Materialvalg for ventiler i Statoil Olav Nybråten/Fagleder Ventilteknologi (TPD TEX FOT MEC PAL) 1 - Classification: Internal 2011-11-18
Agenda Kompleksiteten i ventilspesifikasjoner og valg TR2000 og ventiler Valve Data Sheets (VDS's) Ventil type og service Material valg Design og utfordringer Erfaringer og fallgruver Eksemplene i presentasjonen er hentet fra TR2000 VDS er, men prinsippene er allmenngyldige for alle ventiltyper og gjelder derfor også for sikkerhetsventiler, kontrollventiler og chokeventiler 2 - Classification: Internal 2011-11-18
Kompleksiteten i ventilspesifikasjoner og -valg Dess mer man jobber med ventiler, dess mer synes kompleksiteten å øke Det er mange biter som skal passe sammen i ventilpuslespillet Det er et mål å lage et grensesnitt der man unngår feil Er det mulig å lage ventilkrav som er infanterisikre? Utenforståendes tilnærming til ventiler Ventilingeniørens hverdag 3 - Classification: Internal 2011-11-18
Valve Data Sheets (VDS's) Nye VDS er i TR2000 Format på VDS 4 - Classification: Internal 2011-11-18
Ny VDS er i TR2000 (også for aktuerte ventiler) I Statoil har vi en rekke VDS er som er etablert og benyttet. Noen er lagt inn i TR2000 og andre er det ikke Dette er en utfordring både for Statoil, kontraktører og leverandører der ulike referanser ofte likevel kan bety like ventiler Ny VDS struktur som er ulik tidligere VDS er fra Statoil, Hydro, Saga, Norsok og Andre er etablert Vi valgte å lage en ny struktur ut fra et generelt behov for opprydding og systematisering, og for at man lett skal kunne skille gamle og foreldede krav fra nye og oppdaterte Det er lagt logikk/lesbarhet inn i ny VDS struktur der noe gammel logikk er videreført 5 - Classification: Internal 2011-11-18
VDS eksempel BHGS301J: Ball-Trunnion PEEK- 2500#-Austenittisk SS type 316- Red bore-rtj Ny temperaturangivelse Design hovedkrav Materialkrav MDS med materialkrav MDS med material- og design/dimensjonskrav Detaljkrav på design, testing, overflatebehandling, merking, pakking og dokumentasjon 6 - Classification: Internal 2011-11-18
VDS bruk VDS ene er spesifisert for bulk benyttelse, det vil si at man på VDS normalt ikke kan si noe om servicebetingelser kun ved å referere til VDS. Noen unntak: Ventiler for sjøvannsservice (titan, 6Mo og superduplex) Ventiler med o-ringer kan kun benyttes i ikke aggressiv hjelpesystemer Større ventiler kan være identifisert med tag-nr. hos leverandør, små vil ofte ikke være det Temperaturområdet på ventilene er standardisert ut fra hva materialene i ventilene typisk tåler Alle ventiler skal være egnet for sur service (står på VDS) 7 - Classification: Internal 2011-11-18
Ventil type og service Hva er korrekt ventilvalg? Ventiltyper og anvendelsesområder vil bli spesifisert i ny VSM som utgis rett over nyttår Ventilvalg er avhengig av: Service Funksjon Temperatur Trykklasse og størrelse 8 - Classification: Internal 2011-11-18
Materialvalg Materialvalg i ventiler er relativt komplekst og er gjort i samarbeid mellom material og piping som eiere av kravene i TR2000 og andre ventilkravspesifikasjoner Materialvalg for ventiler kan deles opp som følger: Materialvalg for trykkpåkjente deler Materialvalg for pakninger Materialvalg for trykkregulerende deler Materialvalg for tetningsflater Materialvalg for andre process wetted parts Materialvalg for trykkpåkjente bolter Materialvalg for andre bolter (og eksterne deler) 9 - Classification: Internal 2011-11-18
Typiske ventiler og hva er hva Trykkpåkjent Trykkregulerende Process wetted Pakningssystemer Spindeltetning Andre dynamiske tetninger Statiske tetninger Ventiltetning Bolter Eksterne deler 10 - Classification: Internal 2011-11-18
Materialvalg for trykkpåkjente deler I Material type Body / bonnet materials*) Forging Casting Bar**) ASTM MDS ASTM MDS ASTM MDS CSLT A350 LF2 CF105 A352 LCC CC101 A350 LF2 CB101 CSNT A105 CF205 A216 WCB CC201 A105 CB201 F11 A182 F11 Cl. 2 WF105 A217 WC6 WC101 Hold! WB1Hold! 316 A182 F316 SF305 A351 CF8M SC301 A479 316 SB301 6Mo A182 F44 SF705 A351 CK-3MCuN SC701 A479 S31254 SB701 SA A182 F49 SF805 A351 UNS J95370 SC801 A479 S34565 SB801 D x A182 F51 DF105 A995 J92205 DC101 A479 S31803 DB101 SD x A182 F55 DF205 A995M J93380 DC201 A479 S32760 DB201 Ti B381 F2 TF105 B367 C2 TC101 B348 2 TB101 Ni625 B564 N06625 NF505 A494 CW6MC NC501 B574 N06625 NB501 Ni276 B564 N10276 NF605 A494 CW2M NC601 B574 N10276 NB601 Ni665 B564 N10665 NF109 B494 N7M NC101 B335 N10665 NB101 *) Pressure-containing parts; parts, whose failure to function as intended results in a release of contained fluid into the environment (API 6D/ISO 14313 4.26) **) Bar diameter size limit as per MDS requirement 11 - Classification: Internal 2011-11-18
