Saumattomat vs hitsatut putket: Kattava opas öljy- ja kaasuteollisuudelle

Teräsputket ovat öljy- ja kaasuteollisuuden selkäranka, ja niitä käytetään kaikissa vaiheissa louhinnasta käsittelyyn kuljetukseen.

Oikean putkityypin valinta on erittäin tärkeää turvallisen, tehokkaan ja luotettavan toiminnan varmistamiseksi.

Thekaksi pääluokkaa teräsputkia ovat saumattomia ja hitsattujajokaisella on ainutlaatuiset ominaisuudet ja sovellukset.

Tässä artikkelissa tarjoamme kattavan vertailun saumattomista ja hitsatuista putkista öljy- ja kaasuteollisuuden yhteydessä.

Käsittelemme valmistusprosessit, kunkin tyypin olennaiset ominaisuudet ja edut sekä yleisimmät sovellukset.

Keskustelemme myös erilaisista materiaalivaihtoehdoista, mukaan lukien hiiliteräs, seosteräs, ruostumaton teräs ja nikkeliseokset, sekä opastamme oikean laadun valitsemiseen eri ympäristöihin.

Lopuksi perehdymme putken määrittämisen ja tilaamisen käytännön näkökohtiin, mukaan lukien asiaankuuluvat standardit, mitat ja päätypinnat.

Tämän artikkelin loppuun mennessä ymmärrät perusteellisesti saumattomien ja hitsattujen putkien erot ja olet valmis tekemään tietoisia päätöksiä öljy- ja kaasuprojekteissasi.

Putkityypit selitetty

Öljy- ja kaasuteollisuudessa käytetään kolmea pääteräsputkityyppiä: saumaton, ERW (Electric Resistance Welded) ja LSAW (Longitudinal Submerged Arc Welded).
 

Saumattomat putketon valmistettu kiinteistä teräsaihioista, joita kuumennetaan ja työnnetään tai vedetään muodon päälle, jolloin muodostuu ontto putki ilman hitsattuja saumoja.

Niitä käytetään yleisesti korkeapaineisiin{0}}sovelluksiin alkupään toiminnoissa, kuten porauksessa ja etsinnässä, keskivirran nesteensiirrossa, loppupään jalostuksessa ja yleishyödyllisissä palveluissa.

ERW putketvalmistetaan kylmämuovauksella, muotoilemalla teräskeloja sylinterimäisiksi ja sauma hitsataan yhteen sähkövirralla.

Hitsisauma kulkee putken pituudella. ERW-putket ovat kustannus-tehokkaita matala----keskipaineisiin-sovelluksiin, kuten veden, öljyn ja kaasun kuljetukseen.

LSAW putketvalmistetaan taivuttamalla ja hitsaamalla teräslevyjä pituussuunnassa siten, että sauma kulkee suoraan (pituussauma) tai spiraalimaisesti.

Niitä käytetään suuriin -halkaisijaltaan (16-60 tuumaa) putkiin kriittisissä sovelluksissa, kuten pitkän matkan öljy- ja kaasuputkissa, jotka kulkevat kaupunkien läpi tai veden alla.

Alla olevassa taulukossa on yhteenveto näiden putkityyppien tärkeimmistä eroista ja niiden tyypillisistä sovelluksista öljy- ja kaasuteollisuudessa:
 

Valmistusprosessi saumattomille, ERW- ja LSAW-putkille

Saumaton putkituotanto

Saumattomat putket valmistetaan kuumatyöstöprosessilla ilman hitsausta. Päävaiheet ovat:
 

Kiinteä pyöreä teräsaihio kuumennetaan pyörivässä tulisijauunissa noin 1204C/2200F.

Punainen-kuuma aihio lävistetään sitten keskeltä lävistyskärjellä ontto putken luomiseksi.

Ontto putki kulkee tulppamyllyn läpi, johon työnnetään kara. Sitten putki rullataan seinämän paksuuden pienentämiseksi ja pituuden lisäämiseksi.

Putki viedään sitten mitoitustelineiden läpi lopullisten mittojen saavuttamiseksi.

Jäähdytyksen jälkeen putki suoristetaan, leikataan pituuteen, testataan ja lähetetään.

Saumattomia putkia voidaan kylmävetää edelleen, jolloin saadaan halkaisijaltaan pienempiä putkia ja ohuempia seinämiä.

