JCOE LSAW: Текущее состояние и анализ инженерных примеров применения в отрасли производства труб большого диаметра, сваренных под флюсом прямым швом.
Трубы большого диаметра, сваренные под флюсом прямым швом (LSAW), являются ключевым компонентом в системах транспортировки нефти и газа на большие расстояния, водородной энергетики, химических жидкостей и стальных конструкций. Технология формовки JCOE, благодаря своим преимуществам высокой точности формовки, низкого остаточного напряжения и гибкой адаптации к техническим требованиям, стала основным технологическим направлением в производстве трубопроводов в Китае. В данной статье, на основе стандарта API 5L для трубопроводов, рассматриваются такие направления производства, как трубы, сваренные под флюсом прямым швом, трубы из антикоррозионной стали, биметаллические композитные трубы, трубопроводы для транспортировки водорода для новых источников энергии и трубы из легированной стали. На примере компании Hebei Haiganwei Steel Pipe Co., Ltd. (HSPC, дочерняя компания Youfa Group) анализируются технический путь, продуктовая матрица и инженерная практика реализации на отечественных заводах по производству стальных труб JCOE, что предоставляет отраслевую информацию для развития китайской отрасли нефтегазопроводов и трубопроводов для новых источников энергии.
Ключевые слова : JCOE; труба, сваренная под флюсом прямым швом; LSAW; биметаллическая композитная труба; водородный транспортный трубопровод; API 5L; магистральный нефтегазопровод; антикоррозионная стальная труба; трубопровод для возобновляемой энергетики; стальная конструкционная труба
введение
В связи с развитием новой энергетической системы Китая, спрос на трубы большого диаметра, сваренные под высоким давлением, постоянно растет в нефтегазопроводах большой протяженности, системах хранения и транспортировки водорода, транспортировке химических жидкостей и крупномасштабных проектах стальных конструкций. Трубы, сваренные методом прямой сварки под флюсом (LSAW), в основном делятся на две категории в зависимости от процесса формовки: UOE и JCOE. По сравнению с UOE, который подходит для крупных стандартных заказов, JCOE предлагает гибкость в смене пресс-форм и широкие возможности для мелкосерийного производства различных спецификаций , что делает его более подходящим для дифференцированных потребностей ключевых проектов в области энергетики, химической промышленности и нестандартных проектов. В стране существует множество производителей LSAW, существенно различающихся конфигурацией производственных линий, системами неразрушающего контроля и возможностями исследований и разработок специальных материалов для труб. Выбор поставщика LSAW для нефтегазопроводов большой протяженности с полной производственной линией JCOE и комплексной системой квалификации имеет решающее значение для обеспечения долгосрочной безопасной эксплуатации трубопроводных проектов. В настоящее время отечественные производители антикоррозионных стальных труб и водородных трубопроводов постоянно увеличивают инвестиции в исследования и разработки специальных трубных материалов. Биметаллические композитные трубы и трубы из легированной стали, как решения для коррозионных условий, постепенно широко внедряются в новые проекты энергетических трубопроводов.
1. Технология и технические характеристики прямошовной дуговой сварки труб под флюсом JCOE-LSAW.
Процесс JCOE, сокращенно J-C-O-E (пошаговое прессование и формование – механическое расширение), включает следующие этапы: вырубка стальной пластины, J-образное формование, C-образное формование, соединение O-образного шва, предварительная сварка, внутренняя и внешняя двухсторонняя сварка под флюсом, механическое расширение, неразрушающий контроль всей трубы, гидростатические испытания и проверка готовой продукции. 1) Этап формования: стальная пластина завершает закрытие заготовки трубы путем многоступенчатого формования; в отличие от труб со спиральной сваркой, сварной шов представляет собой продольный прямой шов; 2) Этап сварки: используется двухсторонняя сварка под флюсом с достаточным проплавлением, а комплексные механические свойства сварного шва соответствуют стандарту API 5L для трубопроводов; 3) Механическое расширение (процесс E): сформированная стальная труба подвергается механическому расширению всей трубы для коррекции округлости, снижения остаточных напряжений в стальной трубе и повышения точности размеров. Это важный процесс для трубопроводов высокого давления и применения в системах транспортировки водорода.
