Bezšvíkové verzus zvárané rúry: Komplexná príručka pre ropný a plynárenský priemysel

Oceľové rúry sú chrbticou ropného a plynárenského priemyslu a používajú sa v každej fáze, od ťažby cez spracovanie až po prepravu.

Výber správneho typu potrubia je rozhodujúci pre zaistenie bezpečnej, efektívnej a spoľahlivej prevádzky.

Thedve hlavné kategórie oceľových rúr sú bezšvíkové a zvárané, každý s jedinečnými vlastnosťami a aplikáciami.

V tomto článku poskytneme komplexné porovnanie bezšvíkových a zváraných rúr v kontexte ropného a plynárenského priemyslu.

Pokryjeme výrobné procesy, základné vlastnosti a výhody každého typu a najbežnejšie aplikácie.

Budeme tiež diskutovať o rôznych materiálových možnostiach vrátane uhlíkovej ocele, legovanej ocele, nehrdzavejúcej ocele a zliatin niklu a sprievodcu výberom správnej triedy pre rôzne prostredia.

Nakoniec sa ponoríme do praktických aspektov špecifikácie a objednávania rúr, vrátane príslušných noriem, rozmerov a koncových úprav.

Na konci tohto článku dôkladne pochopíte rozdiely medzi bezšvovými a zváranými rúrami a budete vybavení na prijímanie informovaných rozhodnutí pre vaše projekty v oblasti ropy a zemného plynu.

Vysvetlenie typov potrubí

Ropný a plynárenský priemysel používa tri hlavné typy oceľových rúr: bezšvíkové, ERW (elektricky odporovo zvárané) a LSAW (pozdĺžne ponorené oblúkové zváranie).
 

Bezšvíkové rúrysú vyrobené z pevných oceľových predvalkov, ktoré sa zahrievajú a tlačia alebo ťahajú cez formu, aby vytvorili dutú rúrku bez akýchkoľvek zváraných švov.

Bežne sa používajú pri vysokotlakových{0}}aplikáciách v prevádzkach proti prúdu, ako sú vŕtanie a prieskum, prenos tekutín v strednom prúde, rafinácia po prúde a komunálne služby.

Rúry ERWsa vyrábajú pomocou tvárnenia za studena{0}}, tvarovania oceľových zvitkov do valcových tvarov a šev je zvarený pomocou elektrického prúdu.

Zvarový šev prebieha po dĺžke potrubia. Rúry ERW sú nákladovo-efektívne pre aplikácie s nízkym-až{3}}stredným{4}}tlakom, ako je preprava vody, ropy a plynu.

Rúry LSAWsa vyrábajú ohýbaním a zváraním oceľových plechov po dĺžke, pričom šev prebieha rovno (pozdĺžny šev) alebo špirálovito.

Používajú sa na potrubia s veľkým{0}}priemerom (16-60 palcov) v kritických aplikáciách, ako sú napríklad diaľkové ropovody a plynovody prechádzajúce mestami alebo pod vodou.

V tabuľke nižšie sú zhrnuté kľúčové rozdiely medzi týmito typmi rúr a ich typickými aplikáciami v ropnom a plynárenskom priemysle:
 

Výrobný proces pre bezšvíkové, ERW a LSAW rúry

Výroba bezšvíkových rúr

Bezšvíkové rúry sa vyrábajú procesom spracovania za tepla bez zvárania. Hlavné kroky sú:
 

Pevný okrúhly oceľový predvalok sa zahrieva v rotačnej nístejovej peci na približne 1204C/2200F.

Do červena-žeravého polotovaru sa potom prepichne stred pomocou hrotu na prepichnutie, čím sa vytvorí dutá trubica.

Dutá rúrka prechádza zátkovým mlynom, kde je vložený tŕň. Rúrka sa potom valcuje, aby sa zmenšila hrúbka steny a zväčšila sa dĺžka.

Rúrka potom prechádza cez kalibračné stojany, aby sa dosiahli konečné rozmery.

Po ochladení sa potrubie narovná, nareže na dĺžku, otestuje a odošle.

