NACE MR 0103

이번에 새로 접한 NACE Code, "MR 0103"에 대해 공부해보고

이해하기 쉽게 정리해 보았다.

 

 

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NACE MR0103의 Scope

NACE MR0103은 석유 정제 설비에 설치되는 자재들의 "SSC"에 대한 저항성을 위한 Requirements들을 정리해 놓은 Code라 볼 수 있다.

보통 "NACE 자재"라 함은 NACE MR0175에 따른 자재들을 많이 생각하지만

프로젝트에 따라, NACE MR0103을 요구하는 경우도 있는 듯.

NACE MR0175는 개인적으로 보기에 꽤나 '지저분하다'라고 느껴지는데...

내용이 깔끔하게 정리되지 못하고 여기 찔끔 저기 찔끔... 이렇게 정신 없이 흩어져 있는데 반해

MR0103은 꽤나 깔끔하게 정리되어 보기 편한 Code라는 생각이다. (Table 1을 보라... 각 자재별 요구사항이 쭈욱 정리되어 있다.)

 

 

 

NACE MR0103과 MR0175의 차이점

비록 NACE 전문가는 아니지만 개인적으로 보기에... MR0175와 차이점은

1. 적용 환경이 틀림 (SSC에 특화된 느낌)

2. 적용 재질의 규정 방법도 틀림

3. Welding에 대해서 요구 사항이 많음

이 정도 인데, 쉽게 말해서 별개의 Code로 판단해야겠다.

만약 MR0175 자재를 들고 와 MR0103 요구 공사에 사용한다면 프로젝터 전체의 범주에서 한꺼번에 승인을 받기는 어려울테고

각각의 세부 Material 별로 들고 가서 발주처 등을 설득하는 것이 효과적이란 생각이다.

 

 

 

SSC(Sulphide Stress Corrosion?)

엮인 글의 SSC Test 사항을 읽으면 감 잡기 쉽지만,

어쨌든 SSC(Sulphide Stress Corrosion)는 "Corrosion"과 "Stress"가 동시에 작용하는 환경에서의 파괴, Crack 발생에 대한 용어이다.

(한줄 정리: 황 화합물에 노출된 철은 녹슬기 쉽다. 안그래도 약해지기 쉬운 여건인데 여기에 응력까지 더해지만 Crack과 파단이 쉽게 나온다는 거징..)

 

NACE MR0103에서 정의한 SSC의 세부 Factor는 아래와 같다.

1. Chemical Composition

2. Strength (Tensile Strength가 중요하지만 '파괴' Test이므로 직접 연관이 있고 '비파괴'Test인 Hardness를 측정 인자로 함)

3. Heat Treatment

4. Microstructure

5. Total tensile strength (설계적인 요소라 해야 할까요... 설치된 현물에 실제 걸리는 응력)

6. 환경에 따른 Hydrogen flux

7. Temperature

8. Time

 

 

 

각 자재별 요구사항

 

[Carbon Steel]

1. MR0103에서의 Carbon Steel은 C(2.0%미만)와 Mn(0.25%이상)만 신경쓰고 있음.

2. Heat Treatment: 아래 중 하나만 하면 됨

   - hot-rollng
   - annealing
   - normalizing
   - normalizing &  tempering
   - normalizing, austenitizing, quenching & tempering
   - austenitizing, quenching & tempering

3. Hardness

   - P-No1 Group 1&2는 별도 Hardness 관리 필요 없음 (ASME와 위 열처리 기준만 잘 따르면 됨)

   - 이 외 Carbon Steel은 Hardness 22HRC 이하여야 함.

     (ASTM E140의 Conversion Table에 따라 다른 방법의 hardness 측정도 인정함)

4. 593℃ 이상에서 Stress Relieving을 해야 한다는 전제 하에 Cold Forming 인정 

   Stress Relieving 후 Hardness 요구치 만족해야 함 (P-No.1은 200 HBW max) 

   - 냉간 가공된 ASTM A53, A106 GrB, API 5L X-42 등은 190 HBW max

5. Overlay 혹은 Fabrication용 Welding을 위해선 2.1.8과 Section 4 참조 (용접에 대해서는 아래에 따로 정리해 보겠다)

 

[Alloy Steel]

1. MR0103에서의 Alloy Steel은 C(2.5%미만)와 Mn(0.25%이상) 이외 합금원소의 함량이 표기된 금속. 이때 Cr 함량은 10% 미만이여야 함.

2. Heat Treatment: 아래 중 하나만 하면 됨

   - hot-rollng
   - annealing
   - normalizing
   - normalizing &  tempering
   - normalizing, austenitizing, quenching & tempering
   - austenitizing, quenching & tempering

3. Hardness

   - 각 P-no 별로 요구치가 다름 (P-No.3.4.10,11은 225 HBW, P-No.5,6,7은 235HBW, P-no.5B중에서 9Cr-1Mo-V Grade는 248HBW)

   - 이 외 Carbon Steel은 Hardness 22HRC 이하여야 함.

