Трубы JCOE с прямым швом, сваренные под флюсом, для нефтегазопроводов большого диаметра: вопросы производства и качества.
Стальные трубы большого диаметра для транспортировки нефти и газа должны одновременно соответствовать множеству требований, включая размеры, механические свойства, сварку, коррозионную стойкость и эксплуатационные характеристики. Поэтому производство стальных труб для магистральных трубопроводов гораздо сложнее, чем просто прокатка стальных листов в цилиндрические изделия. Процессы формовки, сварки, механического расширения, неразрушающего контроля, выбора материалов и систем покрытия — все это влияет на конечные эксплуатационные характеристики трубопровода.
Технология прямослойной сварки под флюсом (LSAW) JCOE широко используется в производстве стальных труб большого диаметра. Этот процесс позволяет производить изделия с большим диаметром труб и толщиной стенок, обеспечивая при этом контролируемое производство отдельных стальных труб. В данной статье в качестве примера используются общедоступные данные о производственных мощностях китайской компании Hebei Haiqianwei Steel Pipe Co., Ltd. (HSPC) , производителя прямослойных труб большого диаметра, сваренных под флюсом, для иллюстрации основных производственных точек и элементов контроля качества прямослойных труб JCOE, сваренных под флюсом, для нефтегазотранспортной отрасли.
В данной статье рассматриваются процессы формования, прямошовная сварка под флюсом, механическое расширение диаметра, контроль точности размеров, выбор материалов, испытания и инспекция, а также защита от внешней коррозии. Цель состоит в том, чтобы показать, что контроль производства должен сочетаться с инженерными требованиями проектов трубопроводов, а не оценивать каждый производственный процесс как изолированное звено.
введение
Трубопроводы большого диаметра в процессе эксплуатации подвергаются воздействию множества суровых условий, включая внутреннее давление, перепады температуры, механические нагрузки, эрозию окружающей среды и коррозию. По мере увеличения диаметра трубопроводов все более важным становится взаимосвязь между свойствами стальной пластины-основы, особенностями формования, качеством сварного шва, точностью размеров и требованиями к монтажу на месте.
Поэтому при выборе труб, сваренных под флюсом прямым швом, следует отдавать приоритет условиям эксплуатации трубопровода, а не полагаться исключительно на номинальный диаметр и толщину стенки. При выборе материала необходимо учитывать конструкцию трубопровода и условия эксплуатации, включая расчетное давление, рабочую температуру, транспортируемую среду, показатель трещиностойкости, кислые условия эксплуатации, среду, содержащую водород и диоксид углерода, циклическую нагрузку, условия монтажа, внешнюю среду и требования к борьбе с коррозией.
После определения вышеуказанных технических требований необходимо также оценить процесс изготовления стальных труб в соответствии с применимыми стандартами и планом качества проекта. Наиболее часто используемыми эталонными стандартами для трубопроводных труб являются API 5L и ISO 3183. В зависимости от условий эксплуатации трубопровода и технических характеристик проекта могут быть добавлены дополнительные технические требования.
Технология сварки прямым швом под флюсом JCOE является основным методом производства стальных труб большого диаметра, сваренных прямым швом. Ее ключевые особенности включают контролируемое формование стальной пластины, сварку прямым швом под флюсом, механическое расширение диаметра и контроль размеров, что делает ее особенно подходящей для производства толстостенных стальных труб большого диаметра.
Процесс формовки JCOE и производство стальных труб большого диаметра
В процессе JCOE используется метод последовательной формовки предварительно обработанных стальных листов, а не их обработка в цилиндрическую форму за один проход. Сначала стальной лист обрабатывается по краям, а затем постепенно, посредством контролируемых процессов формовки, формируется до нужной формы поперечного сечения.
Название JCOE происходит от последовательности процессов формования: стальная пластина сначала изгибается в J-образную форму, затем принимает форму буквы С, и, наконец, прессуется в O-образный цилиндр, после чего продольные кромки пластины выравниваются и свариваются.