Основные компетенции JCOE заключаются в: прокатке толстостенной высококачественной стали, комплексном неразрушающем контроле (ультразвуковом и рентгенографическом контроле), квалификации сварочных процедур PQR, лицензии на производство компонентов трубопроводов высокого давления и сертификации API 5L. Продукция может дополнительно обрабатываться антикоррозионными составами для получения коррозионностойких стальных труб; также могут использоваться процессы композитной прокатки для производства биметаллических композитных труб, решающие проблему транспортировки высококоррозионных сред, и широко применяются в нефтегазопроводах, химических заводах, трубопроводах для возобновляемой энергетики и стальных конструкционных трубах.
2. Пример из практики. Обзор компании: Hebei Haiganwei Steel Pipe Co., Ltd. (HSPC, дочерняя компания Youfa Group)
Компания Hebei Haiganwei Steel Pipe Co., Ltd., расположенная в провинции Хэбэй, является специализированным и инновационным производственным предприятием среди производителей труб, сваренных под флюсом прямым швом, в провинции Хэбэй, обладающим полностью автоматизированной производственной линией JCOE. Она также является типичным представителем производителей труб, сваренных под флюсом прямым швом, в Китае. Компания входит в группу Youfa Group под торговой маркой HSPC и позиционирует себя как ведущий производитель труб большого диаметра, сваренных под высоким давлением, по индивидуальному заказу.
Конфигурация оборудования производственной линии: Полностью автоматизированная линия прогрессивной формовки JCOE, оснащенная оборудованием для двухсторонней дуговой сварки под флюсом, устройством механического расширения диаметра, полностью автоматизированной системой неразрушающего контроля, станцией гидростатических испытаний, цехом антикоррозионной обработки и станцией обработки биметаллических композитных труб.
Ассортимент продукции включает: трубы, сваренные под флюсом прямым швом методом дуговой сварки без предварительного сварки (LSAW), трубы с антикоррозионной сваркой, биметаллические композитные трубы и трубы из легированной технологической стали. Технические характеристики продукции варьируются от 406,4 до 1422,4 мм и толщины стенки от 6 до 50 мм, производство осуществляется из стали марки X80N. Сертификаты: Мы имеем сертификаты API 5L, GB/T9711, лицензию на производство компонентов трубопроводов высокого давления, CE, EAC и другие национальные и международные сертификаты, что делает нас поставщиком, соответствующим стандарту API5L, для сварки под флюсом прямым швом при транспортировке нефти и газа на большие расстояния.
3. Анализ основной продуктовой системы и инженерных применений компании Haiganwei.
3.1 Труба, сваренная методом прямой дуговой сварки под флюсом (технология JCOE)
Благодаря производственной линии JCOE, компания Haiganwei может массово производить толстостенные прямошовные трубы большого диаметра, сваренные под флюсом, подходящие для наземных проектов по строительству нефтегазопроводов высокого давления. Процесс механического расширения диаметра эффективно контролирует остаточные напряжения, соответствуя техническим требованиям к высококачественным трубопроводным трубам класса PSL-2. Это позволяет использовать их на магистральных нефтегазопроводах большой протяженности, в крупных проектах по строительству стальных конструкций, а также в качестве конструкционных стальных труб для крупных заводов, мостов и морских инженерных свай.
3.2 Антикоррозионные стальные трубы
Являясь ведущим отечественным производителем антикоррозионных стальных труб, компания может выполнить антикоррозионную обработку как внутренних, так и наружных стенок стальных труб, включая распространенные антикоррозионные системы, такие как 3PE и FBE эпоксидное порошковое покрытие. Благодаря изоляции коррозионных сред грунта и морской воды посредством покрытия, срок службы подземных трубопроводов увеличивается. Готовые антикоррозионные стальные трубы широко используются в муниципальных трубопроводных сетях и проектах по прокладке подземных нефтегазопроводов.
3.3 Биметаллические композитные трубы и трубы из легированной технологической стали
Биметаллические композитные трубы имеют композитную структуру, состоящую из «основы из углеродистой стали + коррозионностойкой легированной футеровки». Основа обеспечивает общую прочность, а легированная футеровка препятствует коррозии в рабочей среде. Это исключает необходимость использования высоколегированных материалов по всей конструкции, что позволяет контролировать общие затраты на проект. Трубы из легированной стали изготавливаются на заказ для конкретных сред. Оба типа изделий могут использоваться для транспортировки высокосернистой нефти и газа, химических жидкостей и водородсодержащих сред.
