Безшовні проти зварних труб: вичерпний посібник для нафтової та газової промисловості

Сталеві труби є основою нафтогазової промисловості, і вони використовуються на всіх етапах, від видобутку до обробки та транспортування.

Вибір правильного типу труби має вирішальне значення для забезпечення безпечної, ефективної та надійної роботи.

Theдві основні категорії сталевих труб - безшовні і зварні, кожна з яких має унікальні характеристики та застосування.

У цій статті ми надамо комплексне порівняння безшовних і зварних труб в контексті нафтогазової галузі.

Ми розглянемо виробничі процеси, основні властивості та переваги кожного типу, а також найпоширеніші застосування.

Ми також обговоримо різні варіанти матеріалів, зокрема вуглецеву сталь, леговану сталь, нержавіючу сталь і нікелеві сплави, а також поради щодо вибору правильної марки для різних середовищ.

Нарешті, ми заглибимося в практичні аспекти специфікації та замовлення труб, включаючи відповідні стандарти, розміри та торцеву обробку.

Наприкінці цієї статті ви добре зрозумієте відмінності між безшовними та зварними трубами та зможете приймати обґрунтовані рішення для своїх нафтогазових проектів.

Пояснення типів труб

У нафтовій і газовій промисловості використовуються три основних типи сталевих труб: безшовні, ERW (зварні зварюванням опором) і LSAW (поздовжнє дугове зварювання під флюсом).
 

Безшовні трубивиготовляються із суцільних сталевих заготовок, які нагріваються та проштовхуються або витягуються через форму для створення порожнистої труби без будь-яких зварних швів.

Вони зазвичай використовуються для-застосувань під високим тиском у розвідці, як-от буріння та розвідка, передача рідини, переробка нафтопродуктів і комунальні послуги.

труби ERWвиготовляються за допомогою холодного-формування, формування циліндричних рулонів із сталі, а шов зварюється за допомогою електричного струму.

Зварний шов проходить по довжині труби. Труби ERW є-рентабельними для застосувань із низьким-–-середнім-тиском, як-от транспортування води, нафти та газу.

Труби LSAWвиготовляються згинанням і зварюванням сталевих пластин по довжині, шов прямий (поздовжній шов) або по спіралі.

Вони використовуються для труб великого-діаметра (16-60 дюймів) у критично важливих сферах застосування, наприклад, нафто- та газопроводи великої відстані, що проходять через міста або під водою.

У наведеній нижче таблиці підсумовано ключові відмінності між цими типами труб і їх типовим застосуванням у нафтовій і газовій промисловості:
 

Процес виробництва безшовних труб, труб ERW і LSAW

Виробництво безшовних труб

Безшовні труби виготовляються методом гарячої обробки без зварювання. Основні кроки:
 

Суцільна кругла сталева заготовка нагрівається в печі з обертовим подом приблизно до 1204C/2200F.

Потім розпечену заготовку проколюють у центрі за допомогою проколювача, щоб створити порожнисту трубу.

Порожниста труба проходить через пробковий млин, куди вставляється оправка. Потім трубу прокочують, щоб зменшити товщину стінки та збільшити довжину.

Потім трубу пропускають через калібрувальні стенди для отримання остаточних розмірів.

Після охолодження трубу виправляють, розрізають на потрібну довжину, перевіряють і відправляють.

Безшовні труби можна додатково холоднотягнути для отримання труб меншого діаметру та тонших стінок.

Виробництво труб ERW

Труби ERW виготовляються шляхом-холодного формування сталевих рулонів і зварювання шва:
 

Сталевий рулон відповідної ширини та калібру вибирається та завантажується на розмотувач.

Смуга проходить через ролики, поступово формуючи її в круглу форму.

Поздовжні краї нагріваються, пропускаючи -струм високої частоти між ними.

Валки притискають краї один до одного, щоб створити зварний шов без додавання присадного металу.

Зварена труба проходить через калібрувальні стенди для досягнення остаточного діаметру.

Труба нарізається на необхідну довжину, кінці формуються (звичайні, скошені, різьбові тощо), і труба перевіряється перед транспортуванням.

Весь процес ERW є безперервним, коли труба рухається з постійною швидкістю через формувальні та зварювальні кліті.

Виробництво труб LSAW

Труби LSAW виготовляються із сталевого листа, який формується та зварюється:
 

Відбираються сталеві пластини, а кромки фрезеруються для підготовки їх до зварювання.

