石油およびガスサービスにおける ASME SB407 N08811 パイプの重要な溶接要件は何ですか?

1. Q: ASME SB407 UNS N08811 合金パイプとは何ですか?なぜ石油およびガス用途に使用されるのですか?

A:ASME SB407 はシームレス ニッケル-鉄-クロム合金パイプの ASME 仕様であり、UNS N08811 (Incoloy 800HT) は要求の厳しい石油およびガス用途、特に高温、腐食環境、またはその両方の組み合わせを伴う用途で使用されるプレミアム グレードです。

ASME SB407 の概要:この仕様は技術要件において ASTM B407 と同じですが、ASME (米国機械学会) の管轄下で発行されています。 ASME コードへの準拠が必要な石油およびガスの圧力容器および配管用途 (下流の製油所、ガス処理プラント、一部の上流施設など) では、ASTM B407 ではなく ASME SB407 の指定が必須です。この仕様は、押出または穿孔とその後の冷間引抜きまたは冷間圧延によって製造されたシームレスパイプを対象としており、縦方向の溶接継ぎ目のない製品を保証します。

UNS N08811 (インコロイ 800HT):これは、Incoloy 800 シリーズの中で最高のパフォーマンス グレードであり、特に極端な使用条件向けに設計されています。石油とガスに対するその主な特徴は次のとおりです。

ニッケル含有量:30 ～ 35% – 塩化物応力腐食割れに対する耐性を提供します

クロム含有量:19 ～ 23% – 耐酸化性と耐硫化性を提供します

炭素含有量:0.06 ～ 0.10% – クリープ強度を制御

アルミニウム + チタン:最低 0.30% の組み合わせ - 降水量の強化が可能

溶体化焼鈍温度：最低 2150 度 (1177 度) – 最適化された粒子構造を生成します

なぜ石油とガスに N08811 を使用するのでしょうか?石油およびガス業界では、極低温から高温、甘いものから酸っぱいもの（H₂S- 含有）まで、幅広い使用条件が存在します。 N08811 は次の場合に指定されます。

温度が 1100 度 (593 度) を超える場合:製油所のヒーター、改質器、高温ガス処理において-

塩化物応力腐食割れが懸念されます。ニッケル含有量が高いため耐性が得られます

硫化 (硫黄による攻撃) が存在します:クロムコンテンツは保護を提供します

クリープ強度が必要な場合:高温での持続的なストレス

N08811 パイプの特定の石油およびガス用途:

製油所のヒーターチューブ:高硫黄原油を処理する原油、真空、コーカー ヒーター-

水素改質器出口マニホールド:1500 ～ 1650 度 F (816 ～ 899 度)、300 ～ 500 psi

高温ガス処理:-硫黄回収装置 (SRU) 熱反応器

Claus プロセス配管:高温の-硫黄含有ガス-の取り扱い

アミン再生リボイラー:高温、湿潤 H₂S サービス（ただし、NACE MR0175 準拠を確認する必要があります）-

他の石油およびガス合金との比較:

石油とガスのコード認識:ASME SB407 UNS N08811 は以下で認定されています。

ASME セクション VIII、ディビジョン 1– 圧力容器

ASME B31.3– プロセス配管 (石油およびガスの一次配管コード)

ASME セクション I– 動力ボイラー (製油所ユーティリティ用途向け)

上流の石油とガス (生産井、フローライン) では、通常、ASME の代わりに API 仕様が使用されます。

2. Q: 石油およびガス圧力サービスにおける SB407 N08811 パイプの特定の ASME コード要件は何ですか?

A:ASME SB407 UNS N08811 パイプを石油およびガスの圧力サービスに使用する場合、該当する ASME コード セクションの要件を満たさなければなりません。ほとんどの石油およびガス配管は ASME B31.3 (プロセス配管) に準拠しており、圧力容器は ASME セクション VIII に該当します。

N08811 パイプの ASME B31.3 要件:

材料の受け入れ:パイプは ASME SB407 (ASTM B407 だけでなく) の認証を受ける必要があります。材料試験レポート (MTR) は ASME SB407 を参照し、すべての化学的および機械的要件への準拠を示す必要があります。 ASME B31.3 コードは、ASME セクション II、パート D の N08811 の許容応力を認識しています。

