Как се представят тръбите с шев в индустриални среди с високо налягане?

Въведение

Високонапрежените промишлени системи изискват тръби, които могат да издържат вътрешно налягане, температурни промени, механични напрежения и контакт с изискващи технологични среди. Повреда на тръба може да доведе до спиране на производството, изтичане на течности, повреждане на оборудването или сериозни рискове за безопасността. Затова изборът на материал и проектирането на тръбите са от критично значение в такива индустрии като нефт и газ, химическа преработка, електроенергийно производство, петрохимия и промишлено производство.

БЕЗШОВНА ТРУБА се използва широко за високонапрежени приложения, тъй като се произвежда без надлъжна заварена шева. Непрекъснатата му структура намалява загрижеността относно дефектите в зоната на заварката и го прави подходящ за изискващи условия на налягане, когато материалът, дебелината на стената, стандартът за производство и проектните условия са коректно избрани.

Обаче само непрекъснатата конструкция не гарантира безопасна работа. Тръбата трябва да съответства на действителното работно налягане, температура, среда, подложена на корозия, размери и приложимия инженерен стандарт.

Какво е безшевна тръба?

Безшевната тръба се произвежда от цялостен стоманен бруто-блок. Блокът се нагрява и пробива, за да се получи куха секция, която след това се валцува, оразмерява, термообработва или студено деформира според изискваните спецификации.

В отличие от заварените тръби, безшевните тръби нямат надлъжна заваръчна линия. Това осигурява непрекъсната метална структура по целия периметър на тръбата и отстранява необходимостта от оценка на надлъжната заваръчна шева като част от границата на налягането.

Безшевните тръби са налични в различни материали и класове, включително:

• Въглеродна стомана
• Легирана стомана
• Австенитна неръжавеща оцел
• Феритова неръдосада
• Дуплексова неръдосада
• Супер Дюплекс Неръжавеща Оцел
• Никелови сплавове

Подходящият материал зависи от налягането, температурата, технологичната течност, експозицията към корозия и изискванията за срок на експлоатация.

1. Непрекъснатата конструкция подпомага устойчивостта към налягане

Един от основните предимства на безшевните тръби е непрекъснатата им конструкция. Тъй като няма надлъжна заваръчна шева, тръбата няма зона на заваряване, която може да стане проблем при определени условия на налягане, температура, корозия или умора.

Това може да е особено ценно за системи, изложени на:

• Високо вътрешно налягане
• Повторни цикли на налягане
• Термична експанзия и съкращаване
• Вибрация
• Механично натоварване
• Агресивност на процесните среди

Безшевната конструкция може да осигури по-последователна производителност при налягане, ако е произведена и инспектирана правилно. Всъщност обаче капацитетът за налягане все още зависи от дебелината на стената, външния диаметър, якостта на материала, работната температура и проектния стандарт.

Безшевните тръби следователно трябва да се избират въз основа на инженерни изчисления, а не само въз основа на думата „безшевни“.

2. Безшевните тръби показват добро поведение при цикли на налягане

Промишлените тръбопроводни системи често не работят при постоянно едно и също налягане. Някои системи изпитват повторни цикли на пускане и спиране, вълни на налягане, пулсации или промени в условията на течението.

Тези повтарящи се промени могат да предизвикат умора в стената на тръбата. С течение на времето умората може да причини пукнатини или разрушаване, ако тръбата не е проектирана правилно.

Безшевните тръби могат да имат предимство в среда с цикли на налягане, тъй като избягват надлъжна заварена шева, която може да изисква допълнителна оценка. Непрекъснатата им структура може да помогне за намаляване на определени рискове, свързани с шевовете, особено когато тръбата е произведена според подходяща спецификация.

Производителността при цикли на налягане също зависи от:

• Материал на тръбата
• Дебелина на стената
• Качество на повърхността
• Концентрация на напрежението
• Заваряване по време на монтаж
• Разстояние между опорите
• Контрол на вибрациите
• Работна температура
• Честота на колебанията на налягането

Дори безшевните тръби могат да се повредят, ако системата не е поддържана правилно или е изложена на налягане, превишаващо нейния проектен клас.

3. Дебелината на стената определя капацитета за налягане

Съпротивлението на безшевните тръби към налягане силно зависи от дебелината на стената им. По-дебелата стена обикновено осигурява по-голямо съпротивление на вътрешното налягане, но дебелината сама по себе си не е достатъчна, за да се определи пригодността.

