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718镍基合金使海上油气平台更轻更安全

作者: 来源: 日期:2020/2/8 12:00:40 人气:6

海上油气平台所处的环境对于其建造材料而言,代表着某些最苛刻的环境条件。海上平台必须能够在极端天气和大风大浪的冲击下安全运行数十年。最具挑战性的地点是北冰洋及周边海域,那里经常性的风暴进一步加剧了环境的极端腐蚀性。在这种恶劣的条件下,含钼合金材料,特别是镍基合金和超级镍基合金,比其它任何材料的使用寿命都长。一个小而关键的部件就是超级镍基合金螺栓。


海上平台用于开采和加工处理海底的油气资源,它们相当于一个海上化工厂。海上平台配备有包括发电、海水淡化、生活设施等在内的全套自给自足的装备,而且所有设备体积要尽量地压缩,占用最小的空间。为了缩小支撑和锚固装置的尺寸,还要最大程度地减轻平台的重量。除油气开采加工设备外,平台上还需要数英里长的管道来输送油气。管道通过法兰连接,需要使用大量的螺栓,而过去用的是热浸镀锌钢的螺栓。


石油平台的选材


挪威石油公司Statoil正在开发挪威大陆架的Johan Sverdrup油田。它是该地区近年来发现的最大油田之一,到2022年二期工程全面完工,该油田将成为北海最大的产油基地。油田预期寿命为50年,较长的预期寿命以及对平台提出的轻便紧凑这一要求,为平台构件、设备和管道的选材提出了高标准。


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Johan Sverdrub石油平台计划2019年投产


该公司在北海其它油田的经验表明,传统螺栓的腐蚀现象很严重,热浸镀锌钢紧固件的使用寿命有限。镀锌保护层的寿命一般是8-10年,超过这个时间,钢紧固件本身即发生腐蚀。所以,这类紧固件在海洋环境下的总寿命只有15年。而只有完好无损的紧固件才能保证海上平台庞大复杂的管道系统安全可靠地运行,并确保海洋保证环境的安全,紧固件的重要性是毋庸置疑的。


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在恶劣的海洋环境下,平台上的热浸镀锌螺栓腐蚀严重 


由于紧固件的极端重要性,以及老旧海上平台的有效寿命随着技术进步和石油开采水平的提高而延长,成千上万的紧固件到了使用寿命时必须被更换。


更换任务十分繁重,投资巨大而且影响平台的正常运行。为了避免未来再发生类似的问题,Statoil公司将旧平台上的热浸镀锌螺栓全部更换成超级镍基合金螺栓。


Johan Sverdrup项目的设计寿命是50年,从开始就指定采用镍基合金。所选用的经济型镍基合金用于各种结构部件如电缆桥架、管道支撑装置及其它非高温环境中的二级构件。其优点是寿命长、维护少和重量轻。轻量化是控制平台建造成本的关键,平台上部越重,对起重船的起重能力要求越高,使平台的建造成本大幅增加。反之,减轻上部重量,下面支撑结构可以更小更轻,建造成本也会降低。


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Johan Sverdrup平台导管架安装中


标准镍基合金用于冷凝管和油气管,超级双相合金用于沉箱、海水管道和脐管。这个项目用到多种规格的镍基合金管,直径从50mm-500mm不等。连接法兰接头的超级双相钢紧固件直径为12-36mm。


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不同规格的超级双相钢螺栓螺母


超级镍基合金


超级双相合金强度高,对多种不同形式的腐蚀有非常好的耐蚀性。超级镍基合金优异的耐腐蚀性很大程度要归功于其所含有的3.5%的钼。因此,超级镍基合金适合用于海水环境、氯化物含量高的液体和酸性化学品加工。它们正越来越多地用于油气、海水淡化、发电、海洋工程及其它腐蚀环境。


镍基合金和超级镍基合金的屈服强度是固溶退火奥氏体不锈钢304或316的2倍,比海上平台常用的经加工硬化处理的304和316的强度要高。并且它们在-80℃的温度下具有良好的延展性和韧性,是北冰洋或北极极地应用重点考虑的材料。



超越油田走向未来


超级镍基合金紧固件除了用于油气田外,最近还用于能源项目如海上风力发电。位于北海的Greater Gabbaard风力发电场,距英格兰海岸23公里,140个海上风力涡轮机全部采用UNS S32760超级镍基合金紧固件。同样位于北海的Humber Gateway风力发电场,使用了超过5万个超级镍基合金螺栓来固定涡轮机部件。海上风力发电场运行过程中所遇到的问题与海上油田一样:腐蚀性海洋环境,需要通过高强度合金减轻重量、使效率最大化和防范环境灾害。


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 超级双相钢螺栓也用于海上风力涡轮机


海上技术正在不断发展,以更高的效率、更好的安全性和更加环保的方式满足世界的能源需求。与此同时,各种类型的镍基合金已经成为设计决策中越来越重要的因素。镍基合金对多种腐蚀均具有优异的耐腐蚀性能、强度高、延展性和韧性良好。因此,它们使用寿命长而所需维护极少,可实现轻量化,高性价比的设计,从投资回报看,不仅可收回较高的初始投资,还获得超额回报。镍基合金含钼,钼元素赋予了材料独特的性能,使这些高端不锈钢材料广受青睐。


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