Бесшовные стальные трубы: полное отраслевое руководство по производству, стандартам и выбору

Бесшовные стальные трубы являются одним из основополагающих материалов современной промышленной инфраструктуры, однако способы их изготовления, испытаний и спецификации часто плохо понимаются за пределами металлургических и трубопроводных инженерных кругов. В этом руководстве рассказывается, как на самом деле производятся бесшовные трубы, чем они принципиально отличаются от сварных труб, как основные международные стандарты соотносятся друг с другом и какие факторы действительно влияют на выбор труб в таких отраслях, как нефть и газ, энергетика и промышленная переработка.

Определяющая характеристика бесшовной трубы проста: она изготавливается из одной твердой стальной заготовки, которую нагревают и прокалывают по центру, образуя полую трубу без сварных соединений где-либо по ее длине или окружности. В отличие от сварной трубы (ВПВ, ЛСАВ, илиССАВ), который формируется путем прокатки плоского стального листа или рулона в цилиндрическую форму с последующей сваркой шва.

Это единственное структурное различие - наличие или отсутствие сварного шва - имеет огромные последствия для того, как два типа труб ведут себя под нагрузкой. Сварной шов, независимо от того, насколько хорошо он выполнен, создает зону различной микроструктуры, потенциальное остаточное напряжение и статистически более высокую вероятность появления дефектов по сравнению с окружающим основным металлом. Бесшовная труба, не имеющая такого шва, демонстрирует более однородные механические свойства во всех направлениях по окружности -, которые инженеры-технологи называют изотропной прочностью. Именно поэтому бесшовная конструкция становится выбором по умолчанию при повышении давления, температуры или критичности-безопасности.

Понимание производственного процесса полезно не как пустяк, а потому, что оно напрямую объясняет, почему возникают определенные размеры, допуски и типы дефектов. - Информация, которая важна при оценке поставщика или устранении проблем с качеством. Марки, производимые по этому маршруту -, такие как наши горячекатаные бесшовные трубы -, наследуют размерную стабильность и механические свойства непосредственно от того, насколько хорошо контролируется каждый из этих этапов.

1. Подготовка и нагрев заготовки.Круглые стальные заготовки, обычно непрерывно-литые, режутся по длине и нагреваются в печи с вращающимся подом до температуры прошивки, обычно от 1150 до 1280 градусов, в зависимости от марки стали. Даже отопление имеет решающее значение; Неравномерное распределение температуры приводит к неравномерному прокалыванию и изменению толщины стенки на выходе.

2. Пирсинг (процесс Маннесмана).Нагретая заготовка подается на прошивной стан, где два расположенных под углом валка вращают заготовку, в то время как фиксированная точка прошивки проталкивается через центр, используя явление, называемое эффектом Маннесмана - — склонность вращающегося прутка под действием этого конкретного режима напряжения развивать внутреннюю кавитацию вдоль своей оси. В результате образуется полая оболочка с толстыми-стенками, называемая «материнской трубкой».

3. Удлинение и уменьшение стенок.Затем исходную трубу удлиняют, а толщину ее стенки уменьшают до размеров, близких к окончательным, с использованием одного из нескольких типов фрез: пробковой фрезы, оправочной фрезы (непрерывной или с фиксацией) или фрезы Асселя для высокоточных-прецизионных применений. Выбор типа стана влияет на достижимые допуски и является одной из причин, почему не все «бесшовные трубы» разных заводов имеют одинаковую размерную стабильность даже для одного и того же номинального размера.

4. Калибровка и уменьшение растяжения.Калибровочный стан (а для многих диапазонов размеров и редукционно-растяжной стан) доводит трубу до окончательного наружного диаметра и улучшает однородность толщины стенки. Этот этап также влияет на окончательные механические свойства трубы, поскольку процесс восстановления-в некоторой степени упрочняет сталь.

5. Охлаждение, термообработка и отделка.Трубы охлаждаются - обычно на подвижной-балочной охлаждающей платформе -, а затем выпрямляются. В зависимости от спецификации и марки они могут подвергаться нормализации, закалке и отпуску или отжигу для снятия напряжения-для достижения необходимого сочетания прочности, пластичности и зернистой структуры. Наконец, трубы обрезаются по длине, а концы скашиваются, нарезаются резьбой или оставляются гладкими в соответствии с требованиями заказа.