Пластину попередньо-згинають на гальмовому пресі, щоб почати формувати її в круглу форму.

AU-press формує пластину в U-форму, а O-press закриває U в трубку.

Поздовжній шов спочатку прихваткою з внутрішньої сторони, щоб утримувати краї разом.

Потім труба пропускається через автоматичні зварювальні станції, які виконують кілька проходів дугового зварювання під флюсом всередині та зовні шва.

Механічний розширювач злегка розширює зварену трубу для досягнення правильної круглої форми.

Труба розрізається на необхідну довжину, робиться фаска, випробовується гідростатично та перевіряється перед транспортуванням.

Труби LSAW зазвичай використовуються для більших діаметрів (16" і більше) і мають товщі стінки, ніж труби ERW.

Плюси і мінуси безшовних труб, труб ERW і LSAW

Безшовні труби

Плюси:

Відсутність зварювального шва усуває потенційні слабкі місця та забезпечує більш високий рівень тиску

Гладка внутрішня поверхня зменшує тертя та турбулентність для кращих характеристик потоку

Висока міцність, довговічність і стійкість до згинання і ударів

Чудова стійкість до корозії завдяки відсутності зварного шва

Добре витримує високі температури та тиск, що робить його ідеальним для критичних нафтогазових, хімічних та енергетичних застосувань

Мінуси:

Дорожче, ніж зварні труби через складний процес виготовлення

Обмежений діапазон розмірів, з проблемами виробництва дуже малого або дуже великого діаметру

Велика довжина є складною, тому варіанти розмірів можуть бути більш обмеженими, ніж зварні труби

Більш товсті стінки і більша вага, ніж зварні труби

Труби ERW

Плюси:

Нижча вартість, ніж безшовна, завдяки більш простому та більш автоматизованому процесу зварювання

Доступні більшої довжини, оскільки немає обмежень за розміром, як безшовні

Більш тонкі стінки та менша вага, ніж безшовні, зберігаючи добру міцність

Гладкі внутрішні та зовнішні поверхні

Підходить для загальних застосувань із -низьким і середнім тиском, як-от комунальні послуги та будівництво

Мінуси:

Зварювальний шов є потенційно слабким місцем у порівнянні з безшовним, що знижує номінальний тиск

Зварний шов більш схильний до корозії, ніж безшовний корпус

Для забезпечення цілісності потрібне ретельне тестування зварного шва

Не підходить для критично високого-тиску, високої-температури або важких умов обслуговування

Труби LSAW

Плюси:

Витримує вищий тиск і механічні навантаження, ніж ERW, завдяки важчим стінкам і декільком зварним швам

Гнучкість розмірів-загальний вибір для труб великого діаметру понад 16 дюймів

Жорсткі допуски та хороший контроль розмірів

Підходить для таких важливих застосувань, як-нафто- та газотранспортні лінії

Мінуси:

Це дорожче, ніж ERW через більш важкі матеріали та спеціальний процес зварювання

Потенціал для дефектів зварювання, якщо процес не контролюється належним чином, що вимагає ретельного контролю та випробувань

Товсті та важкі стіни збільшують матеріальні витрати порівняно з ВЗВ

Обмеження розміру та довжини проти ERW

Підводячи підсумок, можна сказати, що безшовні труби забезпечують найвищу міцність, потужність під тиском і стійкість до корозії, що робить їх ідеальними для вимогливих застосувань у нафтогазових, хімічних і енергетичних установках.

Компромісами є вища вартість і більш обмежений розмір варіантів.

ERW є-рентабельним вибором для загальних комунальних і будівельних застосувань, де зварний шов не є головною проблемою цілісності.

Він пропонує широкий діапазон розмірів і велику довжину.

LSAW — це-зварювальний варіант для важких умов для трубопроводів великого-діаметра високого{2}}тиску, які вимагають найвищої якості зварювання та перевірки.

Багато{0}}зварні шви забезпечують міцність, наближену до безшовної.

Ключовим є вибір правильного продукту на основі ретельної оцінки застосування та тиску, температури, корозійної активності та критичності середовища.

Вибір ідеальних типів сталі для нафтових і газових труб

легована сталь

Леговані сталі містять легуючі елементи, окрім заліза та вуглецю, для підвищення міцності, ударної в’язкості, корозійної стійкості та -температурних характеристик.