ERW-putkien tuotanto

ERW-putket valmistetaan kylmämuovaamalla-teräskela ja hitsaamalla sauma:
 

Sopiva leveys ja -mittainen teräskela valitaan ja ladataan kelauskoneeseen.

Nauha kulkee telojen läpi ja muodostaa siitä vähitellen pyöreän muodon.

Pituusreunat lämmitetään johtamalla suurtaajuinen{0}}virta niiden välillä.

Telat puristavat reunat yhteen, jolloin muodostuu sulahitsaus lisäämättä täytemetallia.

Hitsattu putki kulkee mitoitustelineiden läpi lopullisen halkaisijan saavuttamiseksi.

Putki leikataan sopivan pituiseksi, päät muotoillaan (tasainen, viisto, kierre jne.) ja putki testataan ennen toimitusta.

Koko ERW-prosessi on jatkuvaa, ja putki liikkuu vakionopeudella muovaus- ja hitsaustelineiden läpi.

LSAW-putkien tuotanto

LSAW-putket on valmistettu teräslevystä, joka on muotoiltu ja hitsattu:
 

Teräslevyt valitaan ja reunat jyrsitään niiden valmistelemiseksi hitsausta varten.

Levyä on esi{0}}taivutettu jarrupuristimella, jotta se alkaa muodostaa pyöreän muodon.

AU-puristin muodostaa levyn U-muotoon, ja O-puristin sulkee U:n putkeen.

Pitkittäissauma on aluksi takkahitsattu sisäpuolelta pitämään reunat yhdessä.

Putki johdetaan sitten automaattisten hitsausasemien läpi, jotka laskevat useita upotettuja kaarihitsauksia sauman sisään ja ulkopuolelle.

Mekaaninen laajennus laajenee Hitsattua putkea hieman oikean pyöreän muodon saavuttamiseksi.

Putki leikataan sopivaan pituuteen, viistetään, testataan hydrostaattisesti ja tarkastetaan ennen toimitusta.

LSAW-putkia käytetään yleensä halkaisijaltaan suurempiin (16" ja enemmän) ja niillä on paksummat seinämät kuin ERW-putkilla.

Seamless-, ERW- ja LSAW-putkien plussat ja miinukset

Saumattomat putket

Plussat:

Mikään hitsisauma ei poista mahdollisia heikkoja kohtia ja mahdollistaa korkeammat paineluokat

Sileä sisäpinta vähentää kitkaa ja turbulenssia ja parantaa virtausominaisuuksia

Ylivoimainen lujuus, kestävyys ja taivutus- ja iskuvoimien kestävyys

Erinomainen korroosionkestävyys hitsaussauman puutteen vuoksi

Kestää hyvin korkeita lämpötiloja ja paineita, joten se on ihanteellinen kriittisiin öljy- ja kaasu-, kemikaali- ja sähkösovelluksiin

Miinukset:

Kalliimpi kuin hitsatut putket monimutkaisen valmistusprosessin vuoksi

Rajoitettu kokovalikoima, jossa haasteita tuottaa erittäin pieniä tai erittäin suuria halkaisijoita

Pidemmät pituudet ovat monimutkaisia, joten kokovaihtoehdot voivat olla rajoitetumpia kuin hitsatut putket

Paksummat seinät ja painavampi kuin hitsatut putket

ERW putket

Plussat:

Pienemmät kustannukset kuin saumattomat yksinkertaisemman ja automatisoidumman hitsausprosessin ansiosta

Saatavana pidempiä pituuksia, koska ei ole kokorajoituksia, kuten saumaton

Ohuemmat seinät ja kevyempi kuin saumaton, mutta silti hyvä lujuus

Sileät sisä- ja ulkopinnat

Soveltuu yleisiin alhaisen tai kohtalaisen paineen{0}}sovelluksiin, kuten sähkö- ja rakennustarkoituksiin

Miinukset:

Hitsisauma on mahdollinen heikko kohta verrattuna saumattomaan, alentaa paineluokituksia

Hitsi on herkempi korroosiolle kuin saumaton runko

Hitsaussauman kattava testaus vaaditaan eheyden varmistamiseksi

Ei sovellu kriittisiin korkean{0}}paineen, korkean-lämpötilojen tai vakaviin huoltosovelluksiin

LSAW putket

Plussat:

