Безшовні сталеві труби: повний галузевий посібник із виробництва, стандартів і вибору

Безшовні сталеві труби є одним із основоположних матеріалів сучасної промислової інфраструктури, але спосіб їх виготовлення, випробувань і специфікацій часто погано розуміється за межами металургійних і труботехнічних кіл. У цьому посібнику описано, як насправді виготовляють безшовні труби, чим вони принципово відрізняються від зварних труб, як основні міжнародні стандарти пов’язані один з одним і які чинники справді обумовлюють вибір труб у таких галузях, як нафтогаз, виробництво електроенергії та промислова переробка.

Визначальна характеристика безшовної труби проста: вона складається з єдиної суцільної сталевої заготовки, яку нагрівають і проколюють через її центр, щоб створити порожнисту трубу, без зварного з’єднання ніде по її довжині чи окружності. Це відрізняється від зварних труб (ВПВ, LSAW, абоSSAW), який формується шляхом прокатки плоскої сталевої пластини або рулону до циліндричної форми з подальшим зварюванням шва.

Ця єдина структурна різниця - наявність або відсутність зварного шва - має величезні наслідки для роботи двох типів труб під навантаженням. Зварювальний шов, незалежно від того, наскільки добре він виконаний, створює зону іншої мікроструктури, потенційного залишкового напруження та статистично більшу ймовірність дефектів порівняно з навколишнім основним металом. Безшовна труба, яка не має такого шва, демонструє більш однорідні механічні властивості в усіх напрямках по всьому колу - властивість, яку інженери називають ізотропною міцністю. Саме тому безшовна конструкція стає вибором за замовчуванням із зростанням тиску, температури чи безпеки-.

Розуміння виробничого процесу корисне не як дрібниці, а тому, що воно прямо пояснює, чому виникають певні розміри, допуски та типи дефектів - інформація, яка має значення під час оцінки постачальника або усунення проблеми з якістю. Сорти, вироблені за цим маршрутом -, такі як наші гарячекатані безшовні труби -, успадковують постійність розмірів і механічні властивості безпосередньо від того, наскільки добре контролюється кожна з цих стадій.

1. Підготовка та нагрівання заготовки.Круглі сталеві заготовки, як правило, безперервного-лиття, розрізають по довжині та нагрівають у печі з обертовим подом до температури прошивки зазвичай від 1150 градусів до 1280 градусів залежно від марки сталі. Рівномірне нагрівання є критичним; нерівномірний розподіл температури призводить до непослідовного проколювання та зміни товщини стінки внизу.

2. Пірсинг (процес Маннесмана).Нагріта заготовка подається в прошивний стан, де два нахилені під кутом валки обертають заготовку, а фіксована точка прошиву проходить через центр, використовуючи явище, яке називається ефектом Маннесмана - тенденція обертового стержня під цією специфічною структурою напруги розвивати внутрішню кавітацію вздовж своєї осі. Це створює товстостінну-порожнисту оболонку, яка називається «маточною трубкою».

3. Подовження та зменшення стінки.Потім материнську трубу подовжують, а товщину її стінки зменшують до кінцевих розмірів, використовуючи один із кількох типів фрез: пробкова фреза, фреза на оправці (безперервна або з утримуванням) або фреза Асселя для високо-точного застосування. Вибір типу млина впливає на досяжні допуски та є однією з причин, чому не всі «безшовні труби» з різних млинів мають ідентичні розміри, навіть для однакового номінального розміру.

4. Зменшення розміру та розтягування.Калібрувальний стан (і, для багатьох діапазонів розмірів, розтягувальний стан) доводить трубу до кінцевого зовнішнього діаметра та покращує рівномірність товщини стінки. Ця стадія також впливає на остаточні механічні властивості труби, оскільки процес відновлення-дещо зміцнює сталь.

5. Охолодження, термічна обробка та обробка.Труби охолоджуються - зазвичай на рухомій-охолоджувальній платформі -, а потім випрямляються. Залежно від специфікації та сорту, вони можуть піддаватися нормалізації, гарту та відпуску або-відпалу для зняття напруги для досягнення необхідного поєднання міцності, пластичності та зернистої структури. Нарешті, труби розрізаються на потрібну довжину, а кінці скошені, мають різьбу або залишаються гладкими відповідно до вимог замовлення.

