Типы стальных труб: бесшовные, сварные ERW, прямошовные LSAW

Бесшовная труба

Бесшовные трубы изготавливаются из стальных заготовок, которые нагревают и перфорируют для создания трубчатого сечения. Слово «бесшовные» означает отсутствие шовных сварных швов.

Бесшовные стальные трубы используются для различных применений в нефтегазовой промышленности:

• добывающая промышленность (нефтегазопромысловые трубы);
• транспортировка (передача и распределение жидкостей, таких как нефть, газ, пар, кислоты, жидкие отходы);
• переработка (процесс транспортировки по трубопроводу для переработки нефти и газа в производные продукты);
• прокладка труб для коммунальных услуг.

Наиболее распространенные типы труб, используемых в нефтегазовой промышленности (ASTM спецификации труб):

• ASTM A53, A106, A333 и API 5L (типы труб из углеродистой стали для высокотемпературной и низкотемпературной углеродистой стали);
• ASTM A335 классы от P5 до P91 (трубы из легированной хромомолистовой стали для высоких температур и давлений, для нефтеперерабатывающих и энергетических установок);
• ASTM A312 серии 300 и 400 (трубы из нержавеющей стали марок 304/L/H, 316/L/H, 321/H, 347/H);
• ASTM A790, A928 (дуплексные и супердуплексные трубы с двойной ферритной и аустенитной структурой);
• Различные спецификации материалов из никелевых сплавов (Inconel, Hastelloy, Cupronickel, Monel, Nickel 200);
• Спецификации для цветных труб (алюминий, медь, латунь, медно-никелевый сплав).

Некоторые стандарты относятся только к бесшовным трубам (например ASTM A106), другие относятся как к бесшовным, так и к сварным трубам (например ASTM A53).

Трубы из углеродистой стали (A53, A333, A106 и API 5L) занимают наибольшую долю рынка, так как их можно использовать для самых высоких и низких температур; основное применение труб из нержавеющей стали - для коррозионных работ (а более высокие классы используются в качестве повышения температуры и давления, или когда транспортируемая жидкость становится более агрессивной).

На начальных этапах производственного цикла нефтегазовой промышленности API 5CT является ключевым стандартом, охватывающим нефтегазопромысловые трубы (нарезные трубы нефтяного сортамента).

Бесшовные стальные трубы не следует путать с трубопроводом из бесшовных труб. Действительно, между трубами и трубопроводами есть несколько важных отличий, которые не только семантические. В целом, слово «трубопровод» применяется к любому трубному элементу, используемому для транспортировки жидкостей, тогда как слово «труба» относится к трубчатым сечениям (различной формы, круглой, овальной, квадратной формы), используемым для конструкционных/механических применений, измерительных систем и конструкций оборудования, работающего под давлением, таких как котлы, теплообменники и пароперегреватели.

Цены на бесшовные трубы

Бесшовные трубы имеют более высокую цену чем сварные трубы, как правило от 20 до 30% выше, из-за их довольно сложного производственного процесса (более подробно изложены, чем производство сварных и прямошовных труб) по причине того, что количество производителей бесшовных труб довольно ограничено (рынок носит олигополистический характер).

Для конкретных размеров и характеристик (например, 20-дюймовая труба или труба с большой толщиной стенки из специальных или необычных материалов, например, трубы ASTM A335 P91), существует несколько международных поставщиков труб, и как следствие, это повлияло на цены за тонну (или за метр.)

Соответственно, устанавливать цены на трубы используя стандартные цены за тонну для всех труб из «углеродистой стали» или «нержавеющей стали», независимо от фактического диаметра, толщины стенок, и конкретные классы: все эти факторы должны приниматься во внимание для того чтобы предотвратить перерасход средств в ходе в реализации проекта на более поздней стадии. Более того, цены варьируются ежедневно (особенно для легированных труб, которые содержат химические элементы, такие как молибден, никель, медь, хром, торгуемые ежедневно на Лондонской бирже металлов или рынках ферросплавов).

