צינורות חלקים לעומת מרותכים: מדריך מקיף לתעשיית הנפט והגז

צינורות פלדה הם עמוד השדרה של תעשיית הנפט והגז, והם משמשים בכל שלב, החל מההפקה ועד לעיבוד ועד להובלה.

בחירת סוג הצינור הנכון היא קריטית להבטחת פעולות בטוחות, יעילות ואמינות.

השתי קטגוריות עיקריות של צינורות פלדה הן חלקות ומרותכות, כל אחד עם מאפיינים ויישומים ייחודיים.

במאמר זה נספק השוואה מקיפה של צינורות חלקים ומרותכים בהקשר של תעשיית הנפט והגז.

אנו נסקור את תהליכי הייצור, את התכונות והיתרונות החיוניים של כל סוג ואת היישומים הנפוצים ביותר.

כמו כן, נדון באפשרויות החומר השונות, כולל פלדת פחמן, פלדת סגסוגת, נירוסטה וסגסוגות ניקל, וננחה את בחירת הדרגה הנכונה עבור סביבות שונות.

לבסוף, נעמיק בהיבטים המעשיים של ציון והזמנת צינור, לרבות התקנים הרלוונטיים, מידות וגימור קצה.

בסוף מאמר זה, תבינו היטב את ההבדלים בין צינורות חלקים ומרותכים ותהיו מצוידים לקבל החלטות מושכלות עבור פרויקטי הנפט והגז שלכם.

הסבר על סוגי צינורות

תעשיית הנפט והגז משתמשת בשלושה סוגי צינורות פלדה עיקריים: חלק, ERW (התנגדות חשמלית מרותך) ו-LSAW (ארוך שקוע קשת מרותך).
 

צינורות ללא תפריםעשויות ממתכת פלדה מוצקה אשר מחוממים ונדחפים או נמשכים מעל צורה ליצירת צינור חלול ללא תפרים מרותכים.

הם משמשים בדרך כלל ליישומי לחץ גבוה- בפעולות במעלה הזרם כמו קידוח וחיפוש, העברת נוזלים באמצע הזרם, זיקוק במורד הזרם ושירותי שירות.

צינורות ERWמיוצרים באמצעות יצירת-קר, עיצוב סלילי פלדה לצורות גליליות, והתפר מרותך יחד באמצעות זרם חשמלי.

תפר הריתוך עובר לאורך הצינור. צינורות ERW חסכוניים-לישומים בלחץ נמוך-עד-בינוני-, כגון הובלת מים, נפט וגז.

צינורות LSAWמיוצרים על ידי כיפוף וריתוך לוחות פלדה לאורך, כאשר התפר פועל ישר (תפר אורכי) או בספירלה.

הם משמשים לצינורות-בקוטר גדול (16-60 אינץ') ביישומים קריטיים, כגון צינורות נפט וגז למרחקים ארוכים שחוצים בערים או מתחת למים.

הטבלה שלהלן מסכמת את ההבדלים העיקריים בין סוגי צינורות אלה והיישומים האופייניים שלהם בתעשיית הנפט והגז:
 

תהליך ייצור עבור צינורות חלקים, ERW ו-LSAW

ייצור צינורות ללא תפרים

צינורות ללא תפרים נעשים בתהליך עבודה חם ללא ריתוך. השלבים העיקריים הם:
 

בילט פלדה עגול מוצק מחומם בכבשן אח סיבובי לסביבות 1204C/2200F.

לאחר מכן מחוררים את הבילט האדום-החם דרך המרכז באמצעות נקודת חור כדי ליצור צינור חלול.

הצינור החלול עובר דרך טחנת תקע, שם מוחדר ציר. לאחר מכן מגלגלים את הצינור כדי להפחית את עובי הדופן ולהגדיל את האורך.

לאחר מכן מעבירים את הצינור דרך עמדות גודל כדי להשיג את הממדים הסופיים.

לאחר הקירור, הצינור מיושר, נחתך לאורך, נבדק ונשלח.

ניתן למשוך צינורות ללא תפרים עוד יותר בקור כדי לייצר צינורות עם קטרים ​​קטנים יותר וקירות דקים יותר.