Kestää suurempia paineita ja mekaanisia kuormia kuin ERW raskaampien seinien ja useiden hitsausten ansiosta

Mitoitusjoustavuus-yleinen valinta halkaisijaltaan yli 16" putkille

Tiukat toleranssit ja hyvä mittojen hallinta

Soveltuu kriittisiin sovelluksiin, kuten{0}}pitkän matkan öljyn ja kaasun siirtolinjoihin

Miinukset:

Se on kalliimpi kuin ERW raskaampien materiaalien ja erikoistuneen hitsausprosessin vuoksi

Hitsausvirheiden mahdollisuus, jos prosessia ei valvota riittävästi, mikä vaatii tiukkaa tarkastusta ja testausta

Paksut ja raskaat seinät lisäävät materiaalikustannuksia verrattuna ERW:hen

Koko- ja pituusrajoitukset vs. ERW

Yhteenvetona voidaan todeta, että saumattomat putket tarjoavat korkeimman lujuuden, painekapasiteetin ja korroosionkestävyyden, joten ne ovat ihanteellisia vaativiin öljy- ja kaasu-, kemikaali- ja voimalaitossovelluksiin.

Kompromissit ovat korkeammat kustannukset ja rajoitetummat kokovaihtoehdot.

ERW on kustannustehokas valinta{0}}yleisiin käyttö- ja rakennussovelluksiin, joissa hitsisauma ei ole tärkeä eheysongelma.

Se tarjoaa laajan valikoiman kokoja ja pitkiä pituuksia.

LSAW on raskas{0}}hitsattu vaihtoehto suuriin-halkaisijaisiin, korkeapaineisiin-putkilinjoihin, jotka vaativat äärimmäistä hitsauslaatua ja tarkastusta.

Monivaiheiset hitsit tarjoavat saumattoman lujuuden.

Avainasemassa on oikean tuotteen valinta perusteellisen sovellusarvioinnin ja ympäristön paineen, lämpötilan, syövyttävyyden ja kriittisyyden perusteella.

Ihanteellisten terästyyppien valitseminen öljy- ja kaasuputkille

Seosteräs

Seosteräkset sisältävät seosaineita raudan ja hiilen lisäksi parantamaan lujuutta, sitkeyttä, korroosionkestävyyttä tai suorituskykyä korkeissa lämpötiloissa.

Vähäseosteisia teräksiä (seospitoisuus alle 8 %) käytetään yleisesti öljy- ja kaasuteollisuudessa:
 

Poraa putkia ja porakauluksia

Kotelo ja letkut

Venttiilit, kaivonpäät ja joulupuut

Kiinnikkeet, kuten mutterit, pultit ja pultit

Seoselementit antavat suuremman lujuuden, mikä mahdollistaa ohuempien seinien käytön, mikä vähentää painoa ja kustannuksia. Jotkut seokset kestävät myös rikkivedyn (H2S) halkeilua ja korroosiota.

Hiiliteräs

Hiiliteräkset sisältävät pääasiassa rautaa ja hiiltä, ​​mutta vain jäännösmääriä muita alkuaineita.

Ne luokitellaan hiilipitoisuuden perusteella vähähiilisiksi, keskikokoisiksi tai korkeahiilisiksi. Hiiliteräksiä käytetään laajalti öljyssä ja kaasussa:
 

Virtauslinjat ja putkistot

Varastointisäiliöt ja paineastiat

Rakenteelliset osat, kuten palkit, levyt ja putkimaiset

Matalapaine{0}}putkijärjestelmät

Hiiliteräkset ovat vahvoja, sitkeitä ja suhteellisen edullisia.

Niillä on kuitenkin huono korroosionkestävyys ja ne ovat herkkiä H2S-halkeilulle happamassa käytössä. Usein tarvitaan inhibiittoreita tai pinnoitteita.

Ruostumaton teräs

Ruostumattomat teräkset sisältävät vähintään 10,5 % kromia, joka muodostaa pinnalle suojaavan oksidikerroksen, joka tarjoaa erinomaisen korroosionkestävyyden.

Öljyssä ja kaasussa käytettyjä laatuja ovat mm.
 