6. Проверка и тестирование.Перед выпуском труба обычно проходит размерный контроль, ультразвуковой контроль (УЗК) на толщину стенки и внутренние дефекты, а также гидростатические испытания или одобренные не-электромагнитные испытания, а также разрушающие механические испытания (растяжение, текучесть, удлинение, а иногда и испытание на удар по Шарпи) на образцах из каждой плавки или партии.

Одной из наиболее распространенных ошибок при выборе поставщиков является отношение к трубам как к товару, определяемому в первую очередь внешним диаметром и толщиной стенок. На практике руководящий стандарт определяет химические пределы, минимальные механические свойства, допустимые производственные процессы и необходимые испытания -, что означает, что две трубы одинаковых размеров могут быть принципиально разными продуктами в зависимости от того, по какому стандарту они сертифицированы.

• АСТМ А106/А53регулируют общие и-трубы из углеродистой стали, распространенные в технологических и коммунальных трубопроводах Северной Америки. Подробную информацию о химическом составе и свойствах наиболее широко распространенных марок см. в нашем руководстве по бесшовным стальным трубам A106 класса B.
• API 5Лрегулирует трубопроводные трубы для транспортировки нефти, газа и воды, при этом уровни спецификации продукции PSL1 и PSL2 предъявляют существенно разные требования к прочности и испытаниям, - более подробно описанные в нашем руководстве по бесшовным стальным трубам для нефтегазовой отрасли.
• API 5CTрегулирует обсадные трубы и насосно-компрессорные трубы для нефтяных месторождений, что представляет собой совершенно другую категорию применения, чем линейные трубы, несмотря на перекрытие размеров.
• АСТМ А335и аналогичные стандарты на легированную сталь регулируют трубы, предназначенные для эксплуатации при повышенных-температурах, с использованием хром-молибденовых сплавов (P11, P22, P91), где сопротивление ползучести -, а не только прочность на разрыв -, является определяющим фактором при проектировании.
• Стандарты EN и DIN(EN 10216, DIN 2391 и т. д.) применяются на европейских-рынках, на которые оказывает влияние, и имеют собственную номенклатуру классов и правила испытаний, которые не сопоставляют одно-с-одним с эквивалентами ASTM/API.

 

ASTM A106 БЕСШОВНЫЕ ТРУБЫ ГОРЯЧЕЙ ОТДЕЛКИ

 

API5L БЕСШОВНАЯ ТРУБА

 

DIN 1629 ST 52 Бесшовная стальная труба

 

EN 10216 СТАЛЬНАЯ ТРУБА ДЛЯ ДАВЛЕНИЯ

Труба, которая удовлетворяет требованиям к размерам, но была изготовлена ​​или испытана в соответствии с неправильным стандартом для применения, не является соответствующей заменой, независимо от того, насколько похожа она в технических характеристиках. Это повторяющаяся путаница при трансграничных закупках, где заявление поставщика об «эквивалентном классе» всегда должно независимо проверяться на соответствие фактическим стандартным таблицам химического состава и механических свойств, а не приниматься по номинальной стоимости.

В трубной промышленности постоянное заблуждение заключается в том, что допустимое давление является фиксированным атрибутом трубы данного размера. Это не. Номинальное давление — это результат инженерных расчетов -, обычно выражаемых по формуле Барлоу (P=2St/D) -, которая учитывает толщину стенки, предел текучести материала, наружный диаметр и коэффициент безопасности конструкции, установленный руководящими нормами (например, ASME B31.3 для технологических трубопроводов или B31.8 для транспортировки газа). Этот расчет и связанные с ним компромиссы-более подробно рассмотрены на практике в нашем руководстве по выбору бесшовных труб высокого давления.

Это означает, что трубы одного и того же номинального размера могут выдерживать совершенно разные номинальные давления в зависимости от толщины стенки (сортимента) и марки материала. Это также означает, что переход на более-марку стали автоматически не является "лучшим" выбором: более высокие-марки прочности допускают более тонкие стенки при том же номинальном давлении, что снижает вес и стоимость материала, но также может привести к осложнениям в обращении, свариваемости и изготовлению, которых можно было бы избежать при использовании более низкой марки с более толстой стенкой. Профессиональный выбор труб сопоставляет эти-компромиссы с производственными возможностями конкретного проекта и условиями эксплуатации, а не выбирает по умолчанию самый высокий доступный сорт.

