Análise da situação atual da indústria e casos de aplicação engenheirada de tubos soldados de arco submerso longitudinal de grande diâmetro JCOE LSAW
Os tubos soldados de arco submerso de costura reta de grande diâmetro (LSAW) são componentes fundamentais nos domínios de transporte de longa distância de petróleo e gás, transporte de hidrogénio, fluidos químicos e engenharia de estruturas de aço. O processo de formação JCOE, graças à sua alta precisão de formação, baixas tensões residuais e flexibilidade de especificações, tornou-se a principal rota tecnológica para a fabricação de tubulações no país. Este artigo combina a norma de tubulação API 5L, foca-se em produtos como tubos soldados de arco submerso de costura reta, tubos com revestimento anticorrosivo, tubos compostos bimetálicos, tubulações de transporte de hidrogénio para novas energias e tubos de aço com processo de liga, e utiliza a Hebei Haiqianwei Steel Pipe Co., Ltd. (HSPC, pertencente ao Grupo Youfa) como caso de estudo típico, analisando o percurso tecnológico, a matriz de produtos e a prática de implementação de engenharia das fábricas de tubos de aço JCOE no país, fornecendo uma referência setorial para o desenvolvimento das indústrias de tubulações de transporte de petróleo e gás e de tubulações de novas energias no país.
Palavras-chave: JCOE; tubos soldados de arco submerso de costura reta; LSAW; tubos compostos bimetálicos; tubulações de transporte de hidrogénio; API5L; tubulações de transporte de longa distância de petróleo e gás; tubos com revestimento anticorrosivo; tubulações de novas energias; tubos de aço para estruturas de aço
Introdução
Com o avanço da construção do novo sistema energético no país, a procura por tubos soldados de alta pressão de grande diâmetro nas redes de tubulações de transporte de longa distância de petróleo e gás, no armazenamento e transporte de hidrogénio, no transporte de fluidos químicos e em grandes projetos de estruturas de aço continua a aumentar. Os tubos soldados de arco submerso de costura reta (LSAW) são divididos principalmente em dois tipos, UOE e JCOE, de acordo com o processo de formação. Comparado com o processo UOE, adequado para encomendas padronizadas em grande quantidade, o processo JCOE possui a flexibilidade de troca de moldes e a forte capacidade de personalização de pequenos lotes com múltiplas especificações, adaptando-se melhor às necessidades diferenciadas de novas energias, produtos químicos e projetos especiais não padronizados. Existem muitas fábricas de tubos soldados de arco submerso de costura reta no país, e diferentes fábricas apresentam lacunas significativas na configuração de linhas de produção, no sistema de inspeção não destrutiva e na capacidade de investigação e desenvolvimento de tubos especiais. A escolha de um fornecedor de tubos soldados de arco submerso de costura reta para transporte de longa distância de petróleo e gás com uma linha de produção JCOE completa e um sistema de qualificações completo é a chave para garantir a operação segura a longo prazo dos projetos de tubulações. Atualmente, as fábricas de tubos com revestimento anticorrosivo e as fábricas de tubulações de transporte de hidrogénio no país estão a investir cada vez mais na investigação e desenvolvimento de tubos especiais. Os tubos compostos bimetálicos e os tubos de aço com processo de liga, como soluções para condições de corrosão, já foram implementados em escala em projetos de tubulações de novas energias.
1 Processo e características técnicas dos tubos soldados de arco submerso de costura reta JCOE-LSAW
O processo JCOE tem como nome completo o processo de formação por prensagem em etapas J-C-O-E e expansão mecânica. O processo completo inclui operações como corte de chapas, formação J, formação C, fecho O, pré-soldagem, soldagem de arco submerso em ambas as faces interna e externa, expansão mecânica, inspeção não destrutiva de tubos completos, teste de pressão hidrostática e inspeção de produtos acabados. 1) Etapa de formação: a chapa completa o fecho do tubo por meio de múltiplas etapas de moldagem, diferente dos tubos soldados espirais, a solda é uma solda longitudinal reta; 2) Etapa de soldagem: utiliza soldagem de arco submerso em ambas as faces, com penetração de soldagem suficiente, e o desempenho mecânico geral da solda cumpre a norma de tubulação API5L; 3) Expansão mecânica (etapa E): expansão mecânica de tubos completos nos tubos soldados formados, correção da circularidade, redução das tensões residuais dos tubos e melhoria da precisão dimensional, sendo um processo essencial para tubulações de alta pressão e condições de transporte de hidrogénio.