Bezšvíkové rúry môžu byť ďalej ťahané za studena na výrobu rúr s menšími priemermi a tenšími stenami.

Výroba rúr ERW

Rúry ERW sa vyrábajú za studena-tvarovaním oceľových zvitkov a zváraním spoja:
 

Vyberie sa vhodná šírka a rozmer oceľovej cievky a vloží sa na odvíjač.

Pás prechádza cez valce, ktoré ho postupne formujú do okrúhleho tvaru.

Pozdĺžne okraje sa zahrievajú prechodom vysokofrekvenčného-prúdu medzi nimi.

Valce stláčajú okraje k sebe, aby vytvorili tavný zvar bez pridania prídavného kovu.

Zváraná rúra prechádza cez dimenzovacie stojany, aby sa dosiahol konečný priemer.

Rúrka sa nareže na dĺžku, vytvarujú sa konce (rovné, skosené, so závitom atď.) a rúra sa pred odoslaním otestuje.

Celý proces ERW je kontinuálny, pričom rúra sa pohybuje konštantnou rýchlosťou cez formovacie a zváracie stojany.

Výroba rúr LSAW

Rúry LSAW sú vyrobené z oceľového plechu, ktorý je tvarovaný a zváraný:
 

Vyberú sa oceľové plechy a okraje sa vyfrézujú, aby sa pripravili na zváranie.

Doska sa pred-ohne na ohraňovacom lise, aby sa začala formovať do okrúhleho tvaru.

Lisovanie AU-vyformuje dosku do tvaru U-a stlačenie O-uzatvorí U do rúrky.

Pozdĺžny šev je najprv z vnútornej strany privarený, aby držal okraje pohromade.

Rúra potom prechádza cez automatické zváracie stanice, ktoré ukladajú viacnásobné prechody zvarov pod tavivom vo vnútri a mimo švu.

Mechanický expandér mierne roztiahne zváranú rúrku, aby sa dosiahol správny okrúhly tvar.

Rúrka je narezaná na dĺžku, skosená, hydrostaticky testovaná a pred odoslaním skontrolovaná.

Rúry LSAW sa vo všeobecnosti používajú pre väčšie priemery (16" a vyššie) a majú hrubšie steny ako rúry ERW.

Výhody a nevýhody bezšvíkových rúr, rúr ERW a LSAW

Bezšvíkové rúry

Výhody:

Žiadny zvarový šev eliminuje potenciálne slabé miesta a umožňuje vyšší tlak

Hladký vnútorný povrch znižuje trenie a turbulencie pre lepšie prietokové charakteristiky

Vynikajúca pevnosť, trvanlivosť a odolnosť voči ohybovým a nárazovým silám

Vynikajúca odolnosť proti korózii v dôsledku nedostatku zvarového švu

Dobre zvláda vysoké teploty a tlaky, vďaka čomu je ideálny pre kritické ropné a plynárenské, chemické a energetické aplikácie

nevýhody:

Drahšie ako zvárané rúry kvôli zložitému výrobnému procesu

Obmedzený rozsah veľkostí s problémami pri výrobe veľmi malých alebo veľmi veľkých priemerov

Väčšie dĺžky sú komplikované, takže možnosti veľkosti môžu byť obmedzenejšie ako pri zváraných rúrach

Hrubšie steny a vyššia hmotnosť ako pri zváraných rúrach

Rúry ERW

Výhody:

Nižšie náklady ako bezproblémové vďaka priamočiarejšiemu a automatizovanejšiemu procesu zvárania

K dispozícii v dlhších dĺžkach, pretože neexistujú žiadne obmedzenia veľkosti ako bezšvové

Tenšie steny a nižšia hmotnosť ako bezšvové pri zachovaní dobrej pevnosti

Hladké vnútorné a vonkajšie povrchy

Vhodné pre všeobecné aplikácie s nízkym až stredným tlakom-, ako sú verejné služby a stavebníctvo

nevýhody:

Zvarový šev je potenciálnym slabým miestom v porovnaní s bezšvovým, čo znižuje menovitý tlak