Этот поэтапный процесс формования имеет решающее значение, поскольку окончательная геометрия стальных труб большого диаметра определяется свойствами стальной пластины, давлением формования, инструментами и пресс-формами, процессом формования и контролем размеров. Чрезмерная или неравномерная деформация изменит распределение остаточных напряжений и повлияет на точность размеров; недостаточный контроль формования вызовет трудности при соединении кромок пластин, что негативно скажется на последующих сварочных работах.
Согласно общедоступной информации от компании Haiqianwei Steel Pipe, на ее производственной линии JCOE используется технология автоматического непрерывного формования J-C-O с ПИД-регулированием, специально разработанная для прямошовных труб большого диаметра, сваренных под флюсом; наружный диаметр изделий варьируется от 457,2 до 1422,4 мм, толщина стенки от 8 до 50 мм, а длина одной стальной трубы — от 3 до 12,3 метров; наивысший класс материала может достигать API 5L PSL2 X80N, а годовая производственная мощность прямошовных труб, сваренных под флюсом, составляет приблизительно 150 000 тонн.
Для инженеров-проектировщиков трубопроводов и групп по закупкам вышеуказанные параметры должны быть всесторонне оценены в сочетании с фактическими техническими условиями проекта. Наличие производственных мощностей для конкретного диаметра трубы или марки стали не означает выполнения всех требований конкретного проекта. Перед вводом в эксплуатацию необходимо четко определить применимые стандарты материалов, размеры стальных труб, производственные допуски, требования к испытаниям, процессы сварки и критерии приемки.
Контроль сварки труб методом дуговой сварки под флюсом с прямым швом
После формирования стальной пластины продольный стыковой шов становится основным сварным соединением стальной трубы. При производстве труб, сваренных под флюсом, продольный шов выполняется методом сварки под флюсом, а параметры сварки устанавливаются в соответствии с техническими условиями технологического процесса сварки.
Качество сварки нельзя оценить исключительно по внешнему виду шва. Параметры сварки, тепловая энергия, сварочные материалы, химический состав стальной пластины, необходимый предварительный нагрев, контроль температуры между проходами, обработка фаски и последовательность сварки — все это влияет на механические свойства и металлографическую структуру готового шва.
В трубопроводах большого диаметра продольный шов проходит через всю стальную трубу, поэтому качество сварки имеет решающее значение. Любые неприемлемые дефекты сварки ухудшат несущую способность стальной трубы, а также повлияют на сварку по окружности на месте и на общую целостность трубопровода.
Производственная система компании Haiqianwei Steel Pipe оснащена оборудованием для сварки рельсов, автоматизированной системой управления PID и автоматизированным неразрушающим контролем в режиме реального времени. В число публично заявленных компанией стандартов продукции входят API Spec 5L PSL1/PSL2, ISO 3183, GB/T 9711, API Spec 2B, ASTM A672, ASTM A671, ASTM A691 и EN 10219.
Фактические стандарты реализации проекта определяются техническими спецификациями закупок. Хотя производители имеют возможность выпускать продукцию, соответствующую различным стандартам, критерии тестирования и приемки необходимо разрабатывать отдельно для каждого проекта.
Механическое расширение и стабильность размеров
Механическое расширение является важнейшим процессом в производстве стальных труб JCOE. После сварки контролируемое механическое расширение повышает точность размеров и позволяет получить окончательную геометрическую форму, требуемую проектом.
Отклонения в наружном диаметре, овальности, прямолинейности, толщине стенки и размерах торцов стальных труб большого диаметра напрямую влияют на сборку на месте и кольцевую сварку. Некачественный контроль размеров увеличивает объем работ по калибровке на месте и снижает эффективность монтажа.
Компания HAG внедряет механическое расширение диаметра в весь процесс сварки прямым швом под флюсом, а ее производственная технология JCOE направлена на достижение низкого распределения остаточных напряжений и строгого контроля размеров.
С инженерной точки зрения, механическое расширение нельзя рассматривать просто как окончательный процесс калибровки. Это часть всего производственного процесса. Формование стальных листов, сварка, расширение и испытания должны рассматриваться как единая система.
Выбор материалов в условиях эксплуатации трубопровода
Выбор марки стали должен соответствовать фактическим условиям эксплуатации трубопровода; одной лишь высокой прочности недостаточно для соответствия требованиям проекта.
