,而不是25毫升或更多,如果他们涂层的内部螺母螺纹。
无论哪种方式,系统都会失灵。要么是大了10毫升,然后早产锈在未涂层的内线上,还打破了ASME/ANSI B1.1禁止过大尺寸,或他们将螺母螺纹过大25毫升,覆盖整个螺母,导致失败ASTMA194耐载试验。
API强烈禁止超大。这是因为在极压的超大螺母中,抗拉力集中在螺纹的峰上。这导致伸长率和变形在螺纹谷,并且失败的链式反应导致压力和遏制损失。
不清楚标准
所有ASTM标准都是关于压力紧固件的剪切ASTM A193和A194表示,当拉伸力量是一个问题时,你螺母不能太大.这是因为当螺母过大时,你会过多地依赖螺纹来承受压力和负载。通过拆卸钢来增大螺母内部的尺寸,减少了内螺纹和外螺纹之间的接触量,因此会影响紧固件的强度。
实际情况是,一些标准在同一句话中自相矛盾。他们说他们想要做的一件事是——把螺母的尺寸调大,使之符合涂层dft的尺寸要求——但要符合ASME B-1.1的要求。事实上,你不能把哪怕是一毫升的尺寸放大而保持在尺寸范围内。
不幸的是,没有多少人在盐环境压力螺栓涂层知道这些事实。这里存在着巨大的教育差距,这就是为什么我要讲出来。
令人不满意的涂料
从历史上看,为了在海洋、钻井平台或盐酸环境中获得所需的防腐保护,我们必须涂上越来越多的涂层。正如温斯顿·丘吉尔(Winston Churchill)所说,“这可能不是最好的体系,但它是我们目前拥有的最好的体系。”
热浸镀锌对公用事业很好,但你不能在海岸线10英里内使用锌因为它会很快生锈。尽管如此,锌仍然被用在盐环境中,表面有一层PTFE(聚四氟乙烯)用于润滑和增加防腐保护。铝填充陶瓷是很好的腐蚀溶液,可以在海岸线或海上使用。他们给你5000个小时的盐雾或大约5年的使用寿命。这是伟大的。
但这些涂料才是问题的关键。所有这些设备都存在尺寸过大的问题,因为它们都必须在海上作业中大量使用。
例如,用PTFE润滑轻便外套ASME B1标准规定,不允许将该螺母的基材切掉,以腾出空间进行更多的保护。对于铝陶瓷,你必须将螺母的内部切割到25到29毫升,这取决于涂层的制造商。当你这样做的时候,螺母就没有足够的力量来承受拉力,它就会失效。
规模过大导致失败
真的,不管你用什么涂层,超大的紧固件都会失败。
这是我们面临的问题。每个人都想听一个巨大的失败然后他们会采取行动的。我们说的是所有这些问题都存在。阀门泄漏本身就是一个安全问题。有一些故障,其根本原因很可能是紧固件故障,在我看来,这些故障还没有被正确诊断。
就在最近,墨西哥国家石油公司(Pemex)在墨西哥湾的一个钻井平台发生了大规模爆炸。在这个巨大的加工设备上,4人死亡,16人受伤。事情发生在凌晨,每个人都在睡觉,这是最糟糕的事情。脱水设施爆炸的原因仍未查明。
不再臃肿
维护费用是这里的一个关键问题。如果油价是90美元/桶,那么当油价跌至60美元时,生产同样一桶石油的维护成本是相同的。以这样的价格,你真的赚不到钱。
为什么需要这种沉重的维护?这是因为它们的涂料溶液在发生故障后的热浸镀锌。这是Dox Steel成功的地方。一直在该领域的人,谁看到了这些问题想要立即解决方案。但是使用其他类型的涂料仍然仍在继续,以及超大。
我们的镍、钴电镀解决办法远比预期寿命20年的解决办法要多得多。另一个重要步骤是获得业界一致认可的可靠的螺纹剥离计算和测量结果。
我们最近做了一个独立的抗拉强度分析,来回答这个关键问题:“10毫升的过量会对坚果的强度产生多大的影响?”
答案是:“如果该螺栓的俯仰直径比标称少10毫升,则它将具有少于额定强度的一半;在20毫升,它只有四分之一的额定力量。“
另一项重要行动是继续游说和教育工程、石油和监管部门。任何大型紧固件分销公司都会有一名机械工程师。当工程师看到我们所做的剥线分析时,他们会说这非常有意义。
为了保持紧固件的完整性,螺母不应先于螺栓失效。但是如果你看看螺纹的尺寸,你会发现螺母螺纹会在比螺栓更小的载荷下失效。
有两个主要原因,我们必须改变我们的方法,压力螺栓涂层:
- 这个问题正在降低行业的维护太多。如果我们想以60美元的价格赚钱,我们必须有创新的方式来看这一点。
- 我们违反了法律。API 6A规定了测量(ASME B1.1螺纹尺寸),这是受法律约束的,我们需要合规。很多人并没有意识到他们正在违反法律。
许多业内人士还没有听说过这个信息,即使如此,我们在这个行业的改变还是很慢。监管机构看到,该行业已经推迟了解决这个问题的时间。在过去20年左右的时间里,我们一直在使用抗拉强度下的热浸镀锌,你必须去25或30毫升的超大,以得到那东西。我们不能继续涂超过18微米(小于1毫升)的防腐涂层。很少有涂层能够在高腐蚀性的盐环境中提供强有力的保护。