Zvar je náchylnejší na koróziu ako bezšvíkové telo

Na zabezpečenie integrity je potrebné rozsiahle testovanie zvarového švu

Nevhodné pre aplikácie s kritickým vysokým-tlakom, vysokou-teplotou alebo náročnými servisnými aplikáciami

LSAW potrubia

Výhody:

Zvláda vyššie tlaky a mechanické zaťaženie ako ERW vďaka ťažším stenám a viacnásobným prechodom zvaru

Flexibilita dimenzovania-bežná voľba pre rúry s veľkým priemerom nad 16"

Úzke tolerancie a dobrá kontrola rozmerov

Vhodné pre kritické aplikácie, ako sú diaľkové-prepravné vedenia ropy a plynu

nevýhody:

Je drahší ako ERW kvôli ťažším materiálom a špecializovanému procesu zvárania

Potenciál defektov zvaru, ak proces nie je primerane kontrolovaný, čo si vyžaduje dôslednú kontrolu a testovanie

Hrubé a ťažké steny zvyšujú náklady na materiál v porovnaní s ERW

Obmedzenia veľkosti a dĺžky vs ERW

Stručne povedané, bezšvíkové rúry poskytujú najvyššiu pevnosť, tlakovú kapacitu a odolnosť proti korózii, vďaka čomu sú ideálne pre náročné ropné a plynárenské, chemické a energetické aplikácie.

Kompromisy sú vyššie náklady a obmedzenejšie možnosti veľkosti.

ERW je cenovo -efektívna voľba pre všeobecné úžitkové a stavebné aplikácie, kde zvarový šev nie je hlavným problémom integrity.

Ponúka širokú škálu veľkostí a dlhých dĺžok.

LSAW je vysokotlakové{0}}varovanie pre veľké-priemerové-tlakové potrubia vyžadujúce najvyššiu kvalitu zvárania a kontrolu.

Viac{0}}prechodové zvary poskytujú pevnosť blížiacu sa bezproblémovej.

Kľúčom je výber správneho produktu na základe dôkladného hodnotenia aplikácie a tlaku, teploty, korozívnosti a kritickosti prostredia.

Výber ideálnych typov ocele pre ropné a plynové potrubia

Legovaná oceľ

Legované ocele obsahujú okrem železa a uhlíka legujúce prvky na zvýšenie pevnosti, húževnatosti, odolnosti proti korózii alebo vysokej{0}}teploty.

Nízkolegované ocele (obsah zliatiny menej ako 8 %) sa bežne používajú v ropnom a plynárenskom priemysle na:
 

Vŕtacie rúry a vŕtacie objímky

Puzdro a hadica

Ventily, ústia studní a vianočné stromčeky

Spojovacie prvky ako matice, skrutky a čapy

Legujúce prvky dodávajú vyššiu pevnosť, čo umožňuje použitie tenších stien, čo znižuje hmotnosť a náklady. Niektoré zliatiny tiež odolávajú praskaniu a korózii sírovodíkom (H2S).

Uhlíková oceľ

Uhlíkové ocele obsahujú hlavne železo a uhlík, len so zvyškovým množstvom ostatných prvkov.

Na základe obsahu uhlíka sú kategorizované ako nízko, stredne alebo vysoko uhlíkové. Uhlíkové ocele sa široko používajú v rope a plyne na:
 

Prietoky a potrubia

Skladovacie nádrže a tlakové nádoby

Konštrukčné komponenty, ako sú nosníky, dosky a rúrky

Nízkotlakové potrubné systémy

Uhlíkové ocele sú pevné, húževnaté a relatívne lacné.

Majú však slabú odolnosť proti korózii a sú náchylné na praskanie H2S v kyslom prostredí. Často sú potrebné inhibítory alebo nátery.

Nerezová oceľ

Nerezové ocele obsahujú minimálne 10,5 % chrómu, ktorý vytvára na povrchu ochrannú oxidovú vrstvu a poskytuje vynikajúcu odolnosť proti korózii.