Низьколеговані сталі (менше 8% вмісту сплаву) зазвичай використовуються в нафтовій і газовій промисловості для:
 

Бурильні труби та бурильні хомути

Обсадна труба

Клапани, гирла свердловин і новорічні ялинки

Кріплення, такі як гайки, болти та шпильки

Легуючі елементи надають більш високу міцність, дозволяють використовувати більш тонкі стінки, що знижує вагу і вартість. Деякі сплави також стійкі до розтріскування та корозії під впливом сірководню (H2S).

Вуглецева сталь

Вуглецеві сталі містять в основному залізо та вуглець і лише залишкові кількості інших елементів.

Вони поділяються на категорії з низьким, середнім або високим вмістом вуглецю. Вуглецеві сталі широко використовуються в нафтовій і газовій промисловості для:
 

Напірні лінії та трубопроводи

Резервуари для зберігання та посудини під тиском

Конструктивні компоненти, такі як балки, плити та труби

Трубопровідні-системи низького тиску

Вуглецеві сталі міцні, міцні та відносно недорогі.

Однак вони мають низьку корозійну стійкість і чутливі до розтріскування H2S під час експлуатації в кислих умовах. Часто потрібні інгібітори або покриття.

Нержавіюча сталь

Нержавіюча сталь містить принаймні 10,5% хрому, який утворює захисний оксидний шар на поверхні, забезпечуючи чудову стійкість до корозії.

Сорти, що використовуються в нафті та газі, включають:
 

Аустеніт (серія 300): 304, 316, 317, 321, 347

Феритні: 405, 430

Мартенситний: 410, 420, 431

Дуплекс:2205, 2507 супер дуплекс

Нержавіюча сталь використовується для критичних компонентів, які піддаються впливу морської води, пластової води, CO2, хлоридів і помірно кислого середовища:
 

Підводне обладнання

Устя свердловини та компоненти ялинки

Теплообмінники та посудини під тиском

Трубопроводи, клапани та прилади

Висока міцність дуплексних марок дозволяє отримати тонші стінки, а супераустеніт і супер дуплекс забезпечують стійкість до агресивних умов.

Однак нержавіюча сталь має вищу початкову вартість, ніж вуглецева сталь.
 

Нікелеві сплави

Нікелеві сплави містять високий вміст нікелю та інших елементів, таких як хром і молібден, для максимальної стійкості до корозії навіть у гарячих, кислих і сильно кислих середовищах. Загальні оцінки включають:
 

Нікель-мідь:Монель 400, К-500

Нікель-хром-залізо: 825, 625, 718

Нікель-хром-молібден: C-276, 2550, 686

Нікель-залізо-хром:800, 800H, 800HT

Нікелеві сплави використовуються для найскладніших застосувань, де неіржавна сталь не підходить:
 

Свердловини та трубопроводи для кислого газу

Підводні колектори та перемички

Свердловинний інструмент і запобіжні клапани

Посудини та трубопроводи на нафтопереробних і газових заводах

Чудова стійкість до корозії та стабільність при високих температурах коштує значно дорожче, ніж нержавіюча сталь.

Нікелеві сплави зарезервовані для важких середовищ, які швидко руйнують інші сплави.

Вуглецева сталь є економічним вибором для багатьох нафтових і газових застосувань, тоді як легована сталь забезпечує підвищену міцність і міцність, коли це необхідно.

Нержавіючі сталі стійкі до корозії у водному середовищі, тоді як нікелеві сплави підвищують продуктивність у гарячих, кислотних і кислих умовах.

Необхідно ретельно оцінити склад рідини, температуру та тиск, щоб вибрати оптимальний сплав для тривалої-надійності та безпеки.

Розуміння розмірів і розмірів безшовних і зварних труб

Номінальний розмір труби (NPS)

Розмір труби зазвичай визначається номінальним розміром труби (NPS), який є безрозмірним позначенням. Для розмірів від 1/8 до 12 дюймів NPS відповідає приблизному внутрішньому діаметру труби (ID) у дюймах із використанням звичайних дробів. Наприклад, труба NPS 2 має внутрішній діаметр приблизно 2,1 дюйма.

Для розмірів 14 дюймів і більше NPS – це приблизний зовнішній діаметр (OD) у дюймах. Отже, труба NPS 20 має зовнішній діаметр приблизно 20 дюймів.