Размеры бесшовных труб

Стандарты ASME B36.10 и ASME B36.19 включают в себя размеры и вес бесшовных труб для нефтехимической промышленности (стандарты относятся и к сварным трубам):

• стандарт ASME B36.10 охватывает размеры углеродистых и низколегированных бесшовных труб (габариты и вес) от 1/8 до 24 дюймов
• стандарт ASME B36.19, напротив,охватывает размеры и вес труб из нержавеющей стали, дуплексных, никелевых сплавов.

Бесшовные трубы общего назначения обозначены номинальным размером трубы (представляющим приблизительную пропускную способность трубы для жидкости) и “schedule”, который отражает толщину стенки трубы (наиболее распространенные это графики 40, STD, XS, XXS для углеродистых/легированных сплавов и 10S, 40S и 80S для труб из нержавеющих и никелевых сплавов).

процесс производства бесшовных труб

Бесшовные трубы из конструкционной стали от 1/2 до 6 дюймов изготавливаются с помощью так называемого автоматического раскатного трубопрокатного стана или “процесса экструзии” (используется для меньших диаметров), в то время как «процесс фрезерной оправки» используется для больших диаметров.

Сварная труба (электрическая сварка сопротивлением)

Электросварные трубы изготавливаются с использованием стальных рулонов: рулон сначала разматывается, затем выравнивается, разрезается и, наконец, формируется в виде трубы путем электрического соединения двух ее концов.

Сварные трубы доступны в размерах от 1/2 до 20 дюймов, из углеродистой стали (ASTM A53 является наиболее распространенным стандартом) и нержавеющей стали (ASTM A312). С точки зрения размеров, ASME B36.10 и ASME B36.19 являются ключевыми справочными стандартами (API 5L для сварных труб ERW).

Таблицы размеров ASME и API показывают типичные комбинации номинального размера трубы и толщины стенки (обозначены как «schedule») и показывают вес сварной трубы в кг (или фунтах).

За последние несколько лет, сварные трубы стали эффективной альтернативой бесшовных труб, как с точки зрения цены и производительности, так и благодаря современным технологиям сварки ERW, принятым производителями сварных труб (например, HFI и HFW, высокочастотная сварка). Эти достижения в сварочных технологиях в будущем смогут уменьшить техническое превосходство бесшовных труб по сравнению со сварными трубами, сделав их взаимозаменяемыми, по крайней мере, в некоторых областях применения (низкое / среднее давление и температура). Разумеется, бесшовные трубы будут пользоваться преимуществом из-за превосходной механической прочности стальных заготовок по сравнению с рулонами и плитами.

Процесс производства сварных труб

Сварные трубы изготавливаются из стальных рулонов, которые сначала разматываются, режутся, обрабатываются, свариваются и испытываются, как показано на рисунке ниже.

Наиболее распространенная технология сварки, используемая для нефтегазовых труб, это так называемая «высокочастотная индукционная технология» (ERW-HFI), заключающаяся в применении индукционного тока на внешней поверхности трубы, способного создавать прочный сварной шов и плотно соединить две стороны стального рулона.

Прямошовная труба (продольно-дуговая сварка под флюсом)

Прямошовная труба (сварка под флюсом) изготавливается путем резки, гибки и сварки стальных пластин (процесс полуавтоматической сварки под флюсом).

Прямошовные трубы (LSAW) конкурируют с бесшовными и сварными трубами (ERW) в диапазоне размеров от 16 до 24 дюймов, но являются обязательными для трубопроводов выше 24 дюймов (так как 24 дюйма - это максимальный размер для труб общего назначения).

Двумя основными типами прямошовных труб являются продольные (с одинарным или двойным прямым сварным швом, DSAW) и спиралешовные (называемые HSAW, SSAW или SAWL трубы). Таким образом, разница между DSAW и LSAW трубами в том, что сварной шов в DSAW трубах находится внутри и снаружи трубы, в то время как LSAW трубы имеют один сварной шов на внешней поверхности.