Medzi triedy používané v rope a plyne patria:
 

Austenitické (séria 300): 304, 316, 317, 321, 347

Feritické: 405, 430

Martenzitické: 410, 420, 431

Duplex:2205, 2507 super duplex

Nerez sa používa na kritické komponenty vystavené morskej vode, produkovanej vode, CO2, chloridom a mierne kyslému prostrediu:
 

Podmorské vybavenie

Komponenty studne a vianočných stromčekov

Výmenníky tepla a tlakové nádoby

Potrubie, ventily a prístrojové vybavenie

Vysoká pevnosť duplexných tried umožňuje tenšie steny, zatiaľ čo super austenitické a super duplex poskytujú odolnosť voči agresívnym podmienkam.

Nehrdzavejúca oceľ má však vyššie počiatočné náklady ako uhlíková oceľ.
 

Zliatiny niklu

Zliatiny niklu obsahujú vysoké hladiny niklu a ďalších prvkov ako chróm a molybdén pre maximálnu odolnosť proti korózii, dokonca aj v horúcom, kyslom a vysoko kyslom prostredí. Bežné stupne zahŕňajú:
 

Nikel-meď:Monel 400, K-500

Nikel-chróm-železo: 825, 625, 718

Nikel-chróm-molybdén: C-276, 2550, 686

Nikel-železo-chróm:800, 800H, 800HT

Zliatiny niklu sa používajú v najnáročnejších aplikáciách, kde sú nehrdzavejúce ocele nedostatočné:
 

Studne a rozvody kyslého plynu

Podmorské rozvody a prepojky

Náradie na hĺbenie a poistné ventily

Nádoby a potrubia v rafinériách a plynárňach

Vynikajúca odolnosť proti korózii a stabilita pri vysokých teplotách sú podstatne drahšie ako nerezové ocele.

Zliatiny niklu sú vyhradené pre náročné prostredia, ktoré by rýchlo degradovali iné zliatiny.

Uhlíková oceľ je ekonomickou voľbou pre mnohé aplikácie v oblasti ropy a zemného plynu, zatiaľ čo legované ocele poskytujú v prípade potreby zvýšenú pevnosť a húževnatosť.

Nehrdzavejúce ocele odolávajú korózii vo vodnom prostredí, zatiaľ čo zliatiny niklu zvyšujú výkon v horúcich, kyslých a kyslých podmienkach.

Zloženie kvapaliny, teplota a tlak musia byť starostlivo vyhodnotené, aby sa vybrala optimálna zliatina pre dlhodobú-spoľahlivosť a bezpečnosť.

Pochopenie rozmerov a veľkostí bezšvíkových a zváraných rúr

Nominálna veľkosť potrubia (NPS)

Veľkosť potrubia je zvyčajne špecifikovaná nominálnou veľkosťou potrubia (NPS), čo je bezrozmerné označenie. Pre veľkosti 1/8 až 12 palcov NPS zodpovedá približnému vnútornému priemeru potrubia (ID) v palcoch s použitím bežných zlomkov. Napríklad potrubie NPS 2 má ID približne 2,1 palca.

Pre veľkosti 14 palcov a vyššie je NPS približný vonkajší priemer (OD) v palcoch. Takže potrubie NPS 20 má vonkajší priemer asi 20 palcov.

Je dôležité poznamenať, že presné OD a ID sa budú líšiť v závislosti od špecifikovanej hrúbky steny.

Hrúbka steny

Hrúbka steny určuje menovitý tlak a hmotnosť potrubia. Zvyčajne je špecifikovaná číslom plánu (Sch) alebo skutočnou hrúbkou v palcoch alebo milimetroch.

Štandardné čísla plánu sú 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 a 160. Čím vyššie číslo, tým hrubšia stena. Napríklad rúra NPS 6 Sch 40 má hrúbku steny 0,280", zatiaľ čo rúra NPS 6 Sch 80 má hrúbku steny 0,432".

Pre daný NPS budú mať potrubia s rôznymi plánmi rovnaké OD, ale rôzne ID. OD zostáva konštantná a ID sa znižuje, keď sa stena zhrubne.