Austeniittiset (300-sarja): 304, 316, 317, 321, 347

Ferriittiset: 405, 430

Martensiittiset: 410, 420, 431

Duplex:2205, 2507 superduplex

Ruostumatonta terästä käytetään kriittisiin komponentteihin, jotka ovat alttiina merivedelle, tuotetulle vedelle, CO2:lle, klorideille ja lievästi happamille ympäristöille:
 

Vedenalaiset laitteet

Kaivonpään ja joulupuun komponentit

Lämmönvaihtimet ja paineastiat

Putket, venttiilit ja instrumentointi

Duplex-laatujen korkea lujuus mahdollistaa ohuemmat seinät, kun taas superausteniittiset ja superduplex kestävät aggressiivisia olosuhteita.

Ruostumattoman teräksen alkukustannukset ovat kuitenkin korkeammat kuin hiiliteräksellä.
 

Nikkeliseokset

Nikkeliseokset sisältävät runsaasti nikkeliä ja muita alkuaineita, kuten kromia ja molybdeeniä, maksimaalisen korroosionkestävyyden saavuttamiseksi jopa kuumissa, happamissa ja erittäin happamissa ympäristöissä. Yleisiä arvosanoja ovat:
 

Nikkeli{0}}kupari:Monel 400, K-500

Nikkeli-kromi-rauta: 825, 625, 718

Nikkeli-kromi-molybdeeni: C-276, 2550, 686

Nikkeli-rauta-kromi:800, 800H, 800HT

Nikkeliseoksia käytetään vaativimpiin sovelluksiin, joissa ruostumattomat teräkset eivät ole riittäviä:
 

Hapan kaasulähteet ja virtauslinjat

Vedenalaiset jakoputket ja jumpperit

Poraustyökalut ja varoventtiilit

Alukset ja putket jalostamoissa ja kaasulaitoksissa

Erinomainen korroosionkestävyys ja stabiilisuus korkeissa lämpötiloissa ovat huomattavasti korkeammat kustannukset kuin ruostumattomat teräkset.

Nikkeliseokset on varattu vaikeisiin ympäristöihin, jotka hajottaisivat nopeasti muita seoksia.

Hiiliteräs on taloudellinen valinta moniin öljy- ja kaasusovelluksiin, kun taas seosteräkset lisäävät lujuutta ja sitkeyttä tarvittaessa.

Ruostumattomat teräkset kestävät korroosiota vesipitoisissa ympäristöissä, kun taas nikkeliseokset parantavat suorituskykyä kuumissa, happamissa ja happamissa olosuhteissa.

Nesteen koostumus, lämpötila ja paine on arvioitava huolellisesti, jotta voidaan valita optimaalinen seos pitkäaikaisen-luotettavuuden ja turvallisuuden takaamiseksi.

Saumattomien ja hitsattujen putkien mitat ja koot

Nimellinen putkikoko (NPS)

Putken koko määritellään tyypillisesti putken nimelliskoon (NPS) avulla, joka on mitoimaton merkintä. Kooissa 1/8–12 tuumaa NPS vastaa putken likimääräistä sisähalkaisijaa (ID) tuumina käyttäen yleisiä jakeita. Esimerkiksi NPS 2 -putken ID on noin 2,1 tuumaa.

14 tuuman ja sitä suuremmille kooille NPS on likimääräinen ulkohalkaisija (OD) tuumina. Joten NPS 20 -putken OD on noin 20 tuumaa.

On tärkeää huomata, että tarkka OD ja ID vaihtelevat määritetyn seinämän paksuuden mukaan.

Seinän paksuus

Seinämän paksuus määrää putken paineluokituksen ja painon. Se määritellään yleensä aikataulun (Sch) numeron tai todellisen paksuuden tuumina tai millimetreinä.

Vakioaikataulun numerot ovat 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 ja 160. Mitä suurempi numero, sitä paksumpi seinä. Esimerkiksi NPS 6 Sch 40 -putken seinämän paksuus on 0,280", kun taas NPS 6 Sch 80:n seinämän paksuus on 0,432".

Tietylle NPS:lle eri aikataulujen putkilla on sama ulkohalkaisija, mutta eri tunnukset. OD pysyy vakiona ja ID pienenee seinän paksuuntuessa.