Инженерите също трябва да вземат предвид:

• Външен диаметър
• ВЪТРЕШЕН ДИАМЕТЪР
• Проектно налягане
• Температура на проектиране
• Допустимо напрежение на материала
• Резерв за корозия
• Производствена толерантност
• Външни натоварвания
• Приложим проектен код

За някои индустриални проекти размерите на тръбите се избират чрез номинален диаметър и график за дебелина на стената. За други приложения е необходима подробна изчислителна проверка на дебелината на стената, базирана на действителните проектни условия.

Тръба с подходящо налягане при стайна температура може да има по-ниско допустимо налягане при висока температура, тъй като здравината на материала намалява с повишаването на температурата.

Поради тази причина търговските купувачи B2B трябва да предоставят пълна информация за налягането и температурата при поискване на оферта.

4. Влияние на класа на материала върху работата при високо налягане

Различните класове неръждаема стомана и сплави предлагат различни комбинации от здравина, корозионна устойчивост, ударна вязкост и температурна устойчивост.

неръждаема стомана 304 и 304L

304 и 304L се използват широко за общи индустриални цели и при корозивни среди. Те могат да са подходящи за множество технологични системи, водни приложения, производствени линии за хранителни продукти и индустриално оборудване.

Обаче те може да не са най-доброто решение за всяка среда, съдържаща хлориди, или при високи температури.

неръждаема стомана 316 и 316L

316 и 316L съдържат молибден, който обикновено подобрява устойчивостта към определени видове корозия, свързани с хлориди, в сравнение с марки 304.

Често се разглеждат за:

• Химична обработка
• Морски среди
• Фармацевтично оборудване
• Преработка на храни
• Очистка на вода
• Промишлени системи за течности

Окончателният избор на марка все още трябва да се базира на действителната технологична среда и експлоатационните условия.

Дуплексова неръдосада

Дуплексните марки комбинират характеристики на аустенитни и феритни неръждаеми стомани. Те могат да осигуряват по-висока якост и подобрена устойчивост към определени механизми на корозия.

Дуплексните и супердуплексните марки могат да се разглеждат за:

• Системи за нефт и газ
• Морско оборудване
• Химична обработка
• Десалинация
• Среди с високо съдържание на хлориди
• Налягане в тръбопроводи с висока якост

Материалите с по-високо съдържание на легиращи елементи могат да увеличат първоначалната цена, но те могат да са подходящи, когато изискванията за корозия или механични свойства надхвърлят възможностите на стандартните класове.

5. При работа при високи температури е необходим внимателен подбор

Системите под високо налягане често са изложени на повишени температури. Примери включват паропроводи, системи в рафинерии, топлообменници, котлено оборудване и единици за петрохимична преработка.

Температурата влияе както върху якостта на материала, така и върху неговото корозионно поведение. С повишаването на температурата допустимото напрежение на материала може да се промени. Някои материали също могат да проявят:

• Оксидация
• Термична умора
• Ползат
• Омекване
• Ускоряване на корозията
• Размерни промени

Безшевни тръби могат да се използват при работа при високи температури, когато избраният материал и спецификацията са подходящи. Например ASTM A312 обхваща аустенитни тръби от неръждаема стомана за работа при високи температури и обща корозивна среда, докато други стандарти се прилагат за тръби от легирани стомани или специализирани котлени и топлообменни продукти.

Покупателят трябва да потвърди:

• Максимална работна температура
• Температура на проектиране
• Непрекъсната или периодична експлоатация
• Термичен цикъл
• Изисквана термична обработка
• Допустимо напрежение
• Приложим код за тръбопроводи под налягане

Високонапрежена тръба никога не трябва да се избира само въз основа на налягането, без да се взема предвид температурата.

6. Корозионната устойчивост подпомага поддържането на дългосрочната производителност

Вътрешната корозия може да намали дебелината на стената и да отслаби границата на налягането с течение на времето. Външната корозия също може да възникне във влажни, морски, химически или открити среди.

Безшевни тръби от неръждаема стомана осигуряват корозионна устойчивост чрез своята сплавена композиция, особено чрез съдържащия се в тях хром. Някои марки съдържат също никел, молибден, азот или други легиращи елементи, за да се подобри производителността им в специфични среди.

Корозионната устойчивост е важна, защото тръба, която първоначално отговаря на изискванията за налягане, може да стане небезопасна, ако корозията постепенно намали дебелината на стената ѝ.

