Țevile de oțel sunt coloana vertebrală a industriei de petrol și gaze și sunt utilizate în fiecare etapă, de la extracție la procesare până la transport.
Selectarea tipului corect de țeavă este esențială pentru a asigura operațiuni sigure, eficiente și fiabile.
Thedouă categorii principale de țevi de oțel sunt fără sudură și sudate, fiecare cu caracteristici și aplicații unice.
În acest articol, vom oferi o comparație cuprinzătoare a țevilor fără sudură și sudate în contextul industriei de petrol și gaze.
Vom acoperi procesele de fabricație, proprietățile și avantajele esențiale ale fiecărui tip și cele mai comune aplicații.
Vom discuta, de asemenea, despre diferitele opțiuni de materiale, inclusiv oțel carbon, oțel aliat, oțel inoxidabil și aliaje de nichel și un ghid pentru selectarea calității corecte pentru diferite medii.
În cele din urmă, vom aprofunda în aspectele practice ale specificarii și comenzii țevilor, inclusiv standardele relevante, dimensiunile și finisajele finale.
Până la sfârșitul acestui articol, veți înțelege pe deplin diferențele dintre țevile fără sudură și țevile sudate și veți fi echipat pentru a lua decizii informate pentru proiectele dvs. de petrol și gaze.
Tipuri de conducte explicate
Industria petrolului și gazelor utilizează trei tipuri principale de țevi de oțel: fără sudură, ERW (Sudate cu rezistență electrică) și LSAW (Sudate cu arc submers longitudinal).
Țevi fără sudurăsunt realizate din țagle solide de oțel care sunt încălzite și împinse sau trase peste o formă pentru a crea un tub gol fără cusături sudate.
Acestea sunt utilizate în mod obișnuit pentru aplicații de înaltă-presiune în operațiuni din amonte, cum ar fi foraj și explorare, transportul fluidului în mijlocul fluxului, rafinarea în aval și servicii de utilități.
Conducte ERWsunt realizate folosind formarea-la rece, modelarea bobinelor de oțel în forme cilindrice, iar cusătura este sudată împreună cu un curent electric.
Cusătura de sudură se desfășoară pe lungimea țevii. Conductele ERW sunt rentabile pentru aplicații cu presiune joasă-și-medie-, cum ar fi transportul de apă, petrol și gaz.
țevi LSAWsunt realizate prin îndoirea și sudarea plăcilor de oțel pe lungime, cu cusătura rulând drept (cusătură longitudinală) sau în spirală.
Acestea sunt folosite pentru conducte cu diametru mare de-(16-60 de inchi) în aplicații critice, cum ar fi conductele de petrol și gaze pe distanțe lungi care traversează orașe sau sub apă.
Tabelul de mai jos rezumă diferențele cheie dintre aceste tipuri de țevi și aplicațiile lor tipice în industria petrolului și gazelor:
| Tip conductă | Fabricarea | Presiune nominală | Aplicații tipice |
|---|---|---|---|
| Fără sudură | Fără cusătură de sudură | Ridicat | În amonte, la mijloc, în aval |
| ERW | O cusătură dreaptă | Scăzut-mediu | Transport cu apă, petrol și gaze |
| LSAW | 1-2 cusături drepte sau în spirală | Scăzut-mediu | Transport cu apă, petrol și gaze |
Proces de fabricație pentru țevi fără sudură, ERW și LSAW
Producția de țevi fără sudură
Țevile fără sudură sunt realizate printr-un proces de lucru la cald fără sudură. Pașii principali sunt:
O țaglă rotundă solidă din oțel este încălzită într-un cuptor cu vatră rotativă la aproximativ 1204C/2200F.
Tagla roșie-fierbintă este apoi străpunsă prin centru folosind un punct de perforare pentru a crea un tub gol.
Tubul tubular trece printr-o moară cu dop, unde este introdus un dorn. Tubul este apoi rulat pentru a reduce grosimea peretelui și a crește lungimea.