Príslušné normy ASME

ASME (American Society of Mechanical Engineers) publikuje niekoľko noriem, ktoré pokrývajú rozmery rúr vyrobených z rôznych materiálov:
 

ASME B36.10:Zváraná a bezšvíková uhlíková oceľ a legovaná oceľ

ASME B36.19:Nehrdzavejúca oceľ

ASME B36.20:Kovový materiál pre všeobecné použitie

ASME B36.21:Nekovový materiál pre všeobecné použitie

Tieto normy poskytujú tabuľky rozmerov pre NPS 1/8 až 80, špecifikujúce OD, ID, hrúbku steny, hmotnosť na stopu a ďalšie kritické parametre pre každú kombináciu NPS a harmonogramu alebo hrúbky steny.

Normy zabezpečujú konzistentné rozmery medzi výrobcami, hoci sú povolené určité odchýlky v rámci špecifikovaných tolerancií.

Odvolávanie sa na príslušnú normu pri špecifikácii alebo objednávaní potrubia je kľúčové, aby sa zabezpečilo, že rozmery budú spĺňať aplikačné požiadavky, predpisy pre potrubia a predpisy.

Bezšvíkové a zvárané dĺžky rúr a koncové úpravy

Dĺžky potrubia

Oceľové rúry sú bežne dostupné v troch variantoch dĺžky:
 

Jednotlivé náhodné dĺžky (SRL)sú najbežnejšou a najhospodárnejšou možnosťou. Presné dĺžky sa budú líšiť, ale zvyčajne sú dlhé 16 až 24 stôp. Mlyn optimalizuje dĺžky, aby sa minimalizoval odpad počas výroby.

Dvojité náhodné dĺžky (DRL):Sú dvakrát dlhšie ako jeden náhodný, v rozmedzí od 32 do 48 stôp. Sú menej bežné a môžu mať obmedzenú dostupnosť, ale môžu znížiť potrebné pripojenia v dlhom potrubí.

Špecifické dĺžky rezu:Rúry je možné objednať na špecifické dĺžky podľa požiadaviek zákazníka. To je drahšie, pretože to môže vytvárať viac odpadu pre mlyn a vyžadovať dodatočné nastavenie a manipuláciu. Dĺžky rezu sú zvyčajne špecifikované len vtedy, keď je presná dĺžka kritická, ako napríklad pri výrobe cievok alebo pri inštalácii na mori, kde musia spoje presne pasovať.

Dostupné dĺžky sa môžu líšiť aj v závislosti od veľkosti a hrúbky steny rúry. Väčšie priemery a ťažšie steny sú náročnejšie na manipuláciu a prepravu, takže môžu byť obmedzené na kratšie dĺžky.

Koniec Dokončí

Konce rúry môžu byť dokončené niekoľkými spôsobmi v závislosti od toho, ako budú spojené:
 

Obyčajný koniec (PE):Konce sú orezané do štvorca a ponechané nedokončené. Toto je najzákladnejšia možnosť vhodná pre zváranie alebo mechanické spojky.

Skosený koniec (BE):Konce sú rezané pod uhlom, zvyčajne 30 stupňov alebo 37,5 stupňa, aby sa vytvorila V-drážka na zváranie. Úkos umožňuje úplné preniknutie zvarového kovu do spoja. Najbežnejšou voľbou pre zvárané konštrukcie sú skosené konce.

Závitový koniec (TE):Konce sú vybavené vonkajším závitom (samec) alebo vnútorným závitom (samica), aby sa umožnilo zoskrutkovanie rúrok. Závitové spoje sa bežne používajú pre nízkotlakové-aplikácie, ako sú vodovodné alebo vzduchové vedenia a dočasné alebo prenosné inštalácie. Závity môžu byť kónické (NPT) alebo rovné (BSPP alebo BSPT).

Závitové a spojené (T&C):Jeden koniec má vonkajší závit a naň je naskrutkovaná spojka (objímka). Druhý koniec spojky je s vnútorným závitom na prijatie ďalšej rúry. To umožňuje rýchlu montáž a demontáž v teréne.

Drážkovaný koniec:Okolo obvodu rúrky v blízkosti konca je vyrezaná drážka, aby sa do nej vložila mechanická spojka. Drážkované spojky umožňujú rýchlu inštaláciu a určitú flexibilitu v spoji, aby sa prispôsobili tepelnej expanzii alebo kontrakcii.