Правилната марка зависи от условията на процеса, включително:

• Концентрация на хлориди
• Киселина или алкалност
• Влажност
• Химически състав
• Скорост на флуида
• Работна температура
• Контакт с кислород
• Почистващи химикали
• Външни атмосферни условия

При тежки условия на експлоатация купувачите може да имат нужда от допълнителна оценка на корозията, изпитване на материала или корозионен запас.

7. Безшевни тръби могат да поддържат критични индустриални приложения

Безшевните тръби се използват в различни изискващи индустриални среди, когато съответната спецификация го разрешава.

Често срещани приложения включват:

Петрол и газ

Безшевните тръби могат да се използват за технологични тръбопроводи, събирателни системи, тръбопроводи за течности под високо налягане и връзки към оборудване. Изборът на материал трябва да взема предвид налягането, температурата, въглеводородите, сероводорода, хлоридите и други условия на експлоатация.

Химична обработка

Химическите заводи могат да изискват тръбопроводи, които устойчиви както на налягане, така и на агресивни технологични среди. Неръждаемата стомана и сплавите за безшевни тръби могат да се разглеждат, когато са важни корозионната устойчивост и механичните характеристики.

Производство на електричество

Топлоелектроцентрали използват тръбопроводи под налягане за пара, вода, подавана вода и други високотемпературни приложения. Тръбите трябва да отговарят на изискванията на съответните стандарти за тръбопроводи и материали за енергетика.

Петрохимична обработка

Рефинериите и петрохимичните заводи често работят при високи температури, промени на налягането и корозивни вещества. За определени технологични и утилитарни тръбопроводи може да се избере безшевна тръба.

Индустриално оборудване

Безшевните тръби могат да се използват в хидравлични системи, топлообменници, оборудване за работа под налягане, машини и специализирани промишлени сглобки.

Правилното приложение зависи от стандартите за продукта и инженерния проект. Не всяка безшевна тръба е подходяща за всеки системен контур под налягане.

8. Качеството на производството влияе върху надеждността

Работоспособността на безшевната тръба силно зависи от качеството на производството. Дори и при липса на заваръчен шев тръбата може да съдържа дефекти, причинени от нискокачествена заготовка, неправилно формоване, неподходяща термична обработка или недостатъчна довършителна обработка.

Важни производствени контроли могат да включват:

• Инспекция на суровини
• Проверка на химичния състав
• Контролирано пробиване и валцоване
• Контрол на термичната обработка
• Размерна инспекция
• Проверка на повърхностите
• Механични тестове
• Хидростатично тестирание
• Неразрушителни изпитвания
• Тraceabilitet на материали

Изискванията за качество трябва да бъдат уговорени преди производството. Покупателите също трябва да потвърдят дали производителят може да предостави протоколи от инспекции, сертификати за материала и документация за извършени изпитания.

Надежден доставчик трябва да може да идентифицира номера на топлинната обработка на материала и да свърже доставената тръба с нейните производствени и инспекционни записи.

9. Изпитванията помагат за потвърждаване на налягането

Изпитванията предоставят доказателства, че тръбата отговаря на съгласуваните технически изисквания. Точният вид изпитвания зависи от стандартa за продукта, класа, размера, приложението и проектната спецификация.

Възможните изпитвания включват:

Химичен анализ

Химичният анализ проверява дали съставът на материала съответства на посочения клас.

Тегови изпитвания

Изпитването на опън оценява свойства като якост при опън и граница на текучест.

Тестване на твърдост

Изпитването на твърдост може да се изисква за определени материали или приложения.

Хидростатично тестирание

Хидростатичното изпитване използва течностно налягане, за да се провери цялостността при налягане и да се идентифицират течове или недопустими дефекти.

Неразрушителни изпитвания

Неразрушителното изпитване може да включва вихрови токове, ултразвук или други методи за откриване на несъвършенства без повреждане на продукта.

Размерна инспекция

Контролът на размерите потвърждава външния диаметър, дебелината на стената, дължината, овалността и други задължителни допуски.

Потвърждение на термичната обработка

Документите за термична обработка могат да са важни за неръждаема стомана, легирана стомана и специализирани високотемпературни приложения.

Например ASTM A312 включва изисквания, свързани с химичния състав, механичните свойства, термичната обработка и хидростатичното или неразрушително електрическо изпитване на описаните продукти от тръби от неръждаема стомана.

10. Приложимите стандарти определят изискванията към продукта

Промишлените покупатели трябва да посочват правилния стандарт вместо да поръчват само „тръби под високо налягане без шев“.