Țeava este apoi trecută prin suporturi de dimensionare pentru a obține dimensiunile finale.
După răcire, conducta este îndreptată, tăiată la lungime, testată și expediată.
Țevile fără sudură pot fi trase în continuare la rece pentru a produce țevi cu diametre mai mici și pereți mai subțiri.
Producția de țevi ERW
Țevile ERW sunt realizate prin-formarea la rece a bobinei de oțel și prin sudarea cusăturii:
Bobina de oțel cu lățimea și ecartamentul corespunzătoare este selectată și încărcată pe un derulator.
Banda trece prin role, formând-o progresiv într-o formă rotundă.
Marginile longitudinale sunt încălzite prin trecerea unui curent de-înaltă frecvență între ele.
Rolele presează marginile împreună pentru a crea o sudură prin fuziune fără a adăuga metal de adaos.
Conducta sudata trece prin suporturi de dimensionare pentru a obtine diametrul final.
Conducta este tăiată la lungime, se formează capete (plane, teșite, filetate etc.), iar conducta este testată înainte de expediere.
Întregul proces ERW este continuu, conducta se deplasează cu o viteză constantă prin standurile de formare și sudură.
Producția de țevi LSAW
Țevile LSAW sunt realizate din tablă de oțel care este formată și sudată:
Sunt selectate plăci de oțel, iar marginile sunt frezate pentru a le pregăti pentru sudare.
Placa este pre-îndoită pe o presă frână pentru a începe să o formeze într-o formă rotundă.
Presa AU-formă placa într-o formă de U-, iar o presă O- închide U într-un tub.
Cusătura longitudinală este inițial sudată pe interior pentru a ține marginile împreună.
Țeava este apoi trecută prin stații automate de sudură care stabilesc mai multe treceri de suduri cu arc scufundat în interiorul și în exteriorul cusăturii.
Un expandor mecanic extinde ușor țeava sudată pentru a obține o formă rotundă adecvată.
Conducta este tăiată la lungime, teșită, testată hidrostatic și inspectată înainte de expediere.
Țevile LSAW sunt în general utilizate pentru diametre mai mari (16" și mai sus) și au pereți mai groși decât țevile ERW.
Avantaje și dezavantaje ale țevilor fără sudură, ERW și LSAW
Țevi fără sudură
Pro:
Nicio cusătură de sudură elimină potențialele puncte slabe și permite niveluri de presiune mai ridicate
O suprafață interioară netedă reduce frecarea și turbulențele pentru caracteristici de curgere mai bune
Rezistență superioară, durabilitate și rezistență la forțele de îndoire și impact
Rezistență excelentă la coroziune datorită lipsei cordonului de sudură
Se descurcă bine la temperaturi și presiuni ridicate, făcându-l ideal pentru aplicații critice de petrol și gaze, chimice și energie
Contra:
Mai scump decât țevile sudate datorită procesului de fabricație complex
Gamă limitată de dimensiuni, cu provocări care produc diametre foarte mici sau foarte mari
Lungimile mai mari sunt complicate, astfel încât opțiunile de dimensiune pot fi mai limitate decât țevile sudate
Pereți mai groși și greutate mai mare decât țevile sudate
Țevi ERW
Pro:
Cost mai mic decât fără sudură datorită unui proces de sudare mai simplu și mai automatizat
Disponibil în lungimi mai lungi, deoarece nu există restricții de dimensionare, cum ar fi fără sudură
Pereți mai subțiri și greutate mai mică decât fără sudură, păstrând totuși o rezistență bună
Suprafețe interioare și exterioare netede
Potrivit pentru aplicații generale cu presiune scăzută până la moderată-cum ar fi utilitatea și construcțiile
Contra:
Cusătura de sudură este un potențial punct slab față de fără sudură, care scădea cotele de presiune