6. Перевірка та випробування.Перед випуском труба зазвичай проходить перевірку розмірів, ультразвукове випробування (UT) на товщину стінки та внутрішні дефекти, а також або гідростатичне випробування, або затверджене не-руйнівне електромагнітне випробування, а також руйнівне механічне випробування (на розтяг, текучість, подовження та іноді випробування на удар за Шарпі) на секціях зразка з кожної нагрівання або партії.

Однією з найпоширеніших помилок при виборі постачальників є трактування труб як товару, що визначається в основному зовнішнім діаметром і товщиною стінки. На практиці керівний стандарт визначає хімічні межі, мінімуми механічних властивостей, допустимі виробничі процеси та необхідні випробування -, що означає, що дві труби з однаковими розмірами можуть бути принципово різними продуктами залежно від того, за яким стандартом вони сертифіковані.

• ASTM A106 / A53регулюють загальні й-високотемпературні труби з вуглецевої сталі, поширені в технологічних і комунальних трубопроводах Північної Америки. Щоб отримати детальну інформацію про хімічний склад і властивості найпоширенішого сорту, перегляньте наш посібник з безшовних сталевих труб A106 класу B.
• API 5Lрегулює магістральні труби для транспортування нафти, газу та води, з рівнями специфікацій продуктів PSL1 і PSL2, які містять суттєво різні вимоги до міцності та випробувань - детальніше описано в нашому посібнику з безшовних сталевих труб для нафти та газу.
• API 5CTрегулює обсадні та трубні труби нафтових родовищ, що є абсолютно іншою категорією застосування, ніж трубопроводи, незважаючи на перекриття розмірів.
• ASTM A335і аналогічні стандарти легованої сталі регулюють труби, призначені для роботи при підвищених-температурах, із використанням хром-молібденових сплавів (P11, P22, P91), де опір повзучості - не лише міцність на розрив - є керівним міркуванням конструкції.
• Стандарти EN і DIN(EN 10216, DIN 2391 тощо) застосовуються на європейських-ринках і мають власну номенклатуру класів і правила випробувань, які не співставляються один--з еквівалентами ASTM/API.

 

ASTM A106 БЕЗШОВНА ТРУБА ГАРЯЧОГО ОБРОБЛЕННЯ

 

БЕЗШОВНА ТРУБА API5L

 

DIN 1629 ST 52 Сталева безшовна труба

 

EN 10216 СТАЛЕВІ ТРУБИ ДЛЯ ТИСКУ

Труба, яка відповідає вимогам щодо розмірів, але була виготовлена ​​або випробувана відповідно до неправильного стандарту для застосування, не є сумісною заміною, незалежно від того, наскільки схожою вона відображається в технічних характеристиках. Це повторювана плутанина під час-закордонних закупівель, де заяву постачальника про «еквівалентний клас» завжди слід незалежно перевіряти на відповідність таблицям хімії та механічних властивостей фактичного стандарту, а не приймати за номінальну вартість.

Постійне непорозуміння в трубопровідній галузі полягає в тому, що потужність під тиском є ​​фіксованим атрибутом даного розміру труби. Це не так. Номінальний тиск є результатом інженерного розрахунку -, який зазвичай виражається через формулу Барлоу (P=2St/D) -, яка враховує товщину стінки, межу текучості матеріалу, зовнішній діаметр і коефіцієнт надійності конструкції, встановлений керівним кодом (наприклад, ASME B31.3 для технологічних трубопроводів або B31.8 для транспортування газу). Цей розрахунок і можливі-компроміси детально досліджуються в нашому посібнику з вибору безшовних труб високого тиску.

Це означає, що один і той самий номінальний розмір труби може витримувати різко різні показники тиску залежно від товщини стінки (схема) і марки матеріалу. Це також означає, що перехід до вищої-марки сталі автоматично не є «кращим» вибором: вищі-марки міцності дозволяють отримувати тонші стінки для того самого номінального тиску, що зменшує вагу та вартість матеріалу, але також може спричинити ускладнення в обробці, зварюваності та виготовленні, яких уникне нижчий клас із товстішою стінкою. Професійний вибір труб зважує ці компроміси-з виробничими можливостями конкретного проекту та умовами експлуатації, а не за замовчуванням до найвищого доступного класу.