Поскольку дефекты труб часто незаметны снаружи, документация и цепочка испытаний имеют такое же значение, как и физический продукт. Несколько моментов заслуживают особого внимания покупателей:

Сертификаты заводских испытаний (MTC)выпущенные в соответствии с EN 10204, бывают разных типов. Сертификат 3.1 подтвержден собственным отделом качества производителя; Сертификат 3.2 требует проверки независимым инспектором или уполномоченным представителем покупателя, присутствующим при фактическом испытании. Для не-критических приложений часто бывает достаточно версии 3.1; для приложений с критическим давлением или безопасностью многие проектные спецификации требуют раздела 3.2, и это должно быть согласовано до или во время производства, а не после него.

Положительная идентификация материала (PMI)заслуживает отдельного упоминания в сфере закупок легированной стали. Такие марки, как P11, P22 и P91, могут быть визуально и по размерам неотличимы от углеродистой стали или друг от друга, но при этом иметь совершенно разные характеристики при высоких -температурах. Смешение-этих марок приводило к реальным, хорошо-задокументированным промышленным сбоям. Испытание PMI, обычно выполняемое с помощью портативного рентгенофлуоресцентного (XRF) анализатора, проверяет фактический состав на соответствие сертификату и должно рассматриваться как стандартная практика -, а не как необязательное дополнение-к - для любого заказа на легированную сталь, обеспечивающего критически важное обслуживание.

Отслеживание плавки и партиипозволяет отследить исходную плавку любого сегмента трубы, связывая его с конкретным химическим составом и результатами механических испытаний для этой производственной партии. Для проектов, регулируемых нормативным надзором (трубопроводы, сосуды под давлением, объекты, расположенные рядом с ядерной-ъядерной системой), полная прослеживаемость от номера плавки до окончательно установленной трубы часто является контрактным и нормативным требованием, а не просто лучшей практикой.

Несколько структурных тенденций в настоящее время формируют структуру спроса и требования к спецификациям в отрасли бесшовных труб:

Глубоководная и нетрадиционная добыча нефти и газапродолжает стимулировать спрос на трубопроводы и обсадные трубы более высокого-класса, кислого-обслуживания-, поскольку скважины углубляются и сталкиваются с более агрессивными пластовыми условиями с более высоким-давлением, чем десять лет назад. Это повысило относительную важность соблюдения требований NACE MR0175/ISO 15156 при принятии решений о выборе поставщиков.

Переходы в производстве электроэнергии, включая модернизацию и-продление срока службы существующих тепловых электростанций наряду с новыми-строительными проектами, продолжают поддерживать спрос на легированные стали, такие как P91 и P22, даже несмотря на то, что более широкий энергетический баланс меняется -, поскольку существующая- паровая инфраструктура остается в эксплуатации десятилетиями и требует-на-аналогичные или спроектированные-эквивалентные заменяющие материалы.

Более жесткие требования к качеству со стороны EPC-подрядчиков и регулирующих органовсделали проверку третьей стороной, PMI и полные пакеты документации все более стандартными, а не исключительными, особенно для проектов в юрисдикциях с более строгими правилами в отношении оборудования, работающего под давлением.

Сближение и расхождение региональных стандартов- Хотя стандарты ASTM и API остаются доминирующими на рынках Северной Америки и многих рынков Ближнего Востока и Азии, стандарты EN удерживают параллельное доминирование в Европе, и покупателям все чаще нужны поставщики, способные сертифицировать несколько семейств стандартов для одной и той же физической линейки продуктов, а не придерживаться по умолчанию единой стандартной структуры.

Выбор бесшовных стальных труб в конечном итоге является инженерным решением, замаскированным под задачу закупок. Правильный выбор зависит от четкой-оценки рабочего давления, температуры, коррозионного потенциала, применимых норм проектирования и требований к изготовлению -, а не от выбора наибольшей толщины стенки или наивысшего-класса прочности из доступных. Покупатели, которые понимают производственный процесс, существенные различия между дублирующими стандартами и этапами проверки, которые отделяют подлинное соответствие от соответствия документации, имеют гораздо больше возможностей правильно указать с первого раза, избегая дорогостоящих переделок, задержек проекта или -, в худшем случае, - в-сбоев в обслуживании, которые возникают в результате обращения с бесшовными трубами как взаимозаменяемым товаром, а не как специально разработанным продуктом.

Свяжитесь сейчас