Sudura este mai susceptibilă la coroziune decât corpul fără sudură
Este necesară testarea extensivă a cordonului de sudură pentru a asigura integritatea
Nu este potrivit pentru aplicații critice de-presiune înaltă, temperatură-înaltă sau de service severe
Țevi LSAW
Pro:
Suportă presiuni mai mari și sarcini mecanice decât ERW datorită pereților mai grei și a mai multor treceri de sudură
Flexibilitatea dimensionării-o alegere comună pentru țevile cu diametru mare peste 16"
Toleranțe strânse și control dimensional bun
Potrivit pentru aplicații critice, cum ar fi liniile de transport de petrol și gaze pe distanțe lungi-
Contra:
Este mai scump decât ERW din cauza materialelor mai grele și a procesului de sudare specializat
Potențial de defecte de sudură dacă procesul nu este controlat în mod adecvat, care necesită inspecție și testare riguroasă
Pereții groși și grei cresc costurile materiale față de ERW
Limitări de dimensiune și lungime față de ERW
Pe scurt, țevile fără sudură oferă cea mai mare rezistență, capacitate de presiune și rezistență la coroziune, făcându-le ideale pentru aplicații solicitante de petrol și gaze, chimice și centrale electrice.
Compensațiile sunt costuri mai mari și opțiuni de dimensiune mai limitate.
ERW este o alegere-eficientă din punct de vedere al costurilor pentru aplicații generale de utilități și construcții în care cordonul de sudură nu reprezintă o problemă majoră de integritate.
Oferă o gamă largă de dimensiuni și lungimi lungi.
LSAW este o opțiune de sudură pentru sarcini grele-pentru conducte de-diametru mare, de înaltă-presiune, care necesită cea mai mare calitate a sudării și inspecție.
Sudurile cu mai multe-passări asigură o rezistență care se apropie fără sudură.
Cheia este selectarea produsului potrivit pe baza unei evaluări aprofundate a aplicației și a presiunii, temperaturii, corozivității și criticității mediului înconjurător.
Alegerea tipurilor ideale de oțel pentru țevile de petrol și gaz
Oțel aliat
Oțelurile aliate conțin elemente de aliere dincolo de fier și carbon pentru a spori rezistența, tenacitatea, rezistența la coroziune sau performanța la temperatură înaltă-.
Oțelurile slab aliate (mai puțin de 8% conținut de aliaj) sunt utilizate în mod obișnuit în industria petrolului și gazelor pentru:
Țevi de foraj și gulere de foraj
Carcasa si tubulatura
Supape, puțuri și pomi de Crăciun
Elemente de fixare precum piulițe, șuruburi și știfturi
Elementele de aliere conferă rezistență mai mare, permițând folosirea pereților mai subțiri, ceea ce reduce greutatea și costul. Unele aliaje rezistă, de asemenea, la fisurarea și coroziunea cu hidrogen sulfurat (H2S).
Oțel carbon
Oțelurile carbon conțin în principal fier și carbon, cu doar cantități reziduale de alte elemente.
Ele sunt clasificate ca carbon scăzut, mediu sau ridicat în funcție de conținutul de carbon. Oțelurile carbon sunt utilizate pe scară largă în petrol și gaze pentru:
Conducte de curgere și conducte
Rezervoare de stocare și recipiente sub presiune
Componente structurale precum grinzi, plăci și tubulare
Sisteme de-conducte de joasă presiune
Oțelurile carbon sunt puternice, dure și relativ ieftine.
Cu toate acestea, au o rezistență slabă la coroziune și sunt susceptibile la fisurarea H2S în timpul serviciului acru. Sunt adesea necesari inhibitori sau acoperiri.
Oţel inoxidabil
Oțelurile inoxidabile conțin cel puțin 10,5% crom, care formează un strat protector de oxid pe suprafață, oferind o rezistență excelentă la coroziune.
