石油天然气工业 钛合金感应加热弯管 编制说明

2《石油天然气工业钛合金感应加热弯管》（征求意见稿）编制说明一、工作简况1、任务来源按照《国家标准化管理委员会关于下达2023年第四批推荐性国家标准计划及相关标准外文版计划的通知》（国标委发〔2023〕63号）文件要求，国家标准《石油天然气工业钛合金感应加热弯管》以计划编号20231933-T-469下达。2、制定背景石油管材是石油天然气工业发展的基础，涉及油气勘探与开发、油气田地面集输等各个环节，是油气开采、输送和使用的必经通道和必需设施，而且数量规模巨大，弯管是集输管道重要组成部件，在油气集输安全运营过程中发挥重要作用。随着我国经济的快速发展，石油天然气的需求与日俱增，特别是近几年对高含硫等含高腐蚀产物油气田的开发，对管材的性能提出更高挑战，弯管作为关键连接部件，也是最为容易发生问题的部分，也相应的被提出了更高的要求。对集输管线的腐蚀防护问题我国已经开展多年的研究与技术攻关，取得了众多成果，如采用有机缓蚀剂、缓蚀除垢剂、酸化缓蚀剂、电磁防垢等缓蚀防垢措施，采用环氧内涂层、纳米涂料、钨合金镀层、Ni-P镀层等涂镀层工艺，采用玻璃钢内衬、陶瓷内衬、PE内衬、CRA复合管等复合管等。但是，对于高温、高压、高H2S/CO2分压、高含Cl-、高含有机硫油气田地面集输管线的弯管等关键部件的选材已呈现逐步往耐蚀合金方向发展的趋势。相比于其他耐蚀合金，钛合金作为一种先进的轻量化结构材料，具有优异的综合性能，其密度小、比强度高，疲劳强度和抗裂纹扩展能力好，抗腐蚀性能优异，因此在石油天然气工业领域具有很强的使用优势及巨大的应用潜力。由于油气集输用钛合金弯管在制造、检验、验收、使用等方面与钢制弯管存在本质不同，目前虽有钢制弯管方面的标准，但是无法满足钛合金弯管的生产制造及检验、验收等技术需求。该标准的立项也拟解决油气集输用钛合金弯管的制造、检验、验收等无标可依的现状，推动钛合金弯管在石油天然气工业的应用。3、起草单位及工作组成员该标准由中国石油集团工程材料研究院有限公司负责编写，****等参与编写，工作组成员包括***等。任务分工如下：王蕊全面负责标准的编写和技术把关，李东风、王联国、徐婷、宋泽宇、张成、闫建旺主要负3责技术指标制定以及试验检验技术支持，宋德军、刘鸿彦、王剑虹、雷勇、万剑春等负责制造工艺、弯管性能影响因素等指标研究、西南油气田、塔里木油气田、长庆油田等负责油田技术需求分析及油气田应用。4、工作过程2023年11月至2024年4月，中国石油集团工程材料研究院启动了《石油天然气工业钛合金感应加热弯管》的制订工作，成立了标准起草工作小组。起草组对钛合金及感应加热弯管相关标准进行了分析、研究，对工程技术需求进行了调研，收集了我国各油田需求以及钛合金感应加热弯管评价试验的相关资料，对主要性能指标进行了数据整理和分析，在此基础上完成了标准草案。具体过程如下：（1）2023年11月至2024年3月，起草工作组召开工作组内部讨论会，认真讨论、协调标准技术内容，不断修改、补充和完善，形成了本标准的草稿。（2）2024年4月，全国油气标委会石油管材分委会组织召开国家标准启动会，对标准草案进行讨论。（3）2024年4月10日，起草工作组召开第二次工作组内部讨论会，对标准草案进行讨论，形成标准征求意见稿。二、国家标准编制原则和确定国家标准主要内容的论据（修订国家标准时，还包括修订前后技术内容的对比）本标准规定了石油天然气工业用钛合金弯管的交货技术条件。主要技术内容包括：尺寸及公差、购方提供的信息、弯管的制造工艺（母管、母管补焊、母管的检验、母管壁厚选择、弯制成形、弯制热处理、、弯管首批试验）、弯管质量要求（尺寸与公差、外观质量、理化性能、无损检测、水压试验、耐腐蚀性能试验）、检验与试验、验收、标志、包装、运输、贮存等。三、试验验证的分析、综述报告，技术经济论证，预期的经济效益、社会效益和生态效益针对油气集输用钛合金弯管所涉及的技术性能，由中国石油集团工程材料研究院有限公司、中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司、塔里木油气田分公司等参编单位对钛合金感应加热弯管产品开展验证试验，主要验证试验项目包括化学成分、拉伸性能、夏比（V型缺口）冲击吸收能、金相组织、腐蚀性能内压性能等性能参数。