ייצור צינורות ERW

צינורות ERW מיוצרים על ידי יצירת סליל פלדה- קרה וריתוך התפר:
 

סליל הפלדה המתאים לרוחב ולמד נבחר ונטען על גבי פתח.

הרצועה עוברת דרך גלילים, ויוצרת אותה בהדרגה לצורה עגולה.

הקצוות האורכיים מחוממים על ידי העברת זרם-תדירות גבוה ביניהם.

גלילים מצמידים את הקצוות זה לזה כדי ליצור ריתוך היתוך מבלי להוסיף מתכת מילוי.

הצינור המרותך עובר דרך עמדות גודל כדי להשיג את הקוטר הסופי.

הצינור נחתך לאורך, הקצוות נוצרים (פשוט, משופע, מושחל וכו'), והצינור נבדק לפני המשלוח.

כל תהליך ה-ERW הוא רציף, כאשר הצינור נע במהירות קבועה דרך עמדות העיצוב והריתוך.

ייצור צינורות LSAW

צינורות LSAW עשויים מלוח פלדה שנוצר ומרותך:
 

לוחות פלדה נבחרים, והקצוות נטחנים כדי להכין אותם לריתוך.

הצלחת מכופפת- מראש על בלם לחץ כדי להתחיל ליצור אותה לצורה עגולה.

AU-לחיצה יוצרת את הצלחת לצורת U-, ולחיצת O-סוגרת את ה-U לצינור.

התפר האורכי מרותך בהתחלה מהצד הפנימי כדי להחזיק את הקצוות יחד.

לאחר מכן, הצינור מועבר דרך תחנות ריתוך אוטומטיות המניחות מעברים מרובים של ריתוך קשת שקוע בתוך התפר ומחוצה לו.

מרחיב מכני מרחיב מעט את הצינור המרותך כדי להשיג צורה עגולה נכונה.

הצינור נחתך לאורך, משופע, נבדק בצורה הידרוסטטית ונבדק לפני המשלוח.

צינורות LSAW משמשים בדרך כלל לקטרים ​​גדולים יותר (16 אינץ' ומעלה) ובעלי קירות עבים יותר מצינורות ERW.

יתרונות וחסרונות של Seamless, ERW ו-LSAW Pipes

צינורות ללא תפרים

יתרונות:

אין תפר ריתוך מבטל נקודות תורפה פוטנציאליות ומאפשר דירוג לחץ גבוה יותר

משטח פנימי חלק מפחית חיכוך ומערבולת למאפייני זרימה טובים יותר

חוזק מעולה, עמידות ועמידות בפני כוחות כיפוף ופגיעה

עמידות מצוינת בפני קורוזיה עקב היעדר תפר ריתוך

מטפל היטב בטמפרטורות ולחצים גבוהים, מה שהופך אותו לאידיאלי עבור יישומי נפט וגז קריטיים, כימיקלים וכוח

חסרונות:

יקר יותר מצינורות מרותכים עקב תהליך ייצור מורכב

טווח גדלים מוגבל, עם אתגרים המייצרים קטרים ​​קטנים מאוד או גדולים מאוד

אורכים ארוכים יותר הם מסובכים, ולכן אפשרויות הגודל עשויות להיות מוגבלות יותר מצינורות מרותכים

קירות עבים יותר ומשקל כבד יותר מצינורות מרותכים

צינורות ERW

יתרונות:

עלות נמוכה יותר מאשר חלקה עקב תהליך ריתוך פשוט ואוטומטי יותר

זמין באורכים ארוכים יותר מכיוון שאין הגבלות גודל כמו חלק

קירות דקים יותר ומשקל קל יותר מאשר ללא תפר תוך שמירה על חוזק טוב

משטחים פנים וחוץ חלקים

מתאים ליישומי לחץ כלליים-נמוכים עד בינוניים כמו שירות ובנייה

חסרונות:

תפר ריתוך הוא נקודת תורפה פוטנציאלית לעומת חלקה, מוריד את דירוגי הלחץ

ריתוך רגיש יותר לקורוזיה מאשר גוף חלק

נדרשת בדיקה מקיפה של תפר ריתוך כדי להבטיח שלמות

לא מתאים ליישומי שירות-גבוהים, טמפרטורה-גבוהים או קשים

צינורות LSAW

יתרונות:

