Dikişsiz ve Kaynaklı Borular: Petrol ve Gaz Endüstrisi için Kapsamlı Bir Kılavuz

Petrol ve gaz sektörünün omurgasını oluşturan çelik borular, çıkarmadan işleme ve nakliyeye kadar her aşamada kullanılıyor.

Güvenli, verimli ve güvenilir operasyonlar sağlamak için doğru boru tipinin seçilmesi kritik öneme sahiptir.

Çelik boruların iki ana kategorisi dikişsiz ve kaynaklıdırHer biri benzersiz özelliklere ve uygulamalara sahiptir.

Bu yazıda petrol ve gaz endüstrisi bağlamında dikişsiz ve kaynaklı boruların kapsamlı bir karşılaştırmasını sunacağız.

Üretim süreçlerini, her türün temel özelliklerini ve avantajlarını ve en yaygın uygulamaları ele alacağız.

Ayrıca karbon çeliği, alaşımlı çelik, paslanmaz çelik ve nikel alaşımları dahil olmak üzere çeşitli malzeme seçeneklerini tartışacağız ve farklı ortamlar için doğru kaliteyi seçme konusunda rehberlik edeceğiz.

Son olarak, ilgili standartlar, boyutlar ve uç yüzeyler de dahil olmak üzere borunun belirlenmesi ve sipariş edilmesinin pratik yönlerini ele alacağız.

Bu makalenin sonunda dikişsiz ve kaynaklı borular arasındaki farkları iyice anlayacak ve petrol ve gaz projeleriniz için bilinçli kararlar verebilecek donanıma sahip olacaksınız.

Açıklanan Boru Tipleri

Petrol ve gaz endüstrisi üç ana çelik boru tipini kullanır: Dikişsiz, ERW (Elektrik Direnci Kaynaklı) ve LSAW (Boyuna Tozaltı Kaynaklı).
 

Dikişsiz borularHerhangi bir kaynak dikişi olmaksızın içi boş bir boru oluşturmak için ısıtılan ve bir form üzerine itilen veya çekilen katı çelik kütüklerden yapılır.

Genellikle sondaj ve keşif, orta akış sıvı iletimi, aşağı akış arıtma ve kamu hizmetleri gibi yukarı yöndeki işlemlerde{0}yüksek basınçlı uygulamalar için kullanılırlar.

ERW borularısoğuk-şekillendirme, çelik bobinlerin silindirik formlara dönüştürülmesi kullanılarak yapılır ve dikişler elektrik akımı kullanılarak birbirine kaynaklanır.

Kaynak dikişi borunun uzunluğu boyunca uzanır. ERW boruları, su, petrol ve gaz taşıma gibi düşük{-orta-basınçlı uygulamalar için-uygun maliyetlidir.

LSAW borularıÇelik levhaların, dikişi düz (uzunlamasına dikiş) veya spiral şeklinde olacak şekilde uzunluk boyunca bükülmesi ve kaynaklanmasıyla yapılır.

Şehirlerden veya su altından geçen uzun mesafeli petrol ve gaz boru hatları gibi kritik uygulamalardaki büyük- çaplı borular (16-60 inç) için kullanılırlar.

Aşağıdaki tablo, bu boru tipleri ile bunların petrol ve gaz endüstrisindeki tipik uygulamaları arasındaki temel farkları özetlemektedir:
 

Dikişsiz, ERW ve LSAW Borular için Üretim Süreci

Dikişsiz Boru Üretimi

Dikişsiz borular kaynak yapılmadan sıcak çalışma yöntemiyle yapılır. Ana adımlar şunlardır:
 

Katı yuvarlak bir çelik kütük, döner ocaklı bir fırında yaklaşık 1204C/2200F'ye ısıtılır.

Kırmızı-sıcak kütük daha sonra içi boş bir tüp oluşturmak için bir delici nokta kullanılarak ortasından delinir.

İçi boş boru, bir mandrelin yerleştirildiği bir tapa değirmeninden geçer. Daha sonra boru, duvar kalınlığını azaltmak ve uzunluğunu artırmak için yuvarlanır.

Boru daha sonra nihai boyutlara ulaşmak için boyutlandırma standlarından geçirilir.

Soğutulduktan sonra boru düzleştirilir, kesilir, test edilir ve gönderilir.