     (ASTM E140의 Conversion Table에 따라 다른 방법의 hardness 측정도 인정함)

4. 593℃ 이상에서 Stress Relieving을 해야 한다는 전제 하에 Cold Forming 인정 

   Stress Relieving 후 Hardness 요구치 만족해야 함

 

[Stainless Steel]

1. NACE MR0103에는 다양한 Stainless Steel를 정의해 놓는데, 여기서는 Offshore/Onshore Platform 공사에서 많이 사용하는

   Autenitec Stainless Steel (300 series... 304나 316말이다)에 대해서만 정리하겠음.

2. Chemical composition

  - C: 0.1(max), Cr: 16.0(min), Ni: 8.0(min), Mn: 2.0(max), Si: 2.0(max), P: 0.0045(max), S: 0.04(max)

  - 한 마디로 얘기하자면, 만약 ASTM A312의 304 혹은 316 Grade를 쓰면 신경쓸 사항 없음 (ASTM 요구사항보다 Loose함)

  - UNS S30900과 S31000의 C 함량은 원자재 Code 요구사항에 따라 더 놓아도 상관 없음

3. Heat Treatment: 아래 중 하나 만족해야 함

  - solution-annealed and quenched

  - solution-annealed and thermally stabilized

4. Hardness: 22HRC이하

  - S20910은 열처리와 Hardness에 별도 규정 있음 (HRC 35이하... 이런 재질 쓰는 사람이 있을까 싶어 긴 열처리 규정은 생략함)

 

[Duplex Stainless Steel]

1. Duplex 재질에 대해서는 별 제한이 없음

2. Chemical: 별도 규정 없고, Ferrite Contents 35~65% (일반적으로 만족할 것임)

3. Heat Treatment: Solution-Aneaing + Liquid Quenching

4. Hardness: PREN 별로 규정이 있으나, 보통 사용하는 S31803(F51)이나 S32760(F55), S32205(F60)이라면 PREN<40일 것임

   - PREN 40이하: 28HRC 이하

   - PREN 40초과: 32HRC 이하

5. 별난 요구 사항이 많아 내가 참 좋아하는 Duplex인데, 워낙 까다로운 놈이라 그런가 NACE에서는 별 터치를 안한다는 느낌이 ^^;

 

 

 

NACE MR0103은 각 소재에 대한 Requirement를 규정해 놓았지만 사실 크게 까다롭다고 말하긴 어렵고,

대신 용접에 대해서도 요구 사항을 적어 놓았다. 이 아래 단락을 보면 장비 내부에 사용되는 각 Component에 대한 규정도 있다.

이 말은 NACE MR0103은 단순히 소재 자체보다는 하나의 'Equipment' 전체에 대한 관리 방안이라 보는것이 더 타당하다는 것이라 생각이 된다.

(순전히 내 생각 ^^)

 

각 재질별 Welding

아래 조금은 복잡하게 느껴지는 요구 사항들이 있지만, 기본적으로 SSC 환경에서 잘 버티기 위한 조건 중의 하나,

즉 Hardness를 관리하기 위한 것이라 보면 될 것 같다.

용접은 충분히 허용하되 대신 최대한 'Soft'한 결과물이 나오도록...

 

[General]

1. Welder와 WPS/PQR은 AWS, API, ASME 등 각종 Code 중 선택하여 Qualify 받으면 된다.

2. 용접 후 용접부와 HAZ(열 영향부)의 Hardness는 모재의 규정치를 따른다.

3. 후열처리 (PWHT)는 Option 일 뿐 ^^

 

[Carbon Steel]

1. P-No.1 자재의 경우 일반 용접이건 Overlay건 NACE RP0472를 따르도록 되어 있다. 결론적으로 용접 후 Hardness가 200HBW를 넘지 않아야 한다.

2. 기타 P-No. 및 Alloy 자재들의 Welding에 대해서는 용접 후 PWHT(Post Weld Heat Treatment)가 수행되어야 하며

   용접부 Hardness는 각 소재별 규정치를 따르면 된다.

