Sømløse vs svejsede rør: En omfattende vejledning til olie- og gasindustrien

Stålrør er rygraden i olie- og gasindustrien, og de bruges i alle faser, fra udvinding til forarbejdning til transport.

Valg af den korrekte type rør er afgørende for at sikre sikker, effektiv og pålidelig drift.

Deto hovedkategorier af stålrør er sømløse og svejsede, hver med unikke egenskaber og applikationer.

I denne artikel vil vi give en omfattende sammenligning af sømløse og svejsede rør i forbindelse med olie- og gasindustrien.

Vi vil dække fremstillingsprocesserne, hver type essentielle egenskaber og fordele og de mest almindelige anvendelser.

Vi vil også diskutere de forskellige materialemuligheder, herunder kulstofstål, legeret stål, rustfrit stål og nikkellegeringer, og guide til valg af den korrekte kvalitet til forskellige miljøer.

Til sidst vil vi dykke ned i de praktiske aspekter af specificering og bestilling af rør, herunder de relevante standarder, dimensioner og slutfinish.

Ved slutningen af ​​denne artikel vil du grundigt forstå forskellene mellem sømløse og svejsede rør og være udstyret til at træffe informerede beslutninger for dine olie- og gasprojekter.

Rørtyper forklaret

Olie- og gasindustrien bruger tre hovedtyper af stålrør: Sømløs, ERW (Electric Resistance Welded) og LSAW (Longitudinal Submerged Arc Welded).
 

Sømløse rører lavet af solide stålstykker, der opvarmes og skubbes eller trækkes over en form for at skabe et hult rør uden svejsede sømme.

De bruges almindeligvis til højtryksapplikationer i opstrømsoperationer som boring og efterforskning, midstream-væsketransmission, downstream-raffinering og forsyningstjenester.

ERW rørfremstilles ved hjælp af kold-formning, formning af stålspoler til cylindriske former, og sømmen svejses sammen ved hjælp af en elektrisk strøm.

Svejsesømmen løber langs rørets længde. ERW-rør er omkostningseffektive-til lav--til-medium-anvendelser, såsom transport af vand, olie og gas.

LSAW rørfremstilles ved at bøje og svejse stålplader på langs, hvor sømmen løber lige (langsøm) eller i en spiral.

De bruges til rør med stor-diameter (16-60 tommer) i kritiske applikationer, såsom langdistanceolie- og gasrørledninger, der krydser byer eller under vandet.

Tabellen nedenfor opsummerer de vigtigste forskelle mellem disse rørtyper og deres typiske anvendelser i olie- og gasindustrien:
 

Fremstillingsproces for sømløse, ERW- og LSAW-rør

Sømløs rørproduktion

Sømløse rør fremstilles gennem en varm arbejdsproces uden svejsning. De vigtigste trin er:
 

En solid rund stålstang opvarmes i en roterende ildovn til omkring 1204C/2200F.

Den røde-varme barre gennembores derefter gennem midten ved hjælp af en gennemboringsspids for at skabe et hult rør.

Det hule rør passerer gennem en propmølle, hvor der indsættes en dorn. Røret rulles derefter for at reducere vægtykkelsen og øge længden.

Røret føres derefter gennem dimensioneringsstandere for at opnå de endelige dimensioner.

Efter afkøling rettes røret ud, skæres i længden, testes og sendes.

Sømløse rør kan yderligere koldtrækkes for at producere rør med mindre diametre og tyndere vægge.

ERW Rørproduktion

ERW-rør fremstilles ved at kold-forme stålspiral og svejse sømmen:
 

Den passende bredde og sporvidde stålspole vælges og sættes på en uncoiler.

Strimlen passerer gennem ruller og danner den gradvist til en rund form.

De langsgående kanter opvarmes ved at sende en- højfrekvent strøm mellem dem.

Ruller presser kanterne sammen for at skabe en smeltesvejsning uden at tilføje fyldmetal.

Det svejsede rør passerer gennem dimensioneringsstandere for at opnå den endelige diameter.

Røret skæres til i længden, enderne formes (almindeligt, affaset, gevind, osv.), og røret testes inden forsendelse.

Hele ERW-processen er kontinuerlig, hvor røret bevæger sig med konstant hastighed gennem formnings- og svejsestanderne.

LSAW Rørproduktion

LSAW-rør er lavet af stålplade, der er formet og svejset:
 

Stålplader vælges, og kanterne fræses for at forberede dem til svejsning.