Asiaankuuluvat ASME-standardit

ASME (American Society of Mechanical Engineers) julkaisee useita standardeja, jotka kattavat eri materiaaleista valmistettujen putkien mitat:
 

ASME B36.10:Hitsattu ja saumaton hiiliteräs ja seosteräs

ASME B36.19:Ruostumaton teräs

ASME B36.20:Metallimateriaali yleisiin sovelluksiin

ASME B36.21:Ei-metallinen materiaali yleisiin sovelluksiin

Nämä standardit tarjoavat mittataulukot NPS 1/8 - 80, joissa määritellään OD, ID, seinämän paksuus, paino per jalka ja muut kriittiset parametrit kullekin yhdistelmälle NPS ja aikataulu tai seinämän paksuus.

Standardit takaavat yhdenmukaiset mitat eri valmistajien välillä, vaikka tietyt vaihtelut ovat sallittuja määritettyjen toleranssien sisällä.

Asiaankuuluvaan standardiin viittaaminen putkea määriteltäessä tai tilattaessa on ratkaisevan tärkeää sen varmistamiseksi, että mitat vastaavat sovellusvaatimuksia, putkistokoodia ja määräyksiä.

Saumattomat ja hitsatut putkien pituudet ja päiden viimeistelyt

Putkien pituudet

Teräsputkia on yleisesti saatavilla kolmessa pituusvaihtoehdossa:
 

Yksittäiset satunnaiset pituudet (SRL)ovat yleisin ja edullisin vaihtoehto. Tarkat pituudet vaihtelevat, mutta ovat tyypillisesti 16-24 jalkaa pitkiä. Tehdas optimoi pituudet minimoidakseen romun tuotannon aikana.

Kaksinkertaiset satunnaiset pituudet (DRL):Nämä ovat kaksi kertaa niin pitkiä kuin yksittäiset satunnaiset, 32-48 jalkaa. Ne ovat harvinaisempia ja niiden saatavuus voi olla rajoitettu, mutta ne voivat vähentää pitkän putkilinjan tarvittavia yhteyksiä.

Tietyt leikkauspituudet:Putket voidaan tilata tietyn pituisina asiakkaan tarpeiden mukaan. Tämä on kalliimpaa, koska se voi tuottaa enemmän romua tehtaalle ja vaatia lisäasennuksia ja -käsittelyä. Leikkauspituudet määritetään yleensä vain silloin, kun tarkka pituus on kriittinen, kuten kelojen valmistuksessa tai offshore-asennuksissa, joissa liitosten on sopia tarkasti.

Saatavilla olevat pituudet voivat myös vaihdella putken koon ja seinämän paksuuden mukaan. Suuremmat halkaisijat ja raskaammat seinät ovat vaikeampia käsitellä ja kuljettaa, joten ne voidaan rajoittaa lyhyempiin pituuksiin.

Loppuviimeistely

Putken päät voidaan viimeistellä useilla tavoilla riippuen siitä, miten se liitetään:
 

Tasainen pää (PE):Päät leikataan neliömäisiksi ja jätetään keskeneräisiksi. Tämä on yksinkertaisin vaihtoehto, joka sopii hitsaukseen tai mekaanisiin liittimiin.

Viistetty pää (BE):Päät leikataan kulmassa, tyypillisesti 30 astetta tai 37,5 astetta V-uran muodostamiseksi hitsausta varten. Viiste mahdollistaa hitsimetallin täydellisen tunkeutumisen liitokseen. Viistot päät ovat yleisin valinta hitsatussa rakenteessa.

Kierrepää (TE):Päät on kierretty joko ulkopuolelta (uros) tai sisäpuolelta (naaras), jotta putket voidaan ruuvata yhteen. Kierreliitäntöjä käytetään yleisesti matalapaineisissa-sovelluksissa, kuten vesi- tai ilmajohdoissa sekä tilapäisissä tai kannettavissa asennuksissa. Kierteet voivat olla kartiomaisia ​​(NPT) tai suoria (BSPP tai BSPT).

Kierretty ja kytketty (T&C):Toinen pää on ulkokierteinen, ja siihen on ruuvattu kytkin (holkki). Kytkimen toinen pää on sisäkierteillä seuraavan putken hyväksymiseksi. Tämä mahdollistaa nopean kokoamisen ja purkamisen kentällä.

Uurrettu pää:Putken kehän ympärille leikataan ura mekaanisen kytkennän hyväksymiseksi. Uritetut liittimet mahdollistavat nopean asennuksen ja liitoksen joustavuuden lämpölaajenemisen tai -kutistumisen huomioon ottamiseksi.