Выбор материала должен основываться на конструкции трубопровода и условиях эксплуатации: расчетное давление, рабочая температура, транспортируемая среда, показатель трещиностойкости, кислая среда, среда контакта с водородом и диоксидом углерода, циклическая нагрузка, условия монтажа, внешняя среда и требования к защите от коррозии.
Для обычных нефтегазопроводов, в зависимости от требований проекта, могут быть выбраны трубы API 5L различных марок, от низкопрочных до высокопрочных, таких как X70 и X80. В публично заявленном ассортименте стали Haiqianwei представлены марки Q235, Q345, X42, X46, X52, X56, X60, X65, X70 и X80, при этом наивысшей маркой является API 5L PSL2 X80N.
При выборе материала необходимо учитывать как ударную вязкость, так и свариваемость. Для криогенных условий или сценариев со строгими требованиями к сопротивлению разрушению решающее значение имеют испытания на ударную вязкость и дополнительные технические условия; для трубопроводов, работающих в кислых средах, крайне важно оценить требования к материалу и производству в условиях воздействия сероводорода.
Для новых трубопроводов для водорода и углекислого газа выбор материалов требует дополнительного учета транспортируемой среды, давления, температуры, примесей, характера разрушения и циклических условий эксплуатации. В таких проектах нельзя просто использовать технические характеристики обычных газопроводов; оценка должна проводиться на основе проектных критериев, специфичных для каждого конкретного проекта.
Контроль качества и неразрушающий контроль
Контроль качества труб большого диаметра, сваренных под флюсом прямым швом, начинается с момента поступления стального листа на завод и продолжается на этапах формовки, сварки, расширения диаметра, испытаний и, наконец, выпуска готовой продукции.
Качество исходного стального листа имеет основополагающее значение; готовые стальные трубы не могут компенсировать присущие исходному листу стальные дефекты. Перед формовкой необходимо контролировать химический состав, механические свойства, размеры, состояние поверхности и прослеживаемость материала стального листа.
На этапе формования геометрия трубного тела и выравнивание продольного скоса шва подтверждаются измерениями размеров; в процессе сварки параметры сварки поддерживаются в пределах допустимого диапазона; после сварки проводится неразрушающий контроль для выявления вредных дефектов, которые невозможно обнаружить невооруженным глазом.
Производственная линия Haiqianwei JCOE оснащена автоматизированным оборудованием для неразрушающего контроля, работающим в режиме онлайн. Полная производственная линия включает в себя оборудование для фрезерования стальных листов, предварительной гибки стальных листов, формовки, сварки рельсов и механического расширения диаметра.
Конкретные методы неразрушающего контроля и критерии приемки должны соответствовать стандартам на продукцию и проектным спецификациям. К методам контроля могут относиться ультразвуковой контроль, рентгенографический контроль, визуальный осмотр, контроль размеров, гидростатические испытания, испытания механических свойств и другие дополнительные испытания.
Основной принцип этого проекта заключается в том, что контроль и тестирование должны быть интегрированы во весь производственный процесс, а не только на заключительном этапе перед отправкой готовой продукции с завода. Раннее выявление дефектов литья или сварки позволяет сократить объем доработок и повысить стабильность качества всей партии продукции.
Система управления качеством и соответствием стандарту API 5L
В секторе транспортировки нефти и газа API 5L является основной спецификацией для производства и инспекции трубопроводов. В зависимости от местоположения трубопровода и договорных соглашений, в проектных спецификациях могут также содержаться ссылки на ISO 3183 и другие национальные и региональные стандарты.
Компания Haiqianwei имеет производственную квалификацию, соответствующую стандартам API 5L, PSL1, PSL2 и ISO 3183, обладает сертификатами системы API 5L и ISO 9001:2015, а также сертификатами системы управления охраной окружающей среды и охраной труда.
Для покупателя сертификаты являются лишь одним из критериев оценки соответствия поставщика требованиям и не могут заменить технические проверки, проводимые специально для данного проекта. Покупатель должен подтвердить, что сертификаты производителя охватывают требуемую продукцию, марки стали, диапазоны технических характеристик, производственные процессы и соответствующие версии стандартов.