В зависимост от приложението, свързаните стандарти могат да включват:

• ASTM A312 за тръби от аустенитна неръждаема стомана
• ASTM A213 за тръби за котли, тръби за пре-гряващи устройства и тръби за топлообменници
• ASTM A269 за определени приложения на тръби от неръждаема стомана
• ASTM A790 за тръби от дуплексна неръждаема стомана
• ASTM A106 за безшевни тръби от въглеродна стомана за употреба при високи температури
• API 5L за тръби за нефт и газ
• EN 10216-5 за определени безшевни тръби от неръждаема стомана
• ASME B31.1 за тръбопроводи за енергийни инсталации
• ASME B31.3 за технологични тръбопроводи
• ASME B31.4 за тръбопроводи за транспортиране на течности
• ASME B31.8 за тръбопроводи за транспортиране на газ

Правилният стандарт зависи от типа тръба и областта на употреба. Тръби, тръбни изделия, оборудване под налягане и тръбопроводни продукти могат да имат различни изисквания към размерите, изпитванията и документацията.

Най-новото приложимо издание трябва да се потвърждава по време на проектирането и поръчката.

11. Качеството на монтажа също е важно

Висококачествена безшевна тръба все още може да срещне проблеми, ако монтажът не се контролира правилно.

Възможните рискове при монтажа включват:

• Неправилни процедури за заваряване
• Лоша подравненост
• Прекомерно огъване
• Недостатъчни тръбни опори
• Неправилна сглобка на фланци
• Неподходящ избор на уплътнителна лента
• Остатъчни напрежения
• Вибрация
• Ограничения при термично разширение
• Замърсяване по време на производството

Въпреки че тръбата сама по себе си няма надлъжна заваръчна шев, в полето може да се наложи допълнително заваряване за свързването ѝ с други компоненти. Заваръчните процедури, топлинният вход, следзаваръчната обработка и инспекцията трябва да отговарят на изискванията на проекта.

Трябва да се оцени цялата тръбопроводна система, а не само отделната тръба.

12. Правилната поддръжка намалява механичното напрежение

Вътрешното налягане е само един от видовете натоварване, действащи върху промишлените тръби. Тръбопроводната система може също така да изпитва:

• Тегло на тръбата
• Тегло на течността
• Термично разширение
• Вятърни натоварвания
• Вибрация
• Сейсмични натоварвания
• Движение на оборудването
• Ударно налягане
• Външно въздействие

Неправилното разстояние между опорите може да предизвика огъващо напрежение и локална деформация. Излишната вибрация също може да допринесе за уморителен отказ.

Инженерите трябва да вземат предвид местата за поддържане, котвите, водачите, компенсаторите и гъвкавите връзки, когато това е уместно.

Безшевната тръба, избрана за високо налягане, трябва да бъде интегрирана в пълна система, проектирана за всички очаквани натоварвания.

Какво трябва да включи B2B покупателят в заявката си за оферта?

При закупуване на безшевни тръби за промишлени приложения с високо налягане заявката за оферта трябва да съдържа максимално количество техническа информация.

Важни подробности включват:

• Вид продукт
• Безшевно или студено теглено изпълнение
• Марка на материала
• Применяем стандарт
• Външен диаметър
• Номинален размер на тръбата
• Дебелина на стената или график на дебелината
• Дължина на тръбата
• Проектно налягане
• Температура на проектиране
• Работна среда
• Корозионни условия
• Изисквана повърхностна обработка
• Изисквания за термична обработка
• Изисквания за хидростатично изпитване или неразрушителен контрол (NDT)
• Механични тестове
• Сертификати за материали
• Документация за инспекция
• Изисквания за опаковане
• Място на доставка
• Искано количество

Колкото по-пълна е заявката за оферта, толкова по-лесно е за производителя да препоръча подходящ продукт и да подготви точна оферта.

Заключение

Безшевните тръби могат да функционират ефективно в индустриални среди с високо налягане, тъй като непрекъснатата им конструкция елиминира надлъжния заваръчен шев и осигурява надеждна производителност при налягане в изискващи условия.

Обаче безшевната конструкция е само една част от безопасно тръбопроводно решение. Окончателната производителност зависи от класа на материала, дебелината на стената, работната температура, корозионната устойчивост, качеството на производството, изпитанията, монтажа и приложимия проектен стандарт.

За индустриалните купувачи най-добрият подход е да избират безшевни тръби според пълната спецификация за употреба, а не само въз основа на номиналните стойности за налягане или имената на материала. Квалифициран производител трябва да може да предостави необходимите размери, класове, изпитания, документация и поддръжка за персонализация за проекта.