מטפל בלחצים ועומסים מכניים גבוהים יותר מאשר ERW בגלל קירות כבדים יותר ומעברי ריתוך מרובים

גמישות בגודל-בחירה נפוצה עבור צינורות בקוטר גדול מעל 16 אינץ'

סובלנות הדוקה ושליטה טובה במידות

מתאים ליישומים קריטיים כמו-קווי תמסורת נפט וגז למרחקים ארוכים

חסרונות:

זה יקר יותר מ-ERW בגלל חומרים כבדים יותר ותהליך ריתוך מיוחד

פוטנציאל לפגמי ריתוך אם התהליך אינו מבוקר כראוי, הדורש בדיקה ובדיקה קפדנית

קירות עבים וכבדים מגדילים את עלויות החומר לעומת ERW

מגבלות גודל ואורך לעומת ERW

לסיכום, צינורות ללא תפרים מספקים את החוזק, יכולת הלחץ ועמידותם בפני קורוזיה הגבוהים ביותר, מה שהופך אותם לאידיאליים עבור יישומי נפט וגז, כימיקלים ותחנות כוח תובעניים.

הפשרות הן עלות גבוהה יותר ואפשרויות גודל מוגבלות יותר.

ERW הוא בחירה חסכונית- עבור יישומי שימוש ובנייה כלליים שבהם תפר הריתוך אינו מהווה דאגה גדולה לשלמות.

הוא מציע מגוון רחב של גדלים ואורכים ארוכים.

LSAW היא אפשרות מרותכת-כבדה עבור צינורות-בקוטר- בלחץ גבוה, הדורשים איכות ובדיקה מירבית של ריתוך.

הריתוכים המרובים-מספקים חוזק המתקרב ללא תפר.

המפתח הוא בחירת המוצר המתאים בהתבסס על הערכת יישום יסודית והלחץ, הטמפרטורה, הקורוזיביות והקריטיות של הסביבה.

בחירת סוגי הפלדה האידיאליים לצינורות נפט וגז

סגסוגת פלדה

פלדות סגסוגת מכילות אלמנטים מסגסוגים מעבר לברזל ופחמן כדי לשפר את החוזק, הקשיחות, העמידות בפני קורוזיה או ביצועי-טמפרטורות גבוהות.

פלדות מסגסוגת נמוכה (פחות מ-8% תכולת סגסוגת) משמשות בדרך כלל בתעשיית הנפט והגז עבור:
 

צינורות קידוח וקולרי מקדחה

מעטפת וצינורות

שסתומים, ראשי בארות ועצי חג המולד

מחברים כמו אומים, ברגים וסיכות

אלמנטי הסגסוגת מקנים חוזק גבוה יותר, ומאפשרים שימוש בקירות דקים יותר, מה שמפחית משקל ועלות. סגסוגות מסוימות גם עמידות בפני פיצוח מימן גופרתי (H2S) וקורוזיה.

פלדת פחמן

פלדות פחמן מכילות בעיקר ברזל ופחמן, עם רק כמויות שיוריות של יסודות אחרים.

הם מסווגים כפחמן נמוך, בינוני או גבוה על בסיס תכולת פחמן. פלדות פחמן נמצאות בשימוש נרחב בנפט וגז עבור:
 

קווי זרימה וצינורות

מיכלי אחסון ומכלי לחץ

רכיבים מבניים כמו קורות, לוחות וצינורות

מערכות צנרת-בלחץ נמוך

פלדות פחמן הן חזקות, קשוחות ויחסית זולות.

עם זאת, יש להם עמידות לקורוזיה ירודה והם רגישים לפיצוח H2S בשירות חמוץ. לעתים קרובות נדרשים מעכבים או ציפויים.

נירוסטה

פלדות אל חלד מכילות לפחות 10.5% כרום, היוצר שכבת תחמוצת מגן על פני השטח, המספקת עמידות מצוינת בפני קורוזיה.