Calitățile utilizate în petrol și gaze includ:
Austenitic (seria 300): 304, 316, 317, 321, 347
feritic: 405, 430
martensitic: 410, 420, 431
Duplex:2205, 2507 super duplex
Inoxidabilul este utilizat pentru componentele critice expuse la apa de mare, apa produsă, CO2, cloruri și medii ușor acidulate:
Echipamente submarine
Cap de puț și componente pentru pomul de Crăciun
Schimbătoare de căldură și recipiente sub presiune
Conducte, supape și instrumente
Rezistența ridicată a gradelor duplex permite pereți mai subțiri, în timp ce super austenitic și super duplex oferă rezistență la condiții agresive.
Cu toate acestea, inoxidabilul are un cost inițial mai mare decât oțelul carbon.
Aliaje de nichel
Aliajele de nichel conțin niveluri ridicate de nichel și alte elemente precum crom și molibden pentru o rezistență maximă la coroziune, chiar și în medii fierbinți, acide și foarte acidulate. Notele comune includ:
Nichel-cupru:Monel 400, K-500
Fier-crom-: 825, 625, 718
Nichel-crom-molibden: C-276, 2550, 686
Nichel-fier-crom:800, 800H, 800HT
Aliajele de nichel sunt utilizate pentru cele mai solicitante aplicații în care oțelurile inoxidabile sunt inadecvate:
Puțuri și conducte de gaz acru
Distribuitoare submarine și jumperi
Scule de fund și supape de siguranță
Vase și conducte în rafinării și fabrici de gaze
Rezistența excelentă la coroziune și stabilitatea la temperaturi ridicate au un cost semnificativ mai mare decât oțelul inoxidabil.
Aliajele de nichel sunt rezervate pentru medii severe care ar degrada rapid alte aliaje.
Oțelul carbon este o alegere economică pentru multe aplicații de petrol și gaze, în timp ce oțelurile aliate oferă rezistență și duritate sporite atunci când este necesar.
Oțelurile inoxidabile rezistă la coroziune în medii apoase, în timp ce aliajele de nichel extind performanța în condiții fierbinți, acide și acidulate.
Compoziția fluidului, temperatura și presiunea trebuie evaluate cu atenție pentru a selecta aliajul optim pentru fiabilitatea și siguranța{0}}pe termen lung.
Înțelegerea dimensiunilor și dimensiunilor țevilor fără sudură și sudate
Dimensiunea nominală a conductei (NPS)
Dimensiunea țevii este de obicei specificată de dimensiunea nominală a țevii (NPS), care este un indicator fără dimensiuni. Pentru dimensiuni de 1/8 până la 12 inchi, NPS corespunde diametrului interior (ID) aproximativ al țevii în inci, folosind fracții comune. De exemplu, o conductă NPS 2 are un ID de aproximativ 2,1 inchi.
Pentru dimensiuni de 14 inchi și mai sus, NPS este diametrul exterior aproximativ (OD) în inci. Deci, o țeavă NPS 20 are un diametru exterior de aproximativ 20 de inci.
Este important de reținut că OD și ID exacte vor varia în funcție de grosimea peretelui specificată.
Grosimea peretelui
Grosimea peretelui determină presiunea nominală și greutatea țevii. De obicei, este specificat de numărul programului (Sch) sau de grosimea reală în inci sau milimetri.
Numerele standard de program sunt 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 și 160. Cu cât numărul este mai mare, cu atât peretele este mai gros. De exemplu, o țeavă NPS 6 Sch 40 are o grosime a peretelui de 0,280", în timp ce o țeavă NPS 6 Sch 80 are o grosime a peretelui de 0,432".
Pentru un anumit NPS, conductele cu programe diferite vor avea același OD, dar ID-uri diferite. OD rămâne constantă, iar ID-ul scade pe măsură ce peretele se îngroașă.