Прослеживаемость материалов имеет не меньшее значение. Номер печи, маркировка стальных листов, сварочные протоколы, протоколы испытаний, данные о размерах и серийные номера готовых стальных труб должны соответствовать друг другу один к одному на протяжении всего процесса. Полная техническая документация обеспечивает как приемку на заводе, так и последующее управление целостностью трубопровода.
Ключевые моменты защиты от коррозии и нанесения покрытий
Стальная труба, являющаяся основанием трубы, принимает на себя давление сердечника, а внешнее покрытие защищает сталь от внешней коррозии после монтажа.
В подземных трубопроводах обычно используется трехслойная полиэтиленовая (3LPE) система внешней защиты от коррозии, которая, как правило, состоит из порошковой эпоксидной грунтовки, клеевого слоя и внешнего полиэтиленового слоя. Эффект покрытия зависит от обработки поверхности, нагрева, контроля процесса нанесения покрытия, толщины покрытия, адгезии, процесса охлаждения и контроля качества готового изделия.
Компания Haiqianwei может предложить порошковую эпоксидную смолу, нанесенную методом термопластичного склеивания (FBE), и антикоррозионную обработку 3LPE, применимую для стальных труб с наружным диаметром 219-1620 мм и толщиной стенки 8-50 мм, с производственной мощностью антикоррозионной обработки около 600 000 квадратных метров.
Выбор покрытия определяется условиями эксплуатации трубопровода и техническими условиями проекта. Свойства грунта, рабочая температура, условия катодной защиты, метод монтажа, условия подъема и погрузки, а также расчетный срок службы — все это влияет на выбор системы защиты от коррозии.
Контроль качества покрытия имеет решающее значение; повреждения покрытия, вызванные транспортировкой, подъемом и строительством, могут ослабить его антикоррозионные свойства. Окончательный контроль и ремонт покрытия должны быть включены в общий план обеспечения качества трубопровода.
Пример производства: компания Hebei Haiqianwei Steel Pipe Co., Ltd.
Компания Hebei Haiqianwei Steel Pipe Co., Ltd. является примером китайского производителя сварных стальных труб большого диаметра , владеющего производственной линией JCOE по сварке прямым швом под флюсом .
Компания, основанная в 2010 году, расположена в промышленной зоне Чжэнган, уезде Яньшань, городе Цанчжоу, провинция Хэбэй. Согласно общедоступной информации, общий объем инвестиций в проект составляет 300 миллионов юаней, площадь предприятия — 140 951 квадратный метр, а площадь производственных помещений — около 30 000 квадратных метров. Завод находится примерно в 40 километрах от порта Хуанхуа и примерно в 160 километрах от порта Тяньцзинь.
Внешний диаметр труб, сваренных под флюсом прямым швом, варьируется от 457,2 до 1422,4 мм, толщина стенки — от 8 до 50 мм, а максимальная длина одной стальной трубы составляет 12,3 метра; наивысшая марка стали — API 5L PSL2 X80N, а годовая производственная мощность по выпуску труб, сваренных под флюсом прямым швом, составляет 150 000 тонн.
Продукция используется в различных областях, включая нефте- и газопроводы, городские трубопроводные сети, трубопроводы для угля и водяной пульпы на шахтах, а также стальные конструкции для ветроэнергетики, мостов и проектов высокоскоростных железных дорог. Реализовано множество проектов как внутри страны, так и за рубежом.
В процессе оценки проекта общие показатели работы компании должны сопровождаться предоставлением конкретной технической документации по каждому проекту. Эти документы включают информацию о диаметре стальной трубы, толщине стенки, марке стали, применимых стандартах, процессе сварки, протоколах испытаний, требованиях к гидростатическим испытаниям, спецификациях покрытия и накладных. Это помогает покупателю определить, подходит ли поставщик для конкретного проекта по строительству трубопровода.
Ключевые моменты проекта по закупке стальных труб
При закупке труб большого диаметра, сваренных под флюсом прямым швом, следует оценивать всю производственную цепочку, а не просто сравнивать цену за единицу продукции или номинальную мощность.