Dikişsiz borular daha küçük çaplı ve daha ince duvarlı borular üretmek için daha da soğuk çekilebilir.

ERW Boru Üretimi

ERW boruları çelik bobinin soğuk- şekillendirilmesi ve dikişin kaynaklanmasıyla yapılır:
 

Uygun genişlik ve ölçüye sahip çelik bobin seçilir ve bir rulo açıcıya yüklenir.

Şerit silindirlerden geçerek giderek yuvarlak bir şekil alır.

Boyuna kenarlar, aralarından yüksek-frekanslı bir akım geçirilerek ısıtılır.

Rulolar, dolgu metali eklemeden bir ergitme kaynağı oluşturmak için kenarları birbirine bastırır.

Kaynaklı boru, nihai çapa ulaşmak için boyutlandırma standlarından geçer.

Boru istenilen uzunlukta kesilir, uçları şekillendirilir (düz, eğimli, dişli vb.) ve boru sevkıyattan önce test edilir.

Borunun şekillendirme ve kaynak standları boyunca sabit bir hızda hareket etmesiyle tüm ERW süreci süreklidir.

LSAW Boru Üretimi

LSAW boruları şekillendirilmiş ve kaynaklanmış çelik plakadan yapılmıştır:
 

Çelik levhalar seçilir ve kenarları frezelenerek kaynağa hazırlanır.

Plaka, yuvarlak bir şekil almaya başlamak için-bir abkant pres üzerinde önceden bükülür.

AU-pres, plakayı bir U-şeklinde oluşturur ve O-pres, U'yu bir tüp şeklinde kapatır.

Uzunlamasına dikiş, kenarları bir arada tutmak için başlangıçta iç tarafa punto kaynağı yapılır.

Daha sonra boru, dikişin içine ve dışına birden fazla tozaltı ark kaynağı geçişi sağlayan otomatik kaynak istasyonlarından geçirilir.

Mekanik bir genişletici, düzgün bir yuvarlak şekil elde etmek için kaynaklı boruyu hafifçe genişletir.

Boru istenilen uzunlukta kesilir, pahlanır, hidrostatik olarak test edilir ve sevkıyattan önce incelenir.

LSAW boruları genellikle daha büyük çaplar (16" ve üstü) için kullanılır ve ERW borulardan daha kalın duvarlara sahiptir.

Dikişsiz, ERW ve LSAW Boruların Artıları ve Eksileri

Dikişsiz Borular

Artıları:

Hiçbir kaynak dikişi potansiyel zayıf noktaları ortadan kaldırmaz ve daha yüksek basınç değerlerine olanak tanır

Pürüzsüz bir iç yüzey, daha iyi akış özellikleri için sürtünmeyi ve türbülansı azaltır

Bükülme ve darbe kuvvetlerine karşı üstün güç, dayanıklılık ve direnç

Kaynak dikişinin olmaması nedeniyle mükemmel korozyon direnci

Yüksek sıcaklıkları ve basınçları iyi bir şekilde idare eder, bu da onu kritik petrol ve gaz, kimya ve enerji uygulamaları için ideal kılar

Eksileri:

Karmaşık üretim süreci nedeniyle kaynaklı borulardan daha pahalıdır

Çok küçük veya çok büyük çaplar üretmenin zorluklarıyla sınırlı boyut aralığı

Daha uzun uzunluklar karmaşık olduğundan boyut seçenekleri kaynaklı borulara göre daha sınırlı olabilir

Kaynaklı borulara göre daha kalın duvarlar ve daha ağır ağırlık

ERW Borular

Artıları:

Daha basit ve daha otomatik bir kaynak işlemi nedeniyle dikişsizden daha düşük maliyet

Dikişsiz gibi boyut kısıtlamaları olmadığından daha uzun uzunluklarda mevcuttur

İyi mukavemeti korurken, dikişsizden daha ince duvarlar ve daha hafiftir

Pürüzsüz iç ve dış yüzeyler

Kamu hizmetleri ve inşaat gibi genel düşük ila orta-basınçlı uygulamalar için uygundur

Eksileri:

Kaynak dikişi, dikişsiz dikişe göre potansiyel bir zayıf noktadır ve basınç değerlerini düşürür

Kaynak dikişsiz gövdeye göre korozyona daha duyarlıdır

Bütünlüğü sağlamak için kaynak dikişinin kapsamlı testi gerekli

Kritik yüksek-basınç, yüksek-sıcaklık veya ağır hizmet uygulamaları için uygun değildir