LSAW и ERW трубы различаются тем, что при производстве LSAW труб используются стальные листы, а ERW трубы изготавливаются из стальных рулонов.

В нефтегазовой промышленности прямошовные трубы API 5L большого диаметра используются для эффективной транспортировки углеводородов на большие расстояния.

Спиралешовные трубы HSAW/SSAW используются в вспомогательных целях таких, как водоподача и распределение (не для нефти и газа).

Процесс производства прямошовных труб

Прямошовные трубы изготавливаются с помощью так называемого процесса полуавтоматической сварки под флюсом, который начинается со стальных листов как показано на рисунке.

ручной ультразвуковой контроль → механическое экспандирование либо термообработка → обработка торцов труб  → гидростатические испытания → ультразвуковое испытание трубы → радиографические испытания → нанесение внешнего покрытия → нанесение внутреннего покрытия → маркировка → складирование

Бесшовные трубы против сварных

Вопрос “Сварную или бесшовную трубу использовать при строительстве?” поднимается снова и снова. У каждой из них есть свои преимущества и недостатки, которые следует обдумать, чтобы принять правильное решение:

Преимущества и недостатки бесшовной трубы

Бесшовные трубы изготавливаются из цельного стального блока и не имеют сварного шва, который может представлять слабую область (подвержен коррозии, эрозии и общему разрушению).

Форма бесшовных труб более предсказуемые и точные с точки зрения округлости и овальности по сравнению со сварными трубами.

Главный недостаток бесшовных труб - это более высокая цена за тонну по сравнению со сварными трубами того же размера и класса (бесшовные трубы конкурируют со сварными в диапазоне от 2 до 20 дюймов).

Время доставки дольше, поскольку производителей бесшовных труб меньше, чем сварных труб (для сварных труб существует меньше барьеров входа, чем для бесшовных труб).

Бесшовные трубы могут иметь не постоянную толщину стенки по всей длине, фактически, общий допуск составляет +/- 12,5%

Преимущества и недостатки сварной трубы

Сварные трубы дешевле бесшовных (тип HFI), так как они изготавливаются с использованием стальных рулонов в качестве сырья на менее сложных производственных предприятиях.

Сварные трубы имеют более короткие сроки изготовления, чем бесшовные трубы, так как производственная база больше.

У сварные труб одинаковая толщина стенок, так как они изготавливаются с использованием рулонов (сварные) или листов (прямошовные), причем обе подлежат жесткому контролю допуска.

Основным «дефектом», присущим сварным трубам, является то, что наличие сварного шва представляет собой фактор слабости. Хотя в прошлом это могло быть правдой, с развитием технологий сварки за последние десять лет это становится все менее и менее актуальным.

Вывод: современные сварные трубы HFI являются абсолютно допустимой альтернативой бесшовным трубам и помогают конечным пользователям снизить цены и время выполнения заказа на 20-25%.

Трубы, вместе трубопроводной арматурой, являются наиболее затратными элементами в строительстве завода (как правило, прокладка трубопровода составляет 5-7% от общей стоимости завода, а трубы составляют от 60 до 70% этой стоимости, трубопроводная арматура с 15 по 25 %). Эти цифры представляют собой средние значения, относящиеся к нефтегазовой промышленности и относящиеся к материалам из углеродистой стали (вес труб может быть выше для классов труб из нержавеющей стали, дуплексных и никелевых сплавов).

Последний пункт: трубы могут иметь разные цвета (окрашенная внешняя поверхность), чтобы представлять тип жидкости, которую они переносят.

*ERW - электрическая сварка сопротивлением (электросварные трубы);

*LSAW - продольно-дуговая сварка под флюсом (прямошовные трубы);

*DSAW - двусторонняя дуговая сварка под флюсом (прямошовные трубы);

*HSAW/SSAW - спиральный шов при дуговой сварке под флюсом (спиральношовные трубы);

*SAWL - дуговая сварка под флюсом (труба электрошлаковой сварки);

*HFI - сварка под сопротивлением с применением высокочастотного преобразователя.