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按 ISO 15156 選擇和評定的金屬材料，在油氣開采中規(guī)定的含硫化氫環(huán)境里是抗開裂的，但并不一定在所有的使用環(huán)境下都可避免開裂。選擇適合預期使用環(huán)境的材料是設備使用者的責任。

1. 范圍

ISO 15156 這部分敘述并提出了在石油天然氣生產(chǎn)以及脫硫裝置中處于硫化氫(H2S)環(huán) 境中設備的金屬材料評定和選擇的一般原則、要求和推薦方法。這些設備的失效，可能給工作人員以及公眾的健康和生命安全或環(huán)境帶來很大的危害。本部分有助于避免設備發(fā)生這種 高昂代價的腐蝕損壞。

本部分補充而不是代替相關的設計標準和規(guī)范或細則中已有的材料技術要求。ISO 15156 這部分描述了所有由硫化氫所引起的腐蝕開裂機理，包括硫化物應力開裂、 應力腐蝕開裂、氫致開裂及階梯型裂紋、應力定向氫致開裂、軟區(qū)開裂和電偶誘發(fā)的氫應力開裂。

給出了適用于ISO 15156 部分的不詳盡的設備清單，包括了允許的例外。ISO 15156 本部分適用于使用負荷可控設計方法來設計和建造的設備所用材料的評定和選擇。ISO 15156 部分不一定適用于煉油或下游的加工設備。

2. 規(guī)范性引用文件

下列所有或部分引用文件對于本文件的應用是不可缺少的。對于注明日期的引用文件，只有引用的版本適用。對于未注明日期的引用文件，引用文件的最新版本(包括任何修訂本) 適用。 ISO 15156-2：2015，石油天然氣工業(yè) 油氣開采中用于含硫化氫環(huán)境的材料 第 2 部分： 抗開裂碳鋼、低合金鋼和鑄鐵 ISO 15156-3：2015，石油天然氣工業(yè) 油氣開采中用于含硫化氫環(huán)境的材料 第 3 部分： 抗開裂耐蝕合金(CRAs)和其他合金 表 1 設備表 ISO 15156-1 這部分適用于下列設備用材料 允許的例外設備 鉆井、完井和修井設備 僅暴露在成分受控的鉆井液中的設備

a 鉆頭 防噴器剪切閘板

b 鉆井隔水導管系統(tǒng) 作業(yè)管往 繩索和繩索設備

c 表層和技術套管 油氣井，包括地下設備、氣舉設備、井口和采油樹 抽油泵和抽油桿

d 電動潛油泵

其他人工舉升設備 卡瓦 (出油)采氣管道、集氣(油)管道、礦場設備 和礦場處理裝置 在總絕對壓力為 0.45 MPa(65 psi)以下工作的 原油儲存和處理設備 水處理設備 在總絕對壓力 0.45MPa(65psi)以下工作的水處理設備 注水和水處理設備 燃氣處理裝置 — 液體、氣體和多相流體輸送管道 商業(yè)和民用處理氣輸送管道 對于以上所有設備 只承受壓縮載荷的部件

a 詳見 ISO 15156-2:2015 的 A.2.3.2.3。

b 詳見 ISO 15156-2:2015 的 A.2.3.2.1。

c 繩索潤滑器和潤滑器連接裝置不允許例外。

d 對于抽油泵和抽油桿，參見 NACE MR0176。

3. 術語和定義

本文件適用于下列術語和定義。

3.1 防噴器，BOP 在鉆井作業(yè)中，用于控制油氣井流體和鉆井液壓力的一種承壓機械裝置。

3.2 釬焊 在金屬之間通過充滿薄界面層低熔點非鐵金屬填充物而將它們連接。

3.3 碳鋼 含碳質量分數(shù)小于 2%、含錳質量分數(shù)小于 1.65%的鐵碳合金，除了含為脫氧而有意添 加規(guī)定量的元素(通常是硅和/或鋁)外，還有殘留量的其他元素。 出處注釋 1：石油工業(yè)中所用碳鋼的含碳質量分數(shù)通常低于 0.8%。

3.4 采油樹 用于控制采出液或回注井口設備。

3.5 冷加工 在能夠產(chǎn)生加工硬化的溫度和變形率的條件下的金屬塑性變形的工藝過程。通常(不是 必須)是在常溫下完成的。

3.6 耐蝕合金，CRA 是用來抗油田環(huán)境中的均勻和局部腐蝕的合金。在該油田環(huán)境中，碳鋼(3.3)會受到 腐蝕。

3.7 鐵素體 鐵基合金中的一種體心立方晶體

3.8 鐵素體鋼 在室溫下，顯微組織(3.15)主要是鐵素體(3.7)的鋼材。

3.9 硬度 金屬抵抗塑性變形的能力。通常用金屬壓痕來測量。

3.10 熱影響區(qū) 在釬焊，切割或焊接過程中，沒被熔化，但是顯微組織(3.15)和性能已經(jīng)隨著加熱過 程發(fā)生了變化的那部分母材。

3.11 熱處理，HAZ 為了獲得所需的性能加熱和冷卻固體金屬和合金的工藝。 出處注釋 1：僅為熱加工而進行的加熱不能作為熱處理。

3.12 氫致開裂，HIC 為氫原子擴散進鋼鐵中并在陷阱處結合成氫分子(氫氣)時所引起的在碳鋼和低合金鋼 中的平面裂紋。 出處注釋 1：裂紋是由于氫的聚集點壓力增大而產(chǎn)生的。氫致開裂的產(chǎn)生不需要施加外部的應力。能夠引起 HIC 的聚集點常常在于鋼中雜質水平較高的地方，那是由于雜質偏析和在鋼中合金元素形成的具有 較高密度的平面型夾渣和(或)具有異常顯微組織(3.15)(如帶狀組織)的區(qū)域。這種類型的氫致開裂與 焊接無關。