Pladen er for-bukket på en kantpresse for at begynde at forme den til en rund form.

AU-tryk danner pladen i en U--form, og et O--tryk lukker U'et til et rør.

Den langsgående søm er til at begynde med hæftesvejst på indersiden for at holde kanterne sammen.

Røret føres derefter gennem automatiske svejsestationer, der lægger flere gennemløb af nedsænkede buesvejsninger i og uden for sømmen.

En mekanisk ekspander udvider det svejsede rør lidt for at opnå en ordentlig rund form.

Røret skæres til, affases, testes hydrostatisk og inspiceres inden forsendelse.

LSAW-rør bruges generelt til større diametre (16" og derover) og har tykkere vægge end ERW-rør.

Fordele og ulemper ved sømløse, ERW- og LSAW-rør

Sømløse rør

Fordele:

Ingen svejsesøm eliminerer potentielle svage punkter og giver mulighed for højere trykklassificeringer

En glat indvendig overflade reducerer friktion og turbulens for bedre flowegenskaber

Overlegen styrke, holdbarhed og modstandsdygtighed over for bøjnings- og stødkræfter

Fremragende korrosionsbestandighed på grund af manglende svejsesøm

Håndterer høje temperaturer og tryk godt, hvilket gør den ideel til kritiske olie- og gas-, kemikalie- og energianvendelser

Ulemper:

Dyrere end svejsede rør på grund af kompleks fremstillingsproces

Begrænset størrelsesområde, med udfordringer ved at producere meget små eller meget store diametre

Længere længder er komplicerede, så størrelsesmulighederne kan være mere begrænsede end svejsede rør

Tykkere vægge og tungere vægt end svejste rør

ERW rør

Fordele:

Lavere omkostninger end sømløs på grund af en mere ligetil og mere automatiseret svejseproces

Fås i længere længder, da der ikke er nogen størrelsesbegrænsninger som sømløs

Tyndere vægge og lettere vægt end sømløs, samtidig med at god styrke bevares

Glatte indvendige og udvendige overflader

Velegnet til applikationer med generelt lavt til moderat-tryk som f.eks. forsyning og konstruktion

Ulemper:

Svejsesøm er et potentielt svagt punkt i forhold til sømløs, hvilket sænker trykklassificeringerne

Svejsning er mere modtagelig for korrosion end sømløs krop

Omfattende test af svejsesøm påkrævet for at sikre integritet

Ikke egnet til kritiske høje-tryk, høje-temperaturer eller svære serviceapplikationer

LSAW rør

Fordele:

Håndterer højere tryk og mekaniske belastninger end ERW på grund af tungere vægge og flere svejsninger

Dimensioneringsfleksibilitet-et almindeligt valg for rør med stor diameter over 16"

Snævre tolerancer og god dimensionskontrol

Velegnet til kritiske applikationer som-langdistanceolie- og gastransmissionsledninger

Ulemper:

Det er dyrere end ERW på grund af tungere materialer og specialiseret svejseproces

Potentiale for svejsedefekter, hvis processen ikke kontrolleres tilstrækkeligt, hvilket kræver streng inspektion og testning

Tykke og tunge vægge øger materialeomkostningerne i forhold til ERW

Størrelses- og længdebegrænsninger vs. ERW

Sammenfattende giver sømløse rør den højeste styrke, trykkapacitet og korrosionsbestandighed, hvilket gør dem ideelle til krævende olie- og gas-, kemikalie- og kraftværksanvendelser.

Afvejningerne er højere omkostninger og mere begrænsede størrelsesmuligheder.

ERW er et omkostningseffektivt-valg til generelle brugs- og konstruktionsapplikationer, hvor svejsesømmen ikke er et stort integritetsproblem.

Den tilbyder en bred vifte af størrelser og lange længder.

LSAW er en kraftig-svejset mulighed for rørledninger med stor-diameter,-højtryk, der kræver den højeste svejsekvalitet og inspektion.

Multi-svejsningerne giver en styrke, der nærmer sig sømløs.

Nøglen er at vælge det rigtige produkt baseret på en grundig applikationsevaluering og miljøets tryk, temperatur, korrosivitet og kritikalitet.

Valg af de ideelle ståltyper til olie- og gasrør

Legeret stål

Legeret stål indeholder legeringselementer ud over jern og kulstof for at forbedre styrke, sejhed, korrosionsbestandighed eller ydeevne ved høje-temperaturer.