許容応力値 (ASME セクション II、N08811 のパート D):

注記：1100 度 F を超える温度では、クリープ-破断が支配的になります。 800HT グレード (N08811) は、クリープ強度に優れているため、800H (N08810) よりも許容応力が高くなります。

ASME B31.3 に基づく肉厚の計算:

t=(P × D) / (2 × (S × E + P × Y)) + 腐食代

どこ：

t=必要な壁の厚さ (インチ)

P=設計圧力 (psi)

D=外径 (インチ)

ASME II-D (ksi) による S=許容応力

E=溶接継手の品質係数 (シームレス SB407 パイプの場合は 1.00)

ASME B31.3 の Y=係数 (高温における N08811 の場合は 0.4)

腐食代=は、高温で使用する場合、通常 1/16 ～ 1/8 インチです-

計算例 - 改質器出口配管:8 インチ外径パイプ、設計圧力 450 psi、設計温度 1600 度 (871 度)。

S=1.3 ksi (上の表より)

E=1.00 (シームレス)

Y=0.4 (高温でのフェライト系およびオーステナイト系合金の場合)

t=(450 × 8) / (2 × (1300 × 1.00 + 450 × 0.4))=3600 / (2 × (1300 + 180))=3600 / 2960=1.22 インチ + 0.125 インチの腐食代=1.345 インチ 最小肉厚

ASME セクション VIII、ディビジョン 1 の圧力容器に関する要件:N08811 で建造された船舶についても、同様の規則が適用されます。容器はセクション VIII に従って設計、製造、検査、刻印されなければなりません。セクション II、パート D と同じ許容応力が使用されます。追加の要件には次のものが含まれます。

全数X線検査すべての突合せ溶接の数（ほとんどの使用条件に対して）

衝撃試験最小設計金属温度が免除曲線を下回っている場合

溶接後の熱処理-要件 (通常、厚さ 2 インチ未満の N08811 には必要ありません)

圧力試験要件 (ASME B31.3):製造後、配管システムは圧力テストを行う必要があります。

静水圧試験:1.5 × 設計圧力 (最小 1.5 × 450 psi=675 psi)

試験温度:脆性破壊転移温度を超えている必要があります（N08811 は優れた低温靱性を備えていますが、室温での試験は許容されます）

保持時間:目視検査には最低 10 分

サワーサービスに関する NACE MR0175 / ISO 15156 準拠:石油およびガスの流れに硫化水素 (H₂S) が含まれる場合、その物質は NACE MR0175 に準拠する必要があります。 N08811の場合:

合金は自動的にサワーサービスに適格となるわけではありません

認定には、特定の熱処理 (溶体化焼きなまし) と硬度管理 (通常 35 HRC 以下) が必要です。

多くの石油およびガス仕様では、N08811 は良好な使用 (H₂S なし) に制限されているか、追加のテストが必要です

NACE への準拠を必ず購入者に確認してください。サワーサービスにN08811を指定する前

3. Q: UNS N08811 は高温の製油所やガス処理環境でどのように機能しますか?{2}}

A:UNS N08811 (Incoloy 800HT) は高温サービス向けに特別に設計されており、製油所のヒーター、水素改質装置、高温ガス処理装置に最適です。-その性能は、クリープ強度、耐酸化性、耐硫化性という 3 つの重要な特性によって特徴付けられます。

製油所ヒーターのクリープ性能:製油所のヒーター チューブ (原油、真空、コーカー、改質器) は、金属温度 1200 ～ 1700 度 (649 ～ 927 度)、内圧 150 ～ 500 psi (1.0 ～ 3.4 MPa) で動作します。このような条件下では、クリープ（時間依存の変形）が寿命を制限する要因となります。- N08811 のより高い溶体化焼鈍温度 (2150 °F 対 800H の . 2100 °F) により、粒界滑りに抵抗する、より粗く、より安定した粒子構造 (ASTM No. 3-5) が生成されます。アルミニウムとチタンの添加 (それぞれ 0.15 ～ 0.60%) は、使用中に Ni₃(Al,Ti) ガンマ-プライム析出物を形成し、析出強化をもたらします。