LSAW Boruları

Artıları:

Daha ağır duvarlar ve çoklu kaynak geçişleri nedeniyle ERW'den daha yüksek basınçları ve mekanik yükleri idare eder

Boyutlandırma esnekliği-16" üzeri büyük çaplı borular için yaygın bir seçimdir

Dar toleranslar ve iyi boyut kontrolü

Uzun-mesafeli petrol ve gaz iletim hatları gibi kritik uygulamalar için uygundur

Eksileri:

Daha ağır malzemeler ve özel kaynak prosesi nedeniyle ERW'den daha pahalıdır

Proses yeterince kontrol edilmezse kaynak kusurları potansiyeli vardır ve bu durum sıkı inceleme ve testler gerektirir

Kalın ve ağır duvarlar, ERW'ye kıyasla malzeme maliyetlerini artırır

ERW'ye kıyasla boyut ve uzunluk sınırlamaları

Özetle, dikişsiz borular en yüksek mukavemeti, basınç kapasitesini ve korozyon direncini sağlayarak onları zorlu petrol ve gaz, kimya ve enerji santrali uygulamaları için ideal kılar.

Takaslar daha yüksek maliyet ve daha sınırlı boyut seçenekleridir.

ERW, kaynak dikişinin bütünlük açısından önemli bir sorun olmadığı genel hizmet ve inşaat uygulamaları için -uygun maliyetli bir seçimdir.

Çok çeşitli boyutlar ve uzun uzunluklar sunar.

LSAW,-en yüksek kaynak kalitesi ve denetimi gerektiren büyük-çaplı, yüksek-basınçlı boru hatları için ağır hizmet tipi kaynaklı bir seçenektir.

Çoklu-geçişli kaynaklar kusursuza yakın bir güç sağlar.

Önemli olan, kapsamlı bir uygulama değerlendirmesine ve ortamın basıncına, sıcaklığına, aşındırıcılığına ve kritikliğine dayanarak doğru ürünü seçmektir.

Petrol ve Gaz Boruları İçin İdeal Çelik Türlerinin Seçimi

Alaşımlı Çelik

Alaşımlı çelikler, mukavemeti, dayanıklılığı, korozyon direncini veya yüksek{0}}yüksek sıcaklık performansını artırmak için demir ve karbonun ötesinde alaşım elementleri içerir.

Düşük alaşımlı çelikler (%8'den az alaşım içeriği) petrol ve gaz endüstrisinde yaygın olarak aşağıdaki amaçlarla kullanılır:
 

Sondaj boruları ve matkap yakaları

Muhafaza ve boru

Vanalar, kuyu başlıkları ve Noel ağaçları

Somun, cıvata ve saplamalar gibi bağlantı elemanları

Alaşım elementleri daha yüksek mukavemet kazandırarak daha ince duvarların kullanılmasına olanak tanır, bu da ağırlığı ve maliyeti azaltır. Bazı alaşımlar ayrıca hidrojen sülfit (H2S) çatlamasına ve korozyona karşı da dayanıklıdır.

Karbon Çelik

Karbon çelikleri esas olarak demir ve karbon içerir, yalnızca artık miktarlarda diğer elementler bulunur.

Karbon içeriğine göre düşük, orta ve yüksek karbonlu olarak sınıflandırılırlar. Karbon çelikleri petrol ve gazda yaygın olarak aşağıdaki amaçlarla kullanılır:
 

Akış hatları ve boru hatları

Depolama tankları ve basınçlı kaplar

Kirişler, plakalar ve borular gibi yapısal bileşenler

Düşük-basınçlı boru sistemleri

Karbon çelikleri güçlü, dayanıklı ve nispeten ucuzdur.

Ancak korozyon direnci zayıftır ve ekşi serviste H2S çatlamasına karşı hassastırlar. İnhibitörler veya kaplamalar sıklıkla gereklidir.

Paslanmaz çelik

Paslanmaz çelikler, yüzeyde koruyucu bir oksit tabakası oluşturarak mükemmel korozyon direnci sağlayan en az %10,5 krom içerir.