Materialvalg for trykkpåkjente deler II Typiske krav: Kvalifisert og akseptert materialprodusent Prosessering Kjemi Testing Metallografi Sveising Syrevasking NDE Merking Sertifikatkrav 12 - Classification: Internal 2011-11-18
Materialvalg for trykkpåkjente deler III Bruk av smidd stang til ventilhusdeler har vært et diskusjonstema Det er etablert MDS med spesifikke krav i forhold til å bli brukt i trykkpåkjent del av ventil Smidd stang kan bli brukt i hele eller deler av ventilhus, slik som: Hovedhus Endeflens Toppflens Insert Maksimum stangdiameter i henhold til MDS Maksimum ventil størrelse er 4 For ASME B16.5 flensede ventiler vil det typisk være flensen som setter begrensning på ventil størrelse, for andre endeforbindelser er det være delens størrelse Det er krav til testing både i longitudinal and transverse (tangential) direction for stangdiameter over 160mm Krav til 100% DP (eller MP) Å maskinere fra stang er ingen foretrukket løsning da det ofte medfører mye avvirkning 13 - Classification: Internal 2011-11-18
Materialvalg for pakninger I Designkrav på VDS: Spindeltetningskrav spesifisert med alternativer Andre dynamiske tetninger Statiske tetninger er leverandørstandard Også når o-ringer ikke er tillatt Materialkrav på VDS er definert for: Leppepakninger Grafittbasert pakkboks PTFE-basert pakkboks O-ringer 14 - Classification: Internal 2011-11-18
Materialvalg for pakninger II Materialkrav på VDS er definert for: Leppepakninger i henhold til PG101 PTFE-basert pakkboks i henhold til PG102 15 - Classification: Internal 2011-11-18
Materialvalg for pakninger III Materialkrav på VDS er definert for: Grafittbasert pakkboks i henhold til PG201 O-ringer i henhold til PG301 16 - Classification: Internal 2011-11-18
Materialvalg for trykkregulerende deler I Body material Pressure-controlling trim materials***) Casting Forging, pipe, plate or bar Material MDS Material MDS CSLT Min 13Cr 4Ni SV102 Min 13Cr 4Ni SV102 CSNT Min 13Cr SV101 Min 13Cr SV101 F11 Min 13Cr SV101 Min 13Cr SV101 316 A351 CF8M SC302 AISI 316 SV301 6Mo A351 CK-3MCuN SC702 6Mo SV702 SA A351 UNS J95370 SC802 A182 F49 SV802 D x A995 J92205 DC102 22 Cr. Duplex DV102 SD x A995M J93380 DC202 25 Cr. Duplex DV202 Ti B367 gr. C2 TC102 Titanium TV102 Ni 625 A494 CW6MC NC502 Nickel N06625 NV502 Ni 276 A494 CW2M NC602 Nickel N10276 NV602 Ni 665 B494 N7M NC102 Nickel N10665 NV102 ***) Pressure-controlling parts; parts, such as stem, seat and obturator, intended to prevent or permit the flow of fluids (API 6D/ISO 14313 4.27) 17 - Classification: Internal 2011-11-18
Materialvalg for trykkregulerende deler II Noe reduserte krav i forhold til trykkpåkjente deler: Kun krav om akseptert materialprodusent Prosessering Kjemi Testing Metallografi Sveising Syrevasking Sertifikatkrav 18 - Classification: Internal 2011-11-18
Materialvalg for tetningsflater I Myk tetning : PEEK PTFE Nylon er ikke spesifisert på nye VDS er på grunn av materialets dårlige egenskaper i forhold til vannabsorpsjon Ingen MDS krav Krav til maksimum trykkforskjell ved operasjon Fra VSK: 19 - Classification: Internal 2011-11-18
Materialvalg for tetningsflater II Metallisk tetning: Wolframkarbid i henhold til ZH201 eller helved til ZH401 (typisk cage i kontroll og choke) Stellitt i henhold til ZH101 eller helved stellitt i små deler til NV301 Sjøvannsbestandig hardmetallbelegg i henhold til ZH102 Titanventiler er spesifisert med nitrerherding eller kombinasjon av gr. 2 og 5 Andre tetningsflater: Ingen spesifikke krav for ventilspindler Pakningslommer og andre tetningsflater og eventuelt komplett innvendig i karbonstål ventiler kan påleggssveises med korrosjonsbestandig belegg (Ni625) i henhold til NO501 20 - Classification: Internal 2011-11-18