Важливо зазначити, що точні OD і ID будуть відрізнятися залежно від зазначеної товщини стінки.

Товщина стінки

Товщина стінки визначає номінальний тиск і вагу труби. Зазвичай це вказується за номером (Sch) або фактичною товщиною в дюймах або міліметрах.

Стандартні номери розкладу: 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 і 160. Чим вище число, тим товщі стіни. Наприклад, труба NPS 6 Sch 40 має товщину стінки 0,280 дюйма, а труба NPS 6 Sch 80 має товщину стінки 0,432 дюйма.

Для даного NPS канали з різними графіками матимуть однаковий зовнішній вигляд, але різні ідентифікатори. OD залишається постійним, а ID зменшується в міру потовщення стінки.

Відповідні стандарти ASME

ASME (Американське товариство інженерів-механіків) публікує кілька стандартів, які охоплюють розміри труб, виготовлених із різних матеріалів:
 

ASME B36.10:Зварні та безшовні вуглецеві та леговані сталі

ASME B36.19:Нержавіюча сталь

ASME B36.20:Металевий матеріал загального застосування

ASME B36.21:Неметалічний матеріал загального застосування

Ці стандарти надають таблиці розмірів для NPS від 1/8 до 80 із зазначенням OD, ID, товщини стінки, ваги на фут та інших критичних параметрів для кожної комбінації NPS і графіка або товщини стінки.

Стандарти забезпечують узгодженість розмірів у різних виробників, хоча деякі варіації допускаються в межах зазначених допусків.

Посилання на відповідний стандарт при визначенні або замовленні труби має вирішальне значення для забезпечення відповідності розмірів вимогам застосування, коду трубопроводів і нормам.

Довжина безшовних і зварних труб і обробка кінців

Довжини труб

Сталеві труби зазвичай доступні в трьох варіантах довжини:
 

Одинарна випадкова довжина (SRL)є найпоширенішим і економічним варіантом. Точна довжина буде різною, але зазвичай становить від 16 до 24 футів. Млин оптимізує довжину для мінімізації браку під час виробництва.

Подвійна випадкова довжина (DRL):Вони вдвічі довші, ніж одинарні випадкові, коливаються від 32 до 48 футів. Вони менш поширені та можуть мати обмежену доступність, але вони можуть зменшити кількість з’єднань, необхідних у довгому конвеєрі.

Конкретні довжини різання:Труби можна замовити певної довжини відповідно до вимог замовника. Це дорожче, оскільки може утворюватися більше брухту для млина та вимагати додаткового налаштування та обробки. Довжина відрізу зазвичай вказується лише тоді, коли точна довжина є критичною, наприклад, для виготовлення котушок або морських установок, де з’єднання повинні точно підходити.

Доступна довжина також може відрізнятися залежно від розміру та товщини стінки труби. Більші діаметри та важчі стіни складніше обробляти та транспортувати, тому їх можна обмежити меншою довжиною.

Кінцева обробка

Кінці труби можна обробити кількома способами в залежності від способу її з’єднання:
 

Рівний кінець (PE):Кінці обрізають квадратом і залишають незавершеними. Це найпростіший варіант, який підходить для зварювання або механічних з’єднань.

Скошений кінець (BE):Кінці обрізають під кутом, як правило, 30 градусів або 37,5 градусів, щоб створити V-канавки для зварювання. Фаска забезпечує повне проникнення наплавленого металу в з’єднання. Для зварних конструкцій найчастіше вибирають скошені кінці.

Різьбовий кінець (TE):Кінці мають різьблення або ззовні (внутрішня) або внутрішня (внутрішня), щоб труби можна було з’єднати. Різьбові з’єднання зазвичай використовуються для пристроїв із низьким{1}}тиском, як-от водо- або повітряні лінії, а також для тимчасових або переносних установок. Різьба може бути конічної (NPT) або прямої (BSPP або BSPT).

Різьбові та сполучні (T&C):Один кінець має зовнішню різьбу, на нього накручується муфта (втулка). Інший кінець муфти має внутрішнє різьблення для встановлення наступної труби. Це дозволяє швидко збирати і розбирати в польових умовах.

Рифлений кінець:По всьому колу труби біля кінця вирізається канавка для механічного з’єднання. Муфти з пазами забезпечують швидку установку та певну гнучкість у з’єднанні для пристосування до теплового розширення або звуження.