ציונים המשמשים בנפט וגז כוללים:
 

Austenitic (סדרת 300): 304, 316, 317, 321, 347

פריטי: 405, 430

מרטנסיטית: 410, 420, 431

דופלקס:2205, 2507 סופר דופלקס

נירוסטה משמש לרכיבים קריטיים החשופים למי ים, מים מופקים, CO2, כלורידים וסביבות חמוצות קלות:
 

ציוד תת-ימי

רכיבי באר ועץ חג המולד

מחליפי חום ומכלי לחץ

צנרת, שסתומים ומכשור

החוזק הגבוה של דרגות דופלקס מאפשר קירות דקים יותר, בעוד סופר אוסטני וסופר דופלקס מספקים עמידות לתנאים אגרסיביים.

עם זאת, לנירוסטה יש עלות ראשונית גבוהה יותר מפלדת פחמן.
 

סגסוגות ניקל

סגסוגות ניקל מכילות רמות גבוהות של ניקל ואלמנטים אחרים כמו כרום ומוליבדן לעמידות מרבית בפני קורוזיה, אפילו בסביבות חמות, חומציות וחמוצות מאוד. הציונים הנפוצים כוללים:
 

ניקל-נחושת:Monel 400, K-500

ברזל ניקל-כרום-: 825, 625, 718

ניקל-כרום-מוליבדן: C-276, 2550, 686

ניקל-ברזל-כרום:800, 800H, 800HT

סגסוגות ניקל משמשות ליישומים התובעניים ביותר שבהם פלדות אל חלד אינן מספקות:
 

בארות גז חמוץ וקווי זרימה

סעפות תת-ימיות ומגשרים

כלים למטה ושסתומי בטיחות

כלי שיט וצנרת בבתי זיקוק ומפעלי גז

העמידות המצוינת בפני קורוזיה ויציבות בטמפרטורות גבוהות מגיעות בעלות גבוהה משמעותית מפלדות אל חלד.

סגסוגות ניקל שמורות לסביבות קשות שידרדרו במהירות סגסוגות אחרות.

פלדת פחמן היא בחירה חסכונית עבור יישומי נפט וגז רבים, בעוד פלדות סגסוגת מספקות חוזק וקשיחות משופרים בעת הצורך.

פלדות אל חלד עמידות בפני קורוזיה בסביבות מימיות, בעוד סגסוגות ניקל מרחיבות את הביצועים בתנאים חמים, חומציים וחמוצים.

יש להעריך בקפידה את הרכב הנוזל, הטמפרטורה והלחץ כדי לבחור את הסגסוגת האופטימלית עבור אמינות ובטיחות-לטווח ארוך.

הבנת מידות וגדלים של צינורות ללא תפרים ולמרותך

גודל צינור נומינלי (NPS)

גודל הצינור מוגדר בדרך כלל על ידי גודל הצינור הנומינלי (NPS), שהוא מציין חסר מימד. עבור גדלים 1/8 עד 12 אינץ', ה-NPS מתאים לקוטר הפנימי המשוער של הצינור (ID) באינצ'ים, תוך שימוש בשברים נפוצים. לדוגמה, לצינור NPS 2 יש מזהה של בערך 2.1 אינץ'.

עבור גדלים 14 אינץ' ומעלה, ה-NPS הוא הקוטר החיצוני המשוער (OD) באינצ'ים. אז, לצינור NPS 20 יש OD של בערך 20 אינץ'.

חשוב לציין שה-OD והמזהה המדויקים ישתנו בהתאם לעובי הקיר שצוין.

עובי קיר

עובי הדופן קובע את דירוג הלחץ ומשקל הצינור. זה בדרך כלל מצוין על ידי מספר לוח הזמנים (Sch) או העובי בפועל באינצ'ים או מילימטרים.

מספרי לוח זמנים סטנדרטיים הם 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 ו-160. ככל שהמספר גבוה יותר, כך הקיר עבה יותר. לדוגמה, לצינור NPS 6 Sch 40 יש עובי דופן של 0.280", בעוד של NPS 6 Sch 80 יש עובי דופן של 0.432".

עבור NPS נתון, לצינורות עם לוחות זמנים שונים יהיה אותו OD אך מזהים שונים. ה-OD נשאר קבוע, וה-ID פוחת ככל שהקיר מתעבה.