クリープデータの比較 (1600 °F / 871 度、500 psi フープ応力での推定破断寿命):

310H ステンレス鋼: <1 year (not recommended)

インコロイ800H：3～5年

インコロイ800HT：8～12歳

耐酸化性:19 ～ 23% のクロム含有量により、連続的に付着した酸化クロム (Cr₂O₃) スケールが形成され、酸素の攻撃から母材を保護します。製油所のサービスでは、燃焼ガスに過剰な酸素が含まれる加熱ヒーターではこれが重要です。 N08811 の酸化速度は 1800 度 F (982 度) で年間約 0.001 ～ 0.002 インチであり、310H ステンレス鋼 (0.005 ～ 0.010 ipy) よりも大幅に低いです。-設計寿命が 20 年の一般的な 0.500 インチの壁管の場合、酸化損失は無視できます。

耐硫化性：多くの製油所原油には硫黄 (0.5 ～ 3.5%) が含まれており、燃焼ガスには SO₂ と H₂S が含まれています。硫化は高温腐食の一形態であり、硫黄が金属と反応して低融点の硫化物を形成します。- N08811 の高いクロム含有量 (19 ～ 23%) は、鉄や硫化ニッケルよりも保護力の高い硫化クロム スケール (Cr₃S4 または Cr2S₃) の形成を促進します。この合金のニッケル含有量（30～35%）は、SCC耐性を提供するには十分に高いが、インコネル600などの高級ニッケル合金で見られる壊滅的なニッケル硫化（Ni₃S₂、融点1179度F / 637度）を回避するには十分に低い。{15}

1500 度 F (816 度)、2% 硫黄燃料での硫化率:

304H ステンレス鋼:0.030 ～ 0.050 ipy (寿命 2 ～ 3 年)

310H ステンレス鋼:0.015 ～ 0.025 ipy (寿命 4 ～ 6 年)

インコロイ800HT：0.003 ～ 0.008 ipy (寿命 15 ～ 25 年)

水素改質器サービス：水蒸気メタン改質による水素製造では、改質装置の出口マニホールドと移送ラインが水素豊富な雰囲気で 1500 ～ 1650 度 (816 ～ 899 度) で動作します。{4}}これらの温度では水素脆化は心配ありませんが、浸炭（金属への炭素の拡散）が発生する可能性があります。 N08811 はニッケル含有量が高いため炭素の拡散性が低下し、酸化クロムのスケールが炭素拡散バリアとして機能します。改質器サービスの現場での経験では、800HT マニホールドが 15 ～ 20 年の耐用年数を達成していることが示されています。

熱サイクル耐性:多くの製油所プロセスでは頻繁な起動と停止が伴い、熱サイクルが発生します。{0} N08811 の適度な熱膨張係数 (約 9.5 × 10-6/°F または 17 × 10-6/°F) と高い延性により、優れた熱疲労耐性が得られます。この合金は、1200 ～ 1600 度 F に長期間さらされた後でも（高-クロム ステンレス鋼とは異なり）脆いシグマ相を形成しません。-

石油およびガスサービスの制限:

ウェット H₂S (サワー) サービスには推奨されませんNACE MR0175 資格なし

限られた耐水腐食性– 海水や塩水の使用には適していません

高コスト– 約 3 ～ 4× 310H ステンレス鋼

4. Q: 石油およびガスサービスにおける ASME SB407 N08811 パイプの重要な溶接要件は何ですか?

A:石油およびガスサービス用の ASME SB407 UNS N08811 パイプの溶接には、ASME セクション IX に基づく認定手順が必要です。この合金は溶接可能ですが、クリープ強度を維持し、高温割れを回避するには入熱制御が重要です。

フィラー金属の選択 (ASME セクション IX 認定):

ステンレス鋼フィラー (308L、309L、310H、316L) は絶対に使用しないでください。– クリープ強度が低く、熱膨張が異なり、高温亀裂が発生しやすい希釈ゾーンが生じます。

入熱制御 (N08811 にとって重要):過剰な入熱は熱影響部（HAZ）の結晶粒構造を粗大化し、クリープ強度を低下させます。{0}最適化された粒子構造 (ASTM No. 3-5) に依存する N08811 の場合、これは特に重要です。