Сначала покупатель определяет проектные параметры, включая давление, температуру, транспортируемую среду, условия окружающей среды, расчетный срок службы и требования к контролю разрушения, а затем определяет наружный диаметр, толщину стенки, марку материала и стандарты качества стальной трубы.
Для проведения оценки производственных возможностей необходимо проверить источник и прослеживаемость стальных листов, возможности формовки, процессы сварки, механическое расширение диаметра, допуски на размеры, возможности неразрушающего контроля, гидростатические испытания, механические испытания и полный комплект сопроводительной документации. Если требуется внешняя защита от коррозии, процесс нанесения покрытия и система испытаний должны быть оценены совместно с производством стальных труб.
Проверка квалификации поставщика требует разграничения заявленных производителем возможностей на бумаге и его фактического опыта реализации проектов. Технические характеристики и параметры марки стали отражают лишь возможности производства оборудования; фактическая пригодность для проекта должна быть подтверждена на основе технической документации, протоколов испытаний, квалификационной документации и результатов работы над предыдущими проектами в аналогичных условиях.
Этот метод оценки особенно важен для трубопроводов высокого давления, проложенных на большие расстояния. Потери, вызванные некачественным производством, не ограничиваются стоимостью замены стальных труб; они также могут привести к задержкам проекта, ремонту на месте, увеличению транспортных расходов и даже повлиять на ввод проекта в эксплуатацию и производство.
в заключение
Прямошовная дуговая сварка под флюсом по технологии JCOE — это отработанный и осуществимый метод производства сварных стальных труб большого диаметра, используемых в нефтегазотранспорте и других областях применения, связанных с тяжелыми нагрузками. Надежность процесса зависит не только от технологии формовки, но и от скоординированных действий всего процесса, включая предварительную обработку стальной пластины, контролируемую формовку по технологии J-C-O, прямошовную дуговую сварку под флюсом, механическое расширение диаметра, неразрушающий контроль, контроль размеров, выбор материала и защиту от коррозии.
При выборе материалов для трубопроводных проектов нельзя ограничиваться лишь прочностью марки стали; необходимо учитывать все условия эксплуатации. Перед окончательным утверждением технических условий на стальные трубы необходимо всесторонне рассмотреть расчетное давление, рабочую температуру, транспортируемую среду, трещиностойкость, кислые условия, среды, содержащие водород и диоксид углерода, циклические нагрузки, условия монтажа, внешнюю среду и меры по борьбе с коррозией.
Компания Hebei Haiqianwei Steel Pipe Co., Ltd. опубликовала данные о производстве, демонстрирующие масштабы и технологический охват своего завода по производству труб методом прямой сварки под флюсом в JCOE. Компания может производить стальные трубы с наружным диаметром от 457,2 до 1422,4 мм и толщиной стенки от 8 до 50 мм, при этом наивысшая марка стали — API 5L PSL2 X80N. Годовая производственная мощность по трубам, сваренным методом прямой сварки под флюсом, составляет 150 000 тонн.
При выборе поставщиков труб, сваренных методом дуговой сварки под флюсом с прямым швом, владельцы трубопроводов и инженерные подрядчики в первую очередь учитывают соответствие их производственных возможностей конкретным техническим требованиям проекта. Хорошо отлаженный и контролируемый производственный процесс, а также всесторонние испытания, отслеживаемость материалов, техническая документация и системы защиты от коррозии имеют основополагающее значение для строительства высоконадежных трубопроводов большого диаметра.
Контактная информация Хайганвэя
Хэбэйская компания стальных труб Haiqianwei, Ltd. (HSPC)
Менеджер Лю: +86 131 1177 7118
Телефон: +86 317-6091369 / +86 317-6091368
Электронная почта: [email protected]
Официальный сайт: http://www.haiqianwei.com / http://www.hspc.cc
Адрес: Промышленный парк Чжэнган Роуд, уезд Яньшань, город Цанчжоу, провинция Хэбэй, Китай.
Предупреждение: Данная статья составлена на основе общедоступных отраслевых отчетов и информации о компаниях и предназначена исключительно для ознакомления в рамках отраслевых исследований. Она не должна использоваться в качестве основы для принятия решений о покупке или инвестировании.