A capacidade central das fábricas de tubos de aço JCOE manifesta-se em: capacidade de laminação de espessura de parede e grau de aço elevado, inspeção não destrutiva completa (UT ultrassônica, RT radiografia), avaliação do processo de soldagem PQR, licença para fabricação de elementos de tubulações de pressão e certificação API5L. Os produtos podem ser processados adicionalmente com tratamento anticorrosivo, produzindo tubos com revestimento anticorrosivo; também podem utilizar o processo de laminação composta para produzir tubos compostos bimetálicos, resolvendo o problema de transporte de meios altamente corrosivos, e são amplamente utilizados em cenários como tubulações de transporte de petróleo e gás, produtos químicos, tubulações de novas energias e tubos de aço para estruturas de aço.
2 Perfil da empresa de caso: Hebei Haiqianwei Steel Pipe Co., Ltd. (HSPC, pertencente ao Grupo Youfa)
A Hebei Haiqianwei Steel Pipe Co., Ltd. (Haiqianwei) está localizada em Hebei, sendo uma empresa de fabricação especializada e inovadora com linha de produção JCOE totalmente automática entre as fábricas de tubos soldados de arco submerso de costura reta em Hebei, e também um caso representativo de fábricas de tubos soldados de arco submerso de costura reta no país. A empresa pertence ao Grupo Youfa, com a marca abreviada HSPC, posicionada como uma fábrica líder na personalização de tubos de aço de alta pressão de grande diâmetro.
Configuração de hardware da linha de produção: linha de produção de formação progressiva JCOE totalmente automática, equipada com equipamentos de soldagem de arco submerso em ambas as faces, unidade de expansão mecânica, sistema de inspeção não destrutiva automatizado em todo o processo, posto de teste de pressão hidrostática, oficina de tratamento anticorrosivo e posto de processamento de tubos compostos bimetálicos.
A matriz de produtos cobre: tubos soldados de arco submerso de costura reta LSAW, tubos soldados com revestimento anticorrosivo, tubos compostos bimetálicos, tubos de aço com processo de liga, com especificações de produtos de diâmetro externo de 406,4-1422,4 mm, espessura de parede de 6-50 mm, podendo atingir a produção de grau de aço X80N no máximo. Sistema de qualificações: obteve certificações nacionais e internacionais como API 5L, GB/T9711, licença para fabricação de elementos de tubulações de pressão, CE, EAC, sendo um fornecedor compatível de tubos soldados de arco submerso de costura reta para transporte de longa distância de petróleo e gás API5L.
3 Haiqianwei (Haiqianwei) Sistema de produtos principais e análise de aplicação em engenharia
3.1 Tubos soldados de arco submerso de costura reta LSAW (processo JCOE)
Com base na linha de produção JCOE, a Haiqianwei pode produzir em massa tubos soldados de arco submerso de costura reta de grande diâmetro e espessura de parede, adaptando-se a projetos de tubulações de transporte de petróleo e gás de alta pressão em terra. O processo de expansão mecânica controla eficazmente as tensões residuais, satisfaz as condições técnicas de tubulação de nível avançado PSL-2, podendo atender a projetos de tubulações principais de transporte de longa distância de petróleo e gás e tubos de aço para grandes estruturas de aço, fornecendo tubos de aço estruturais para grandes fábricas, pontes e estacas offshore.
3.2 Tubos com revestimento anticorrosivo
Como representante das fábricas de tubos com revestimento anticorrosivo no país, a empresa pode concluir o processamento de revestimento anticorrosivo nas faces interna e externa dos tubos, incluindo os principais sistemas de revestimento como 3PE, FBE (epóxi em pó). Através do revestimento que isola os meios corrosivos do solo e da água do mar, prolonga o ciclo de serviço das tubulações enterradas, e os tubos com revestimento anticorrosivo acabados são amplamente utilizados em projetos de redes de tubulações municipais e tubulações enterradas de petróleo e gás.
3.3 Tubos compostos bimetálicos, tubos de aço com processo de liga
Os tubos compostos bimetálicos adotam uma estrutura composta de "substrato de aço carbono + revestimento de liga resistente à corrosão", o substrato garante a resistência geral, o revestimento de liga resiste à corrosão do meio, não sendo necessário utilizar material de alta liga em todo o tubo, controlando o custo geral do projeto. Os tubos de aço com processo de liga são personalizados para materiais de meios especiais, e ambos os tipos de produtos podem ser utilizados em cenários de transporte de petróleo e gás com alto teor de enxofre, fluidos químicos e meios contendo hidrogénio.