Petrol ve gazda kullanılan kaliteler şunları içerir:
 

Östenitik (300 serisi): 304, 316, 317, 321, 347

Ferritik: 405, 430

Martensitik: 410, 420, 431

Çift yönlü:2205, 2507 süper dubleks

Paslanmaz, deniz suyuna, üretilen suya, CO2'ye, klorürlere ve hafif ekşi ortamlara maruz kalan kritik bileşenler için kullanılır:
 

Denizaltı ekipmanları

Wellhead ve Noel ağacı bileşenleri

Isı eşanjörleri ve basınçlı kaplar

Borular, vanalar ve enstrümantasyon

Dubleks kalitelerin yüksek mukavemeti daha ince duvarlara izin verirken, süper östenitik ve süper dubleks agresif koşullara karşı direnç sağlar.

Ancak paslanmazın başlangıç ​​maliyeti karbon çeliğine göre daha yüksektir.
 

Nikel Alaşımları

Nikel alaşımları, sıcak, asidik ve oldukça ekşi ortamlarda bile maksimum korozyon direnci sağlamak için yüksek düzeyde nikel ve krom ve molibden gibi diğer elementleri içerir. Ortak notlar şunları içerir:
 

Nikel-bakır:Monel 400, K-500

Nikel-krom-demir: 825, 625, 718

Nikel-krom-molibden: C-276, 2550, 686

Nikel-demir-krom:800, 800H, 800HT

Nikel alaşımları, paslanmaz çeliklerin yetersiz kaldığı en zorlu uygulamalarda kullanılır:
 

Ekşi gaz kuyuları ve akış hatları

Denizaltı manifoldları ve atlama telleri

Kuyu içi aletler ve emniyet valfleri

Rafinerilerde ve gaz tesislerinde kaplar ve borular

Yüksek sıcaklıklardaki mükemmel korozyon direnci ve stabilitesi, paslanmaz çeliklere göre çok daha yüksek bir maliyete sahiptir.

Nikel alaşımları, diğer alaşımları hızla bozabilecek zorlu ortamlar için ayrılmıştır.

Karbon çeliği birçok petrol ve gaz uygulaması için ekonomik bir seçimdir; alaşımlı çelikler ise ihtiyaç duyulduğunda gelişmiş güç ve tokluk sağlar.

Paslanmaz çelikler sulu ortamlarda korozyona karşı direnç gösterirken, nikel alaşımları sıcak, asidik ve ekşi koşullarda performansı artırır.

Uzun vadeli güvenilirlik ve güvenlik açısından en uygun alaşımı seçmek için sıvı bileşimi, sıcaklık ve basınç dikkatle değerlendirilmelidir.

Dikişsiz ve Kaynaklı Boru Boyutlarını ve Boyutlarını Anlamak

Nominal Boru Boyutu (NPS)

Boru boyutu tipik olarak boyutsuz bir tanımlayıcı olan nominal boru boyutu (NPS) ile belirtilir. 1/8 ila 12 inç arası boyutlar için NPS, yaygın kesirler kullanılarak borunun inç cinsinden yaklaşık iç çapına (ID) karşılık gelir. Örneğin, bir NPS 2 borusunun kimliği yaklaşık 2,1 inçtir.

14 inç ve üzeri boyutlar için NPS, inç cinsinden yaklaşık dış çaptır (OD). Yani bir NPS 20 borusunun dış çapı yaklaşık 20 inçtir.

Kesin OD ve ID'nin belirtilen duvar kalınlığına bağlı olarak değişeceğini unutmamak önemlidir.

Duvar Kalınlığı

Duvar kalınlığı borunun basınç değerini ve ağırlığını belirler. Tipik olarak program (Sch) numarası veya inç veya milimetre cinsinden gerçek kalınlık ile belirtilir.

Standart program numaraları 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 ve 160'tır. Sayı ne kadar yüksek olursa duvar da o kadar kalın olur. Örneğin, bir NPS 6 Sch 40 borusunun duvar kalınlığı 0,280" iken, bir NPS 6 Sch 80 borusunun duvar kalınlığı 0,432"dir.

Belirli bir NPS için, farklı programlara sahip kanallar aynı OD'ye ancak farklı kimliklere sahip olacaktır. OD sabit kalır ve duvar kalınlaştıkça ID azalır.