最大パス間温度:200 度 (93 度)

入熱範囲:800H よりも 20 ～ 35 kJ/インチ (8 ～ 14 kJ/cm) - 低い

技術：ストリンガービーズのみ。織りなし

For heavy walls (>0.5インチ):パスごとの入熱を低くして複数のパスを使用する

溶接前の準備:{0}

アセトンまたは専用のステンレスブラシで溶接部分をきれいにします

ニッケル合金専用の砥石を使用してください。

硫黄、リン、低融点の汚染物質をすべて除去します。-融点-

厚い壁の場合は、温度勾配を減らすために 200 ～ 300 度 (93 ～ 149 度) に予熱します。

溶接プロセス:

GTAW (ガスタングステンアーク溶接):ルートパスや薄い壁に最適

SMAW (被覆金属アーク溶接):ENiCrFe-2 電極を使用したフィル パスに許容されます。現場修理によくある

GMAW (ガスメタルアーク溶接):許容可能ですが、慎重な入熱制御が必要です

-溶接後熱処理（PWHT）:

通常は必要ありませんASME B31.3 に準拠した石油およびガス配管の一般的な肉厚 (最大 1 インチ / 25 mm)

クリープ強度を最大化するには(改質サービス): 最低 2150 度 (1177 度) での完全溶体化焼き鈍し – 現場溶接ではほとんど実用的ではありません

低温応力緩和(例: 1650 度 F / 899 度): 推奨されません。粒子構造を回復せずに炭化物の析出を引き起こす可能性がある

ASME B31.3 に基づく検査要件 (石油およびガス配管):

よくある溶接欠陥とその予防:

高温割れ：低入熱、クリーンな条件、ERNiCr-3 フィラーによる防止

HAZ での微細亀裂:拘束力の高いフィットネスは避けてください。-

HAZ でのクリープ強度の損失:パス間温度を制御します。入熱を制限する

根の酸化（糖化）：パイプ ID に不活性ガスパージを使用します (アルゴン)

ASME セクション IX に基づく資格要件:

手順適格性レコード (PQR):引張試験、曲げ試験、および（クリープ サービスの場合）高温試験を文書化する必要があります。{0}}

溶接技能資格 (WPQ):N08811 または同等の素材で実行

硬度試験:NACE MR0175 アプリケーションに必要

石油とガスの現場溶接に関する考慮事項:

予熱メンテナンス:寒い周囲条件の大口径パイプの場合は、セラミック加熱ブランケットで予熱を維持します。

パス間温度監視:接触型高温計または赤外線温度計を使用する

バックパージ:ルートパスの品質には不可欠です。少なくとも 1/4 インチの溶接厚が堆積するまでアルゴン パージを維持します。

溶接後の洗浄:{0}熱による着色やスパッタを除去します。光輝焼鈍管の場合は、軽い研削または局所的な酸洗いで表面を修復します。

5. Q: 石油およびガス用 ASME SB407 N08811 パイプの主要な調達仕様と規格準拠の考慮事項は何ですか?

A:石油およびガス用途向けの ASME SB407 UNS N08811 パイプを調達するには、仕様の詳細、認証要件、および補足テストに細心の注意を払う必要があります。 -準拠していない素材はプロジェクトを遅らせ、費用のかかる再作業が必要になる可能性があります。

ASME 準拠のための必須の調達要件:

1.仕様:「シームレスパイプは、ASME SB407 (ASTM B407 ではない) – UNS N08811 (Incoloy 800HT) に従って提供されるものとします。」石油およびガスの圧力サービスについては、コードに準拠するために ASME の指定が必要です。

2. 化学的検証:MTR は UNS N08811 に従ってすべての要素を文書化する必要があります。重要な値:

炭素：0.06～0.10% (「最大 0.10%」ではなく実際の値)

アルミニウム + チタン:合計0.30%以上

ニッケル： 30.0–35.0%

クロム： 19.0–23.0%

3. 熱処理の検証 (800HT にとって重要):

溶体化焼鈍温度：最小 2150 度 F (1177 度)

冷却方法：水冷または急速空冷

粒度：通常、ASTM No. 3–5 (ASTM E112 に従って文書化)

4. 機械的特性:

抗張力：最小 75 ksi (517 MPa)

降伏強度 (0.2% オフセット):最小 30 ksi (207 MPa)

伸長：最低30%

5. 非破壊検査：

静水圧試験:圧力と持続時間を文書化

超音波検査（UT）：ASTM E213 による (大口径に推奨)

渦電流検査 (ECT):ASTM E426 による (小径の代替)

石油およびガスサービスの補足要件:

サワーオイルおよびサワーガスに対する NACE MR0175 準拠:パイプが湿った H₂S にさらされる場合 (サワーサービス)、NACE MR0175 / ISO 15156 が適用されます。 N08811の場合:

合金は自動的に認定されるわけではありません。認定には特定の熱処理 (溶体化焼きなまし) と硬度管理が必要です

最大硬度:35 HRC (通常 800HT の場合は 30 ～ 32 HRC)

SSC テスト:NACE TM0177 に従って必要になる場合があります (方法 A または D)

多くの石油およびガス仕様により、N08811 は優れたサービスに制限されます– 必ず購入者に確認してください

ASME コード準拠のための文書要件:

ASME B31.3 に基づく石油およびガスの配管には、次の文書が必要です。

材料試験レポート (MTR):ASME SB407 指定、ヒートナンバー、すべてのテスト結果で認証済み

熱トレーサビリティ:各パイプの長さには熱番号がマークされています。 MTRまで追跡可能

規範への準拠に関する声明:「材料は ASME SB407 および UNS N08811 の ASME セクション II、パート D のすべての要件を満たしています。」

圧力容器の構造の場合 (ASME セクション VIII):追加のドキュメントには次のものが含まれます。

フォーム U-1:圧力容器のメーカーデータレポート

部分的なデータレポート:容器製造業者に供給される材料について

スタンピング：各船舶には ASME U シンボルが刻印されています

調達によくある落とし穴:

落とし穴 1:コード作業に ASME SB407 の代わりに ASTM B407 を指定します。修正：ASME コードの構築には、ASME SB407 を指定します。

落とし穴 2:N08811 が自動的に NACE MR0175 にサワー サービスの資格があると仮定します。修正：資格を確認します。ほとんどの N08811 は、甘いサービスのみを目的として提供されています。

落とし穴 3:2150 °F 未満の溶体化焼き鈍し温度の MTR を受け入れます。修正：文書化された温度が 2150 度 F 以上であることが必要です。それ以外の場合、材質は 800HT ではなく 800H (N08810) です。

落とし穴4:大径公差（真直度、楕円度）の指定はありません。修正：ASTM SB407 ではこれらを規定していません。補足要件を追加します。

落とし穴5:ASME SB407 認証を取得していない工場からの注文。修正：工場が SB407 生産に対して適切な ASME 証明書を保持していることを確認します。

石油とガスの推奨調達仕様の概要:

材質仕様: ASME SB407 – UNS N08811 (Incoloy 800HT) に準拠したシームレスパイプ。熱処理: 最低 2150 度 F (1177 度) で溶体化処理し、水で急冷します。粒度 ASTM No. 3–5。化学物質: UNS N08811 によると、実際の炭素は 0.06 ～ 0.10%。 Al+Ti 0.30%以上。機械的特性: 引張 75 ksi 以上、降伏 30 ksi 以上、伸び 30% 以上、硬度 35 HRC 以下。試験: ASME による静水圧試験 SB407. 100% ASTM E213 による超音波検査。認証: ASME SB407 指定、文書化された溶体化焼鈍温度 (華氏 2150 度以上)、粒度測定、熱トレーサビリティを備えた認定 MTR。 NACE MR0175 (必要な場合): 材料はサワーサービスに関して NACE MR0175 / ISO 15156 に準拠するものとします。最高硬度 35 HRC。指定されている場合は、NACE TM0177 に基づく SSC テスト。寸法: ASME SB407 に準拠し、4 インチ以下のサイズについては補足的な外径公差 ±0.010 インチ。真直度は最大 0.030 インチ/フィートです。楕円率はOD最大値の1%。マーキング: 各パイプの長さは、ASME SB407、UNS N08811、熱番号、サイズ、肉厚、および静水圧試験圧力でマーキングされています。