表1化学成分分析结果（wt×10-2）试样编号CONHFeAl0.0180.1010.0120.00282#0.0110.0930.0100.00183#0.0180.0940.00710.00224表2Φ168.3×7.1mmTA36弯管拉伸试验结果试样屈服强度Rp0.2（MPa）抗拉强度Rm（MPa）断后伸长率A50mm位置及方向宽度×标距（mm）25×504362#25×504293#25×504214#25×5040462820.5表3Φ168.3×7.1mmTA36弯管拉伸试验结果试样屈服强度Rp0.2（MPa）抗拉强度Rm（MPa）断后伸长率A50mm（%）方向宽度×标距（mm）纵向25×5043461525.5技术要求表4Φ168.3×7.1mmTA36弯管夏比冲击试验结果试样试验温度吸收能量KV2（J）位置及方向规格单个值平均值2#纵向03#纵向0表5Φ168.3×7.1mmTA36弯管夏比冲击试验结果试样试验温度(℃)吸收能量KV2（J）方向规格单个值平均值纵向0272927285图1Φ168.3×7.1mmTA36弯管金相低倍组织试验结果弯管低倍组织没有裂纹、气孔、金属于非金属、折叠及其他肉眼可见的缺陷。表8三氯化铁麻点腐蚀试验条件溶液温度(℃)试验周期（h）标准三氯化铁溶液50±272表9三氯化铁麻点腐蚀试验结果试样试样前重(g)试样后重(g)失重(g)最大蚀坑深度（mm）平均蚀坑深度（mm）蚀坑密度（个/cm2）腐蚀速率g/（m2*a）平均腐蚀速率g/（m2*a）28.645828.645800000.00003.77232#29.311229.31100.00020007.52543#27.800227.80010.00010003.7917图2三氯化铁麻点腐蚀试验前试样表面形貌6图3三氯化铁麻点腐蚀试验后试样表面形貌表10三氯化铁缝隙腐蚀试验条件溶液温度试验周期标准三氯化铁溶液50±272表11三氯化铁缝隙腐蚀试验结果试样试样前重(g)试样后重(g)失重(g)腐蚀速率g/（m2*a）平均腐蚀速率g/（m2*a）10.970110.970100.00003.79232#10.845010.84490.00015.72153#11.349611.34950.00015.6553图4三氯化铁缝隙腐蚀试验前试样表面形貌7图5三氯化铁缝隙腐蚀试验后试样表面形貌表12腐蚀试验对比试验研究结果9（1）第1组试验结果（2）第2组试验结果图6LJ-13井钛合金与耐蚀合金现场应用结果对比8图7Φ114.3×6.02mmTA2钛合金无缝弯管试验曲线（最大压力49.5MPa）验证试验表明，标准规定的性能参数合理，在满足用户质量需求的同时也满足国内外制造企业的生产加工需求，指导并进一步规范钛合金弯管的应用。四、与国际、国外同类标准技术内容的对比情况，或与测试的国外样品、样机的有关数据对比情况国内外无相关标准，国际上只有钢质弯管和管件的标准，ISO15590《石油天然气工业钢质弯管和管件》、ISO15156-3《Petroleumandnaturalgasindustries—MaterialsforuseinH2Scontainingenvironmentsinoilandgasproduction—Part3:Cracking-resistantCRAscorrosionresistantalloys)andotheralloys》把钛合金作为天然气开采环境要求抗硫化氢应力开裂的一个材料类型。挪威标准NOSOKM-001MaterialSelection中规定钛合金Grade2可作为海洋海水系统和多种复杂化学品输送管道的一个材料类型。本标准满足我国油气井用油管、套管性能评价需求，具有国际领先水平。五、以国际标准为基础的起草情况，以及是否合规引用或者采用国际国外标准，并说明未采用国际标准的原因国际上只有钢制弯管的标准，并没有相关钛合金弯管的国际标准。本标准未采用任何国际标准。六、与有关的现行法律、法规和强制性国家标准的关系本标准与现行法律、法规、政策及相关标准没有冲突和矛盾。七、重大分歧意见的处理经过和依据在征求意见、审查过程中出现的重大分歧处理情况（若适用）。八