תקני ASME רלוונטיים

ה-ASME (האגודה האמריקאית של מהנדסי מכונות) מפרסמת מספר תקנים המכסים את מידות הצינורות העשויים מחומרים שונים:
 

ASME B36.10:פלדת פחמן ופלדת סגסוגת מרותכת וחסרת תפרים

ASME B36.19:נירוסטה

ASME B36.20:חומר מתכתי ליישומים כלליים

ASME B36.21:חומר לא מתכתי ליישומים כלליים

תקנים אלה מספקים טבלאות מידות עבור NPS 1/8 עד 80, המפרטות את ה-OD, ID, עובי הדופן, המשקל לכל רגל ופרמטרים קריטיים אחרים עבור כל שילוב של NPS ולוח זמנים או עובי דופן.

התקנים מבטיחים מימדים עקביים בין היצרנים, אם כי מותרת וריאציות מסוימות בתוך הטלרנסים שצוינו.

ההתייחסות לתקן הרלוונטי בעת ציון או הזמנת צינור היא חיונית כדי להבטיח שהמידות עומדות בדרישות היישום, קוד הצנרת והתקנות.

אורכי צינור וגימורים ללא תפרים ולמרותך

אורכי צינור

צינורות פלדה זמינים בדרך כלל בשלוש אפשרויות אורך:
 

אורכים אקראיים בודדים (SRL)הם האפשרות הנפוצה והחסכונית ביותר. האורכים המדויקים ישתנו אך הם בדרך כלל באורך 16 עד 24 רגל. הטחנה מייעלת את האורכים כדי למזער גרוטאות במהלך הייצור.

אורכים אקראיים כפולים (DRL):אלה אורכים פי שניים מאקראי יחיד, הנעים בין 32 ל-48 רגל. הם פחות נפוצים ועשויים להיות בעלי זמינות מוגבלת, אך הם יכולים להפחית את החיבורים הנדרשים בצינור ארוך.

אורכי חיתוך ספציפיים:ניתן להזמין צינורות באורכים ספציפיים לפי דרישת הלקוח. זה יקר יותר מכיוון שהוא עשוי ליצור יותר גרוטאות לטחנה ולדרוש התקנה וטיפול נוספים. אורכי חתך מצוינים בדרך כלל רק כאשר האורך המדויק הוא קריטי, כגון עבור ייצור סלילים או התקנות בים שבהן המפרקים חייבים להתאים במדויק.

האורכים הזמינים עשויים להשתנות גם בהתאם לגודל ולעובי הדופן של הצינור. קטרים ​​גדולים יותר וקירות כבדים יותר קשים יותר לטיפול ולהובלה, כך שהם עשויים להיות מוגבלים לאורכים קצרים יותר.

סיום סיום

ניתן לסיים את קצות הצינור בכמה דרכים בהתאם לאופן חיבורו:
 

קצה רגיל (PE):הקצוות נחתכים בריבוע ונשארים לא גמורים. זוהי האפשרות הבסיסית ביותר המתאימה לריתוך או צימודים מכניים.

קצה משופע (BE):הקצוות נחתכים בזווית, בדרך כלל 30 מעלות או 37.5 מעלות, כדי ליצור חריץ V- לריתוך. השיפוע מאפשר חדירה מלאה של מתכת הריתוך לתוך המפרק. קצוות משופעים הם הבחירה הנפוצה ביותר לבנייה מרותכת.

קצה הברגה (TE):הקצוות מושחלים או חיצונית (זכר) או פנימית (נקבה) כדי לאפשר הברגה של הצינורות יחד. חיבורי הברגה משמשים בדרך כלל ליישומי לחץ נמוך- כמו קווי מים או אוויר ומתקנים זמניים או ניידים. החוטים יכולים להיות מחודדים (NPT) או ישרים (BSPP או BSPT).

מושחל ומצמוד (תנאים ותנאים):קצה אחד מושחל חיצונית, ועליו מוברג צימוד (שרוול). הקצה השני של הצימוד מושחל פנימי כדי לקבל את הצינור הבא. זה מאפשר הרכבה ופירוק מהירים בשטח.

קצה מחורץ:חריץ נחתך סביב היקף הצינור ליד הקצה כדי לקבל צימוד מכני. צימודים מחורצים מאפשרים התקנה מהירה וגמישות מסוימת במפרק כדי להתאים התרחבות או התכווצות תרמית.