   (PWHT의 요구 사항에 대해선 언급이 없고, PQR시 Demonstrate 하도록 되어 있다)

3. P-No.3,4에 대해서는 PWHT를 하지 않을 수 있다. 다만 PQR시 PWHT 없이 Hardness 규정치(248HV)를 만족함을 보여야 한다.

4. P-No에 해당되지 않는 일반 Carbon Steel 자재들은 용접 후 248HV(=22HRC)를 넘지 않으면 된다.

5. Cladding의 경우 자재는 위에 명시된 소재 요구사항을 만족하는 것을 사용하되, 제작 방법은 Overlay welding, hot rolling, explosion bonding 등

   모두 사용 가능하다. 재미있는 건 Cladding 시 Galvanic Corrosion 등 여러 위험 요소들을 나열만 해 놓고 쏙 빠져버리는데,

   이 요소들을 고려해서 'end user'가 cladding의 시행 여부를 최종 결정하라고 한다.

 

[Duplex Stainless Steel]

1. PQR실시하되, NACE RP0472에 따라 hardness 측정하여 평균 310HV, 개별 320HV을 초과하면 안됨

2. ASTM E562에 따라 Microstructure 검사를 수행하여 Ferrite Contents를 산출함 (35~65%)

3. PQR시 Heat Input을 명기하고, WPS에는 그 때의 Heat Input에 ±10%만 허용

4. PQR시 Thickness를 명기하고, WPS의 허용 Thickness는 PQR상 Thickness의 20% 이상 초과하면 안됨

 

 

 

 

NACE MR0103은 친절하게도

각 소재별, 또 용접 요구 사항 이외에

Fabrication, Bolting, Painting, Valve 등에 대해서도 따로 Section별로 보기 편하게 정리해 놓았음.

이 중 몇가지를 돌아보면...

 

Bolting

1. Material: Section2,3을 만족하는 재질이면 허용 가능하며, 보통 아래 재질을 쓰면 NACE MR0103의 요구 조건을 만족하는 것으로 판단

   여기서, 100% 외부에 설치되어 실제 Sour Service와 상관 없는 Bolt/nut라면 일반적인 A193, 194등의 Bolt/nut 사용 가능하다.

   아래는 내부에 설치되는 등, Sour Service에 노출되는 Bolt에 대한 규정.

  - Bolt/Sutd/Cap etc: ASTM A193 Gr.B7M, B8MA (class 1A),  ASTM 320 L7M

  - Nut : ASTM A194 Gr.2HM, 7M, 8MA

2. Zinc 혹은 Cadmium coating 적용되면 안됨. 즉, Galvanizing 금지.

 

 

Coating

1. 기본적으로 NACE MR0175와 같음.

2. 아래 명시된 방법이 아니라면 Acceptable로 간주 가능

  - Metallic coatings (electroplated or electroless), conversion coatings, plastic coatings or linings

 

 

Valve, Pump, Compressor

1. Valve나 Pump, Compressor에 대해서도 간단하게 규정되어 있는데, 기본적으로 위에 언급된 각 재질별 요구사항을 따르면 됨.

2. Pump와 compressor의 경우, 약간의 예외 조항을 두어 완화시켜 주기도 함

  - Compressor용 Cylinder, Liner, Piston, Valve의 경우 ASTM A278 Class35/40, ASMR A395 재질 사용 가능

  - ASTM B26(A03550-T7) 재질은 Piston으로 사용 가능

  - Impeller의 경우 UNS G43200 series 사용 가능 (C 함량 0.28~0.33, Y.S 620MPa, 9.3.1항에 따른 Heat Treatment를 수행할 경우)

 

 

 

정리하며...

요구 사항들이 훨씬 보기 좋게, 그리고 비교적 명확하게 정리되어 있고

그 요구사항이란 것들도 MR0175보다는 좀 느슨한 부분이 많다는 느낌이 든다.

 

근데 사실 이 '느슨하다'는 느낌은 재질에 대한 규정치만 보았을 때 얘기고,

NACE RP0472와 ASME P-No에 대한 관리를 조합하여 이 규정의 Welding 부분을 보면 조금 더 복잡해지고 공부도 많이 해야 할 것 같다는 느낌이 든다.

한편,

각 재질별, component 별 규정과 Welding, Fabrication, Bolting등에 대한 규정이 따로 정리되어 있는 걸 보면

NACE MR0103은 '재질'보다는 'Equipment 전체'에 대한 규격이라고 보는 것이 맞다고 생각되기도 한다.