İlgili ASME Standartları

ASME (Amerikan Makine Mühendisleri Derneği), çeşitli malzemelerden yapılmış boruların boyutlarını kapsayan çeşitli standartlar yayınlamaktadır:
 

ASME B36.10:Kaynaklı ve dikişsiz karbon çeliği ve alaşımlı çelik

ASME B36.19:Paslanmaz çelik

ASME B36.20:Genel uygulamalar için metalik malzeme

ASME B36.21:Genel uygulamalar için metalik olmayan malzeme

Bu standartlar, NPS 1/8 ila 80 için boyut tabloları sağlar; bunlar, her bir NPS ve program veya duvar kalınlığı kombinasyonu için OD, ID, duvar kalınlığı, ayak başına ağırlık ve diğer kritik parametreleri belirtir.

Belirtilen toleranslar dahilinde bazı değişikliklere izin verilse de, standartlar üreticiler arasında tutarlı boyutlar sağlar.

Boruyu belirlerken veya sipariş ederken ilgili standarda başvurmak, boyutların uygulama gerekliliklerine, boru kurallarına ve yönetmeliklere uygun olmasını sağlamak açısından çok önemlidir.

Dikişsiz ve Kaynaklı Boru Uzunlukları ve Uç Bitişleri

Boru Uzunlukları

Çelik borular genellikle üç uzunluk seçeneğiyle mevcuttur:
 

Tek rastgele uzunluklar (SRL)En yaygın ve ekonomik seçenektir. Kesin uzunluklar değişecektir ancak genellikle 16 ila 24 fit uzunluğundadır. Fabrika, üretim sırasında hurdayı en aza indirmek için uzunlukları optimize ediyor.

Çift rastgele uzunluklar (DRL):Bunlar, 32 ila 48 fit arasında değişen, tek rastgele iki kat daha uzundur. Daha az yaygındırlar ve sınırlı kullanılabilirliğe sahip olabilirler, ancak uzun bir boru hattında gereken bağlantıları azaltabilirler.

Özel kesim uzunlukları:Borular müşterinin gereksinimlerine göre belirli uzunluklarda sipariş edilebilir. Bu daha pahalıdır çünkü değirmen için daha fazla hurda oluşturabilir ve ek kurulum ve işlem gerektirebilir. Kesim uzunlukları genellikle yalnızca kesin uzunluğun kritik olduğu durumlarda belirtilir; örneğin makara imalatında veya bağlantı noktalarının tam olarak uyması gereken açık deniz kurulumlarında.

Mevcut uzunluklar borunun boyutuna ve et kalınlığına bağlı olarak da değişebilir. Daha büyük çapların ve daha ağır duvarların taşınması ve taşınması daha zordur, dolayısıyla daha kısa uzunluklarla sınırlı olabilirler.

Bitiş Bitişleri

Borunun uçları, nasıl birleştirileceğine bağlı olarak çeşitli şekillerde tamamlanabilir:
 

Düz uç (PE):Uçları kare şeklinde kesilerek yarım bırakılır. Bu, kaynak veya mekanik bağlantılara uygun en temel seçenektir.

Eğimli uç (BE):Kaynak için bir V-oluğu oluşturmak amacıyla uçlar genellikle 30 derece veya 37,5 derecelik bir açıyla kesilir. Eğim, kaynak metalinin bağlantıya tamamen nüfuz etmesini sağlar. Kaynaklı konstrüksiyon için eğimli uçlar en yaygın seçimdir.

Dişli uç (TE):Boruların birbirine vidalanmasını sağlamak için uçlar dıştan (erkek) veya içten (dişi) dişlidir. Dişli bağlantılar genellikle su veya hava hatları gibi düşük-basınçlı uygulamalarda ve geçici veya taşınabilir kurulumlarda kullanılır. Dişler konik (NPT) veya düz (BSPP veya BSPT) olabilir.

Dişli ve bağlı (Şart ve Koşullar):Bir ucu dıştan dişlidir ve üzerine bir kaplin (manşon) vidalanır. Kaplinin diğer ucu bir sonraki boruyu kabul edecek şekilde içten dişlidir. Bu, sahada hızlı montaj ve demontaj yapılmasına olanak tanır.

Yivli uç:Mekanik bir bağlantıyı kabul etmek için borunun çevresi etrafında uca yakın bir yerde bir oluk kesilir. Yivli kaplinler hızlı kuruluma ve bağlantı yerinde termal genleşme veya büzülmeye uyum sağlayacak bir miktar esneklik sağlar.