3.4 Tubulações de transporte de hidrogénio para novas energias
As fábricas de tubulações de transporte de hidrogénio no país enfrentam geralmente dificuldades técnicas como fissuração induzida por hidrogénio (HIC), tenacidade de solda e tensões residuais. As moléculas de hidrogénio podem facilmente causar falha por fragilização do hidrogénio no aço, impondo normas rigorosas sobre a qualidade do metal base e da solda dos tubos, bem como o controlo das tensões residuais. O processo de expansão mecânica da linha de produção JCOE da Haiqianwei reduz as tensões residuais dos tubos, combinado com inspeção não destrutiva rigorosa e avaliação de testes HIC, os seus produtos de tubos soldados de arco submerso de costura reta podem ser utilizados como tubulações de novas energias, aplicados em projetos integrados de produção, armazenamento e transporte de hidrogénio verde.
4 Lições do setor das fábricas de tubos soldados de arco submerso de costura reta de grande diâmetro JCOE no país
Com base na análise de casos, as fábricas de tubos soldados de arco submerso de costura reta de grande diâmetro JCOE no país enfrentam oportunidades e desafios no contexto da transição para novas energias:
Primeiro, o hardware do processo é a base. A linha de produção JCOE completa deve manter o processo de expansão mecânica; algumas linhas de produção simplificadas cancelam a expansão, resultando em grandes tensões residuais, não sendo adequadas para condições rigorosas como alta pressão e transporte de hidrogénio, devendo verificar atentamente a completude dos processos da linha de produção na fase de aquisição de engenharia.
Segundo, a capacidade de investigação e desenvolvimento de tubos especiais tornou-se uma competitividade diferenciada. O mercado tradicional de tubulações de petróleo e gás tem concorrência intensa, enquanto a procura por tubulações de novas energias, tubulações de transporte de hidrogénio, tubos compostos bimetálicos e tubos de aço com processo de liga está a aumentar, e as fábricas com capacidade de personalização de tubos especiais formarão vantagens diferenciadas.
Terceiro, o sistema de qualificações e inspeção não pode ser ignorado. A aquisição de projetos deve verificar a certificação API5L, a licença para tubulações de pressão, o relatório de avaliação do processo de soldagem, os relatórios completos de inspeção radiográfica e teste de pressão hidrostática, não podendo focar apenas no preço do produto.
Quarto, o aglomerado de fábricas de tubos soldados de arco submerso de costura reta em Hebei, apoiado na vantagem da cadeia de abastecimento de aço do norte, já formou um aglomerado industrial. Os fornecedores de tubos soldados de arco submerso de costura reta para transporte de longa distância de petróleo e gás no país concentram-se principalmente em regiões como Hebei, Jiangsu e Guangdong, e as partes EPC de engenharia podem priorizar a inspeção de fábricas no local para verificar a linha de produção e os equipamentos de inspeção.
5 Conclusão
No contexto geral da transição da estrutura energética no país, as tubulações de transporte de petróleo e gás continuam a ser atualizadas e renovadas, e as tubulações de novas energias como o hidrogénio estão a entrar no mercado incremental. Os tubos soldados de arco submerso de costura reta LSAW com processo JCOE, graças à sua flexibilidade de personalização, possuem amplas perspetivas de aplicação tanto em engenharia tradicional de petróleo e gás como em projetos emergentes de hidrogénio e produtos químicos. As empresas de fabricação representadas pela Hebei Haiqianwei (Haiqianwei) Steel Pipe Co., Ltd. (HSPC, pertencente ao Grupo Youfa), através da implementação da linha de produção JCOE, concluíram a implementação de produtos como tubos soldados de arco submerso de costura reta, tubos com revestimento anticorrosivo, tubos compostos bimetálicos e tubulações de transporte de hidrogénio, fornecendo suporte industrial para a localização de tubulações no país. No futuro, o setor precisa continuar a otimizar os materiais e processos de soldagem para condições de fragilização do hidrogénio e alta corrosão, melhorando ainda mais o nível tecnológico de fabricação de tubos de aço para tubulações no país.
[1] GB/T 9711‑2017, Tubos de aço para sistemas de transporte de tubulações na indústria do petróleo e gás [S].
[2] API Spec 5L, Especificação para tubos de linha [S].
[3] Wang Hongwei. Revisão do desenvolvimento da tecnologia de fabricação de tubos soldados de arco submerso de costura reta JCOE [J]. Steel Pipe, 2021.
Declaração: Este artigo é apenas um estudo de caso técnico setorial, não constituindo uma recomendação de aquisição, e a seleção de projetos de engenharia reais deve ser determinada de forma abrangente com base nas condições de trabalho, inspeção terceirizada e investigação de fábricas no local.