Materialvalg for andre process wetted parts I Other internal parts****) Also used on pressure-controlling trim materials on valves < 2" Body material Material MDS CSLT Min 13Cr 4Ni SV102 CSNT Min 13Cr SV101 F11 Min 13Cr SV101 316 AISI 316 SV301 6Mo 6Mo, small parts SV701 SA S34565, small parts SV801 D x 22Cr Duplex small parts DV101 SD x 25Cr Duplex, small parts DV201 Ti Titanium, small parts TV101 Ni 625 Nickel N06625, small parts NV501 Ni 276 Nickel N10276, small parts NV601 Ni 665 Nickel N10665, small parts NV101 ****) Process-wetted parts; parts exposed directly to the pipeline fluid (API 6D/ISO 14313 4.28) other than defined as "Pressurecontrolling parts" 21 - Classification: Internal 2011-11-18
Materialvalg for andre process wetted parts II Forenklede krav i forhold til trykkpåkjente og trykkregulerende deler Definisjon av basismateriale med krav om referanse til en ASTM standard Enkle sertifikatkrav 22 - Classification: Internal 2011-11-18
Materialvalg for trykkpåkjente bolter Nytt boltvalg diskutert og avklart mellom material og piping MDS XN501 inkluderer flere boltmaterialalternativer som akseptable enn tidligere Større fleksibilitet for oss og leverandørene Færre avklaringer nødvendig Skiller mellom I (integrated) og TB (through-bolted) 23 - Classification: Internal 2011-11-18
Eksempler på design i forhold til Integral bolting Hva menes med; For integral bolting, where the load bearing parts of the bolts/nuts are not exposed to the environment Effekt av VSK krav til pakking og preservering; Valve stem shall be greased. Valve stem and yoke shall be protected with self amalgamating tape. The tape shall also cover the stuffing box in order to prevent ingress of impurities between gland and valve stem 24 - Classification: Internal 2011-11-18
Materialvalg for andre bolter og eksterne deler OUTSIDE TRIM Bolting Min SS316 for bolts 10mm and smaller, min hot dip galvanized carbon steel for larger (MDS VN105 galvanisering/dimensjonskrav) Wrench/handweel SS304/316 or HDG and painted CS/nodular iron Andre eksterne deler Plugg, avblødningsplugg, injeksjonsnipler i henhold til MDS og generelt i samme materiale som ventilhus men i 316 for CS Flenser i henhold til MDS og generelt i samme materiale som ventilhus Andre eksterne deler ikke spesifisert 25 - Classification: Internal 2011-11-18
Design og utfordringer VDS ene har utviklet seg over lang tid og inneholder etter hvert nødvendige krav til design Behov for videreutvikling av krav for ventiler knyttet til: Tubing Kryogenisk service Spesielt varm service (>350ºC) Choke kollaps Behov for testing for å avklare: Myktettende ventiler (PEEK/PTFE) og begrensninger i differansetrykk under operasjon Utfordringer: Standardisering og begrensning av antall varianter Samordning av krav: Etablert for on/off, sikkerhetsventiler, kontroll og choke ventiler Gjenstår for HIPPS, rørledningsventiler, subsea ventiler, ventiler til boring og brønn Kontraktørkrav Ventiler og råmaterialer fra land utenfor Europa Tilgang på ressurser 26 - Classification: Internal 2011-11-18
Erfaringer og fallgruver I Ventiler er spesifisert via VDS og inneholder krav til ventilen via : Referanse til ventil designkode Valg av opsjoner i designkode Spesifisering av materialkrav Erfaringsbaserte krav som i hovedsak er knyttet til: Pakningsdesign og pakningsmateriale Materialvalg på tetningsflater og innvendige deler Mange erfaringsreferanser er knyttet til: O-ringer i prosesservice (ventilvalg) Skader på grunn av skitten service (ventilvalg) Operasjonsproblemer (ventilvalg, aktuatorvalg, materialvalg i ventil og materialvalg for service) Interne lekkasjer (ventilvalg og rengjøring) Eksternlekkasjer (designkrav for pakninger og vedlikeholdsrutiner, unntaksvis materialfeil) Korrosjon (designkrav og valg av materiale for service) Erosjon (designkrav og materialvalg for service) 27 - Classification: Internal 2011-11-18
Erfaringer og fallgruver II Fallgruver: Mangelfullt leverandørvalg og/eller tekniske avklaringer Mangelfull kontroll av tegninger og materialvalg Mangelfull informasjon om servicebetingelser til leverandør Leverandørstandard er i enkelte tilfeller ikke akseptabelt: Ni-belegg på myktettende kuleventiler Lagerskåler i CS Andre myke tetninger enn spesifisert: Nylon i stedet for PTFE eller PEEK Kel-F PCTFE som alternativ til PEEK O-ringer istedenfor lipseal Annen hardfacing enn spesifisert 28 - Classification: Internal 2011-11-18
Tusen takk Materialvalg for ventiler i Statoil Olav Nybråten/Fagleder Ventilteknologi olny@statoil.com tel: +47 95 27 62 77 www.statoil.com 29 - Classification: Internal 2011-11-18