Lavlegeret stål (mindre end 8 % legeringsindhold) er almindeligt anvendt i olie- og gasindustrien til:
 

Borerør og borekraver

Hus og rør

Ventiler, brøndhoveder og juletræer

Fastgørelseselementer som møtrikker, bolte og bolte

Legeringselementerne giver højere styrke, hvilket gør det muligt at bruge tyndere vægge, hvilket reducerer vægt og omkostninger. Nogle legeringer modstår også svovlbrinte (H2S) revner og korrosion.

Kulstofstål

Kulstofstål indeholder hovedsageligt jern og kulstof, med kun restmængder af andre grundstoffer.

De er kategoriseret som lavt, medium eller højt kulstof baseret på kulstofindhold. Kulstofstål er meget udbredt i olie og gas til:
 

Flowledninger og rørledninger

Lagertanke og trykbeholdere

Strukturelle komponenter som bjælker, plader og rør

Lavtryksrørsystemer-

Kulstofstål er stærkt, sejt og relativt billigt.

Men de har dårlig korrosionsbestandighed og er modtagelige for H2S-revner i sur service. Inhibitorer eller belægninger er ofte påkrævet.

Rustfrit stål

Rustfrit stål indeholder mindst 10,5 % krom, som danner et beskyttende oxidlag på overfladen, hvilket giver fremragende korrosionsbestandighed.

Karakterer, der bruges i olie og gas inkluderer:
 

Austenitisk (300-serien): 304, 316, 317, 321, 347

Ferritisk: 405, 430

Martensitisk: 410, 420, 431

Duplex:2205, 2507 super duplex

Rustfrit bruges til kritiske komponenter udsat for havvand, produceret vand, CO2, klorider og mildt sure miljøer:
 

Undersøisk udstyr

Brøndhoved og juletræskomponenter

Varmevekslere og trykbeholdere

Rør, ventiler og instrumentering

Den høje styrke af duplex kvaliteter tillader tyndere vægge, mens super austenitisk og super duplex giver modstand mod aggressive forhold.

Rustfrit har dog en højere startomkostning end kulstofstål.
 

Nikkellegeringer

Nikkellegeringer indeholder høje niveauer af nikkel og andre elementer som chrom og molybdæn for maksimal korrosionsbestandighed, selv i varme, sure og meget sure miljøer. Fælles karakterer inkluderer:
 

Nikkel-kobber:Monel 400, K-500

Nikkel-chrom-jern: 825, 625, 718

Nikkel-chrom-molybdæn: C-276, 2550, 686

Nikkel-jern-chrom:800, 800H, 800HT

Nikkellegeringer bruges til de mest krævende applikationer, hvor rustfrit stål er utilstrækkeligt:
 

Surgasbrønde og flowledninger

Undersøiske manifolder og jumpere

Boringsværktøj og sikkerhedsventiler

Skibe og rørledninger i raffinaderier og gasanlæg

Den fremragende korrosionsbestandighed og stabilitet ved høje temperaturer kommer til en væsentlig højere pris end rustfrit stål.

Nikkellegeringer er forbeholdt hårde miljøer, der hurtigt vil nedbryde andre legeringer.

Kulstofstål er et økonomisk valg til mange olie- og gasapplikationer, mens legeret stål giver øget styrke og sejhed, når det er nødvendigt.

Rustfrit stål modstår korrosion i vandige miljøer, mens nikkellegeringer øger ydeevnen under varme, sure og sure forhold.

Væskesammensætningen, temperaturen og trykket skal evalueres omhyggeligt for at vælge den optimale legering for langsigtet pålidelighed og sikkerhed.

Forståelse af sømløse og svejsede rørdimensioner og -størrelser

Nominel rørstørrelse (NPS)

Rørstørrelse er typisk angivet af den nominelle rørstørrelse (NPS), som er en dimensionsløs betegnelse. For størrelser 1/8 til 12 tommer svarer NPS til rørets omtrentlige indvendige diameter (ID) i tommer ved brug af almindelige fraktioner. For eksempel har et NPS 2-rør et ID på ca. 2,1 tommer.

For størrelser 14 tommer og derover er NPS den omtrentlige udvendige diameter (OD) i tommer. Så et NPS 20-rør har en OD på omkring 20 tommer.

Det er vigtigt at bemærke, at den nøjagtige OD og ID vil variere afhængigt af den specificerede vægtykkelse.