3.13 氫應力開裂，HSC 金屬在有氫和拉應力(殘留的或施加的)存在的情況下出現(xiàn)的一種裂紋。 出處注釋 1：HSC 描述了一種產(chǎn)生在對 SSC 不敏感的金屬中的一種開裂。當該金屬作為陰極和另一種 作為陽極的腐蝕活躍的金屬形成電偶時，可能會氫脆。此類電偶誘發(fā)的氫應力開理解就是這種機理的開裂。

3.14 低合金鋼 合金元素總量少于5%(質量分數(shù))，但多于碳鋼(3.3)規(guī)定的合金元素含量的鋼。

3.15 顯微組織 適當制備的樣品在顯微鏡下檢查顯示出的一種金屬結構。

3.16 分壓 在同樣溫度下，混合氣體中一種組份單獨充滿該混合氣體所占的體積產(chǎn)生的壓力。 出處注釋 1：對于一種理想的混合氣體，每一種組分的分壓等于總壓力乘以其在混合氣體中的摩爾分數(shù)，而此時摩爾分數(shù)等于其體積分數(shù)。

3.17 殘余應力 解除外力和消除溫度梯度后，存在于構件中的應力。

3.18 軟區(qū)開裂，SZC SSC 的一種形式，可能出現(xiàn)于鋼局部屈服強度低的軟區(qū)。 出處注釋 1：在操作的載荷作用下，軟區(qū)可能會屈服，并局部累計塑性應變使一種在別的情況下抗 SSC 材料發(fā)生 SSC 開裂敏感性增加。這種軟區(qū)最有代表性的層與碳鋼(3.3)的焊接有關。

4. 縮略語

BOP 井口防噴器 CRA 耐蝕合金 HAZ 熱影響區(qū) HIC 氫致開裂 HSC 氫應力開裂 SCC 應力腐蝕開裂 SOHIC 應力定向氫致裂紋 SWC 階梯裂紋 SSC 硫化物應力開裂 SZC 軟區(qū)開裂

5. 一般原則

ISO 15156 系列的用戶應首先評估材料期望選擇可以暴露的條件。這些條件應按照 ISO 15156 本部分來進行評估，定義和文件記錄。 設備用戶應確定服役條件是否適用于ISO 15156 系列。

應按照適用的 ISO 15156-2 或 ISO 15156-3 的要求和建議來進行材料選擇。 ISO 15156-2 或 ISO 15156-3 的使用可能要求設備用戶和設備或材料供應商之間交換信 息(例如要求的或合適的服役條件相關的信息)。如果有必要的話，設備用戶應為服役條件 的其他參與方提供建議。 注：設備供應商可能有必要與設備制造商、材料供應商和/或材料制造商交換信息。 在定義服役條件下使用的，且與某一特殊失效模式相關的合格證書也可以證明在其他服 役條件下使用的材料是否等于或低于執(zhí)行過鑒定的條件的所有方面要求。 設備用戶有責任確保設備使用所規(guī)定的任何材料能滿意地滿足服役環(huán)境要求。 設備或材料供應商負責滿足冶金和制造要求，當必要時，在進入服役狀態(tài)中的選定材料， 還需負責滿足ISO 15156 系列的任何附加試驗要求。

設備或材料供應商負責滿足 ISO 151562:2015, 第9 節(jié), 或ISO 15156-3:2015, 7.2 中的材 料標記/文件記錄要求。 ISO 15156本部分適用于采用負荷可控設計方法設計和建造的設備的材料鑒定和選擇。 當設計采用應變?yōu)榛A的設計方法時，使用ISO 15156 本部分可能是不合適的，可以要求使 用ISO 15156 中沒有列出的其它試驗方法。設備/材料供應商應聯(lián)合設備用戶來定義和協(xié)定 其它試驗要求和驗證準則。

6. 選擇材料的使用環(huán)境的評價和定義

6.1 在按 ISO 15156-2 和 ISO 15156-3 部分進行材料的選擇和評定之前，設備的使用者應對 每種用途材料可能暴露的使用條件進行確認、評定并以文件記載。確定使用條件包括預定的 暴露條件，以及由于控制措施、保護方法失效可能造成的不可預定暴露條件。應特別注意那 些已知的會影響材料的硫化氫致裂敏感性因素進行量化。 已知的影響金屬材料在硫化氫環(huán)境中開裂敏感性的因素，除了材料性能外，包括有：硫 化氫分壓、原位 pH 值、溶解的氯化物或其他鹵化物濃度、元素硫或其他氧化劑的存在、溫 度、電偶效應、機械應力和與液相水接觸的時間。

6.2 提供的使用環(huán)境資料應用于下述一個或幾個目的： a) 為從現(xiàn)有清單和表格中選擇抗 SSC/SCC 的材料提供基礎資料(見第 7 章)；b) 根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗，為選擇和評定材料提供基礎資料(見 8.2)；c) 用于確定評定材料在含硫化氫環(huán)境中的 SSC、SCC、HIC、SOHIC、SZC 和(或)電 偶誘發(fā)的氫應力開裂(HSC)的一種或多種的實驗室試驗要求(見 8.3); d) 如果實際或計劃中的使用環(huán)境發(fā)生改變，按照第7章，8.2 和(或)8.3，為重新評估 已有結構合金的適用性提供基礎資料。