Оскільки дефекти труби часто непомітні ззовні, документація та ланцюжок тестування важливі не менше, ніж фізичний продукт. Кілька моментів заслуговують на особливу увагу покупців:

Сертифікати прокатних випробувань (MTC)видані відповідно до EN 10204, бувають різних типів. Сертифікат 3.1 підтверджено власним відділом якості виробника; сертифікат 3.2 вимагає підтвердження незалежним інспектором або уповноваженим представником покупця, який є свідком фактичного тестування. Для не-критичних програм часто достатньо 3.1; для додатків із критичним тиском або безпеки багато специфікацій проекту вимагають 3.2, і це має бути організовано до або під час виробництва, а не після факту.

Позитивна ідентифікація матеріалу (PMI)заслуговує окремої згадки щодо закупівлі легованої сталі. Такі сорти, як P11, P22 і P91, візуально та за розмірами не відрізняються від вуглецевої сталі чи одна від одної, але мають дуже різні високо{4}}температурні характеристики. Змішування-між цими класами спричинило реальні,-задокументовані промислові збої. Тестування PMI, яке зазвичай виконується за допомогою портативного рентгенівського флуоресцентного (XRF) аналізатора, перевіряє фактичний склад відповідно до сертифікату та має вважатися стандартною практикою -, а не додатковим доповненням-до - будь-якого замовлення зі сплаву сталі, що підтримує критичні послуги.

Відстеження тепла та партіїдозволяє відстежити будь-який сегмент труби до початкового нагріву сталі, пов’язуючи його з конкретним хімічним складом і результатами механічних випробувань для цієї виробничої партії. Для проектів, що регулюються регуляторним наглядом (трубопроводи, резервуари під тиском, ядерні -прилеглі об’єкти), повна відстежуваність від теплового числа до остаточно встановленої труби часто є договірною та нормативною вимогою, а не просто найкращою практикою.

Нині кілька структурних тенденцій формують моделі попиту та вимоги до специфікацій у галузі безшовних труб:

Глибоководна і нетрадиційна розробка нафти і газупродовжує підштовхувати попит до вищого-класу, кислих-експлуатаційних-трубопроводів і обсадних труб, оскільки свердловини заглиблюються та стикаються з більш корозійними умовами пластів-з вищим{3}}тиском, ніж десять років тому. Це підвищило відносну важливість відповідності стандарту NACE MR0175/ISO 15156 у прийнятті рішень про джерела.

Переходи з виробництва електроенергії, включно з модернізацією та подовженням терміну служби-існуючих теплових установок разом із новими-проектами будівництва, продовжувати підтримувати попит на леговані сталі, такі як P91 і P22, навіть у той час, як змінюється ширший баланс енергоресурсів -, тому що існуюча високотемпературна-парова інфраструктура залишається в експлуатації протягом десятиліть і потребує-для-подібних або розроблений-еквівалентний замінний матеріал.

Більш суворі очікування щодо якості від підрядників і регуляторних органівзробили перевірку третьою стороною, PMI та повні пакети документації все більш стандартними, а не винятковими, особливо для проектів у юрисдикціях із суворішими правилами щодо обладнання, що працює під тиском.

Конвергенція та дивергенція регіональних стандартів- у той час як стандарти ASTM і API залишаються домінуючими на ринках Північної Америки та багатьох Близького Сходу та Азії, стандарти EN паралельно домінують у Європі, і покупцям дедалі більше потрібні постачальники, здатні сертифікувати кілька сімей стандартів для тієї самої фізичної лінійки продуктів, а не використовувати єдину стандартну структуру за замовчуванням.

Вибір безшовної сталевої труби – це, зрештою, інженерне рішення, замасковане під завдання закупівлі. Правильний вибір залежить від чіткої-оцінки робочого тиску, температури, потенціалу корозії, відповідного коду конструкції та вимог до виготовлення -, а не від вибору найбільшої товщини стінки чи найвищого-класу міцності. Покупці, які розуміють виробничий процес, суттєві відмінності між стандартами, що збігаються, і кроки перевірки, які відокремлюють справжню відповідність від документальної відповідності, мають набагато кращі можливості для правильного вказівки з першого разу, уникаючи дорогої переробки, затримок проекту або - в гіршому випадку - через-збої в обслуговуванні, які є результатом поводження з безшовними трубами як із взаємозамінним товаром а не розроблений продукт.

Зв'язатися зараз