Vægtykkelse

Vægtykkelsen bestemmer rørets trykklassificering og vægt. Det er typisk angivet af skemaet (Sch) nummeret eller den faktiske tykkelse i tommer eller millimeter.

Standard tidsplannumre er 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 og 160. Jo højere tal, jo tykkere væg. For eksempel har et NPS 6 Sch 40 rør en vægtykkelse på 0,280", mens en NPS 6 Sch 80 har en vægtykkelse på 0,432".

For en given NPS vil rør med forskellige tidsplaner have samme OD, men forskellige ID'er. OD forbliver konstant, og ID falder, efterhånden som væggen bliver tykkere.

Relevante ASME-standarder

ASME (American Society of Mechanical Engineers) udgiver flere standarder, der dækker dimensionerne af rør fremstillet af forskellige materialer:
 

ASME B36.10:Svejset og sømløst kulstofstål og legeret stål

ASME B36.19:Rustfrit stål

ASME B36.20:Metallisk materiale til generelle anvendelser

ASME B36.21:Ikke-metallisk materiale til generelle anvendelser

Disse standarder giver dimensionstabeller for NPS 1/8 til 80, der specificerer OD, ID, vægtykkelse, vægt pr. fod og andre kritiske parametre for hver kombination af NPS og tidsplan eller vægtykkelse.

Standarderne sikrer ensartede dimensioner på tværs af producenter, selvom en vis variation er tilladt inden for de specificerede tolerancer.

Henvisning til den relevante standard, når du specificerer eller bestiller rør, er afgørende for at sikre, at dimensionerne opfylder anvendelseskravene, rørføringskoden og reglerne.

Sømløse og svejsede rørlængder og endefinish

Rørlængder

Stålrør er almindeligvis tilgængelige i tre længdemuligheder:
 

Enkelte tilfældige længder (SRL)er den mest almindelige og økonomiske mulighed. De nøjagtige længder vil variere, men er typisk 16 til 24 fod lange. Møllen optimerer længderne for at minimere skrot under produktionen.

Dobbelte tilfældige længder (DRL):Disse er dobbelt så lange som enkelt tilfældige, der spænder fra 32 til 48 fod. De er mindre almindelige og kan have begrænset tilgængelighed, men de kan reducere de nødvendige forbindelser i en lang rørledning.

Specifikke snitlængder:Rør kan bestilles i bestemte længder efter kundens krav. Dette er dyrere, da det kan skabe mere skrot til møllen og kræve yderligere opsætning og håndtering. Afskårne længder er normalt kun angivet, når den nøjagtige længde er kritisk, såsom til spolefremstilling eller offshore-installationer, hvor samlinger skal passe præcist.

De tilgængelige længder kan også variere afhængigt af rørets størrelse og vægtykkelse. Større diametre og tungere vægge er sværere at håndtere og transportere, så de kan begrænses til kortere længder.

Afslutninger

Enderne af røret kan færdiggøres på flere måder afhængigt af hvordan det skal samles:
 

Almindelig ende (PE):Enderne skæres firkantede og efterlades ufærdige. Dette er den mest grundlæggende mulighed, der er egnet til svejsning eller mekaniske koblinger.

Affaset ende (BE):Enderne skæres i en vinkel, typisk 30 grader eller 37,5 grader, for at skabe en V-rille til svejsning. Affasningen muliggør fuldstændig gennemtrængning af svejsemetallet ind i samlingen. Fasede ender er det mest almindelige valg til svejset konstruktion.

Gevindende (TE):Enderne er gevind enten udvendigt (han) eller indvendigt (hun), så rørene kan skrues sammen. Gevindforbindelser bruges almindeligvis til lav-applikationer som vand- eller luftledninger og midlertidige eller bærbare installationer. Gevindene kan være koniske (NPT) eller lige (BSPP eller BSPT).

Gevind og koblet (T&C):Den ene ende er udvendigt gevind, og en kobling (muffe) er skruet på den. Den anden ende af koblingen er indvendigt gevind for at acceptere det næste rør. Dette giver mulighed for hurtig montering og demontering i marken.

Rillet ende:En rille skæres rundt om rørets omkreds nær enden for at acceptere en mekanisk kobling. Rillede koblinger giver mulighed for hurtig installation og en vis fleksibilitet i samlingen for at imødekomme termisk udvidelse eller sammentrækning.