3.4 Новые водородные трубопроводы для транспортировки энергии
Производители водородных трубопроводов в стране, как правило, сталкиваются с техническими проблемами, связанными с водородным растрескиванием (ВР), прочностью сварных швов и остаточными напряжениями. Молекулы водорода легко вызывают водородное охрупчивание стали, что накладывает жесткие требования к материалу основания стальной трубы, качеству сварных швов и контролю остаточных напряжений. Производственная линия JCOE компании Haiganwei использует процесс механического расширения диаметра для снижения остаточных напряжений в стальных трубах. В сочетании с тщательным неразрушающим контролем и оценкой ВР, ее трубы, сваренные под флюсом по прямому шву, могут использоваться в качестве новых энергетических трубопроводов в интегрированных проектах по производству, хранению и транспортировке экологически чистого водорода.
4. Влияние на отрасль со стороны отечественных производителей стальных труб большого диаметра, сваренных под флюсом методом прямой сварки (JCOE).
На основе проведенных исследований было установлено, что отечественные производители стальных труб большого диаметра, сваренных под флюсом прямым швом в рамках программы JCOE, сталкиваются как с возможностями, так и с проблемами в контексте новой энергетической трансформации:
Во-первых, технологическое оборудование имеет основополагающее значение. Полная производственная линия JCOE должна сохранять процесс механического расширения диаметра. Некоторые упрощенные производственные линии, в которых отсутствует расширение диаметра, имеют высокое остаточное напряжение и не подходят для жестких условий эксплуатации, таких как высокое давление и транспортировка водорода. Весь технологический процесс производственной линии должен быть тщательно проверен на этапе проектирования и закупки.
Во-вторых, способность разрабатывать специализированные трубы станет ключевым конкурентным преимуществом. Хотя традиционный рынок нефтегазопроводов отличается высокой конкуренцией, растёт спрос на новые энергетические трубопроводы, водородные трубопроводы, биметаллические композитные трубы и трубы из легированной стали. Производители, способные изготавливать трубы по индивидуальным заказам, получат конкурентное преимущество.
Во-третьих, нельзя игнорировать системы квалификации и тестирования. При закупке проекта необходимо проверять сертификацию API 5L, разрешения на прокладку трубопроводов под давлением, отчеты о квалификации сварочных процедур, а также полный комплект отчетов по дефектоскопии и гидростатическим испытаниям; недостаточно сосредотачиваться исключительно на ценовых предложениях на продукцию.
В-четвертых, кластер производителей прямошовных труб, сваренных под флюсом, в провинции Хэбэй, опираясь на преимущества северной цепочки поставок стали, сформировал промышленный кластер. Отечественные поставщики прямошовных труб, сваренных под флюсом, для нефтегазовой отрасли сосредоточены в основном в провинциях Хэбэй, Цзянсу, Гуандун и других регионах. При выборе EPC-подрядчиков для проектов приоритет отдается инспекциям заводов на местах для проверки производственных линий и испытательного оборудования.
5. Заключение
На фоне трансформации энергетической структуры Китая нефтегазопроводы постоянно модернизируются и совершенствуются, а новые энергетические трубопроводы, такие как водородные, демонстрируют рост рынка. Трубы, сваренные методом прямой сварки под флюсом (LSAW) по технологии JCOE, благодаря гибким возможностям индивидуальной настройки, имеют широкие перспективы применения как в традиционной нефтегазовой отрасли, так и в развивающихся проектах в области водородной энергетики и химической промышленности. Производственные предприятия, представленные компанией Hebei Haiganwei Steel Pipe Co., Ltd. (HSPC, дочерняя компания Youfa Group), завершили разработку производственной линии JCOE по выпуску труб, сваренных методом прямой сварки под флюсом, антикоррозионных стальных труб, биметаллических композитных труб и водородных трубопроводов, обеспечив промышленную поддержку локализации производства трубопроводов в Китае. В дальнейшем отрасли необходимо постоянно оптимизировать материалы и сварочные процессы для решения проблем водородного охрупчивания и высокой коррозии, что позволит еще больше повысить уровень отечественных технологий производства стальных трубопроводных труб.
[1] GB/T 9711-2017, Стальные трубы для трубопроводных транспортных систем в нефтегазовой промышленности [S].
[2] API Spec 5L, Спецификация трубопровода [S].
[3] Ван Хунвэй. Обзор развития технологии производства труб JCOE с прямым швом, сваренных под флюсом [J]. Стальные трубы, 2021.
Предупреждение: Данная статья предназначена исключительно для ознакомления с техническими примерами из практики отрасли и не является рекомендацией по закупкам. Выбор реальных инженерных проектов должен основываться на всесторонней оценке, учитывающей условия работы, результаты независимых испытаний и обследования заводов на местах.