Standardele ASME relevante
ASME (Societatea Americană a Inginerilor Mecanici) publică mai multe standarde care acoperă dimensiunile țevilor din diverse materiale:
ASME B36.10:Oțel carbon sudat și fără sudură și oțel aliat
ASME B36.19:Oţel inoxidabil
ASME B36.20:Material metalic pentru aplicații generale
ASME B36.21:Material nemetalic pentru aplicații generale
Aceste standarde oferă tabele de dimensiuni pentru NPS 1/8 până la 80, specificând OD, ID, grosimea peretelui, greutatea pe picior și alți parametri critici pentru fiecare combinație de NPS și program sau grosimea peretelui.
Standardele asigură dimensiuni consistente între producători, deși sunt permise unele variații în limitele toleranțelor specificate.
Referirea la standardul relevant atunci când specificați sau comandați țevi este crucială pentru a vă asigura că dimensiunile respectă cerințele aplicației, codul de țevi și reglementările.
Lungimi și finisaje ale țevilor fără sudură și sudate
Lungimile conductelor
Țevile de oțel sunt disponibile în mod obișnuit în trei opțiuni de lungime:
Lungimi aleatorii unice (SRL)sunt cea mai comună și economică opțiune. Lungimile exacte vor varia, dar sunt de obicei de 16 până la 24 de picioare lungime. Moara optimizează lungimile pentru a minimiza deșeurile în timpul producției.
Lungimi aleatorii duble (DRL):Acestea sunt de două ori mai lungi decât aleatorii, variind de la 32 la 48 de picioare. Sunt mai puțin frecvente și pot avea o disponibilitate limitată, dar pot reduce conexiunile necesare într-o conductă lungă.
Lungimi de tăiere specifice:Țevile pot fi comandate la lungimi specifice, în funcție de cerințele clientului. Acest lucru este mai costisitor, deoarece poate crea mai multe resturi pentru moara și poate necesita configurare și manipulare suplimentară. Lungimile tăiate sunt de obicei specificate numai atunci când lungimea exactă este critică, cum ar fi pentru fabricarea bobinelor sau instalațiile offshore unde îmbinările trebuie să se potrivească cu precizie.
Lungimile disponibile pot varia, de asemenea, în funcție de dimensiunea și grosimea peretelui conductei. Diametrele mai mari și pereții mai grei sunt mai dificil de manipulat și transportat, astfel încât acestea pot fi limitate la lungimi mai scurte.
Finisaje de sfârșit
Capetele țevii pot fi finisate în mai multe moduri, în funcție de modul în care va fi îmbinată:
Capăt simplu (PE):Capetele sunt tăiate pătrat și lăsate neterminate. Aceasta este cea mai de bază opțiune potrivită pentru sudură sau cuplaje mecanice.
Capăt teșit (BE):Capetele sunt tăiate la un unghi, de obicei 30 de grade sau 37,5 grade, pentru a crea o canelură V-pentru sudare. Teșirea permite pătrunderea completă a metalului sudat în îmbinare. Capetele teșite sunt cea mai comună alegere pentru construcțiile sudate.
Capăt filetat (TE):Capetele sunt filetate fie exterior (tată), fie interior (femă), pentru a permite înșurubarea țevilor. Conexiunile filetate sunt utilizate în mod obișnuit pentru aplicații de joasă presiune-cum ar fi conductele de apă sau aer și instalații temporare sau portabile. Filetele pot fi conice (NPT) sau drepte (BSPP sau BSPT).
Filetat și cuplat (T&C):Un capăt este filetat exterior și un cuplaj (manșon) este înșurubat pe el. Celălalt capăt al cuplajului este filetat intern pentru a accepta următoarea țeavă. Acest lucru permite asamblarea și dezasamblarea rapidă pe teren.
Capăt canelat:O canelură este tăiată în jurul circumferinței țevii aproape de capăt pentru a accepta un cuplaj mecanic. Cuplajele cu caneluri permit o instalare rapidă și o oarecare flexibilitate în îmbinare pentru a se adapta la dilatarea sau contracția termică.
