API 5L X65 является доминирующей маркой труб для морских нефте- и газопроводов и систем транспортировки газа высокого давления во всем мире. Сочетание высокого предела текучести (минимум 448 МПа), превосходной прочности при минусовых температурах и проверенной свариваемости в полевых условиях сделало его стандартным стандартом для подводных выкидных трубопроводов, глубоководных стояков и морских магистральных трубопроводов на большие расстояния, где необходимы более тонкие стенки для снижения монтажных нагрузок и стоимости материалов.
ZC Steel Pipe производит и экспортирует линейные трубы API 5L X65 в бесшовных формах, ERW, LSAW и SSAW, как PSL1, так и PSL2, включая квалификацию для работы в кислой среде согласно Приложению H. Завершая проекты X65 в Африке, на Ближнем Востоке и в Южной Америке, мы предоставляем полную документацию MTC, поддержку сторонних инспекций и технические консультации по выбору марки и толщины стенок. В этом руководстве описывается все, что необходимо менеджерам по закупкам и инженерам по конвейерам для правильного указания X65.
СОДЕРЖАНИЕ
X65 Механические свойства и химический состав
Требования PSL1 и PSL2
Производственные процессы и диапазоны размеров
Выбор толщины стенки
X65, X60 и X70 — сравнение классов
Приложения по сервисной среде
Кислый сервис: X65 + Приложение H
Часто задаваемые вопросы
1. API 5L X65 Механические свойства и химический состав
API 5L X65 — ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАРКИ X65 — это марка высокопрочных трубопроводных труб API 5L с минимальным заданным пределом текучести (SMYS) 448 МПа (65 000 фунтов на квадратный дюйм) и минимальным пределом прочности на разрыв 531 МПа (77 000 фунтов на квадратный дюйм). Он производится в соответствии с API 5L/ISO 3183 как в PSL1, так и в PSL2. Префикс «X» обозначает высокопрочный класс; число обозначает минимальный выход в тысячах фунтов на квадратный дюйм. X65 доступен с суффиксами термообработки: N (нормализованный), Q (закаленный и отпущенный) или M (термомеханическая прокатка) в зависимости от процесса проката и источника листа/рулона.
Механические свойства — X65 PSL1 и PSL2
| Свойство |
X65 PSL1 |
X65 PSL2 |
Примечания |
| Минимальный предел текучести (SMYS) |
448 МПа (65 фунтов на квадратный дюйм) |
448 МПа (65 фунтов на квадратный дюйм) |
Один и тот же этаж для обоих PSL |
| Максимальный предел текучести |
Нет максимума |
600 МПа (87 фунтов на квадратный дюйм) — бесшовные
635 МПа (92 фунтов на квадратный дюйм) — сварные |
Колпачки PSL2 податливы для обеспечения пластичности. |
| Минимальная прочность на разрыв (СМТС) |
531 МПа (77 фунтов на квадратный дюйм) |
531 МПа (77 фунтов на квадратный дюйм) |
— |
| Максимальная прочность на растяжение |
Нет максимума |
760 МПа (110 фунтов на квадратный дюйм) |
только PSL2 |
| Минимальное удлинение |
По формуле |
По формуле |
Зависит от толщины стены |
| Максимальное соотношение Y/T |
Не указан |
0.93 |
Критически важно для проектирования на основе деформации |
| Испытание на удар CVN |
Не требуется |
Обязательный |
PSL2 требует результатов с V-образным вырезом по Шарпи |
| HIC-тестирование |
Не требуется |
Не требуется (стандартно) |
Требуется только в том случае, если заказано Приложение H. |
Требования к химии — X65 PSL2
| Элемент |
PSL2 Max (бесшовный) |
PSL2 Max (сварной) |
Приложение H (серая среда) |
| Углерод (С) |
0,24% |
0,22% |
0,22% макс. |
| Марганец (Mn) |
1,65% |
1,65% |
1,45% макс. |
| Фосфор (Р) |
0,025% |
0,025% |
0,020% макс. |
| Сера (S) |
0,015% |
0,015% |
0,002% макс. |
| Кремний (Si) |
0,45% |
0,45% |
0,45% макс. |
| Углеродный эквивалент (CE IIW) |
0,43% макс. |
0,43% макс. |
0,43% макс. |
| ПКМ (индекс свариваемости) |
0,25% макс. |
0,25% макс. |
Обычно ≤0,22% |
2. PSL1 против PSL2 — что означает разница на практике
Отличие PSL (уровень спецификации продукта) — это не просто обновление документации: PSL2 предъявляет существенно другие требования к производству и испытаниям, которые напрямую влияют на характеристики материала при требовательном обслуживании.
| Требование |
PSL1 |
PSL2 |
| Предел углеродного эквивалента |
Не указан |
Обязательно (контролирует свариваемость) |
| Максимальный предел текучести |
Нет потолка |
С крышкой (обеспечивает пластичность) |
| Максимальное соотношение Y/T |
Не указан |
0,93 макс. (расчет на основе деформации) |
| Испытание на удар по Шарпи CVN |
Не требуется |
Обязательно — тело трубы и сварной шов |
| Максимальная прочность на растяжение |
Нет потолка |
760 МПа макс. |
| Вязкость разрушения (DWT) |
Не требуется |
Только для наружного диаметра ≥ 508 мм. |
| Размерный допуск |
Стандартный |
Плотнее — особенно наружный диаметр и стенки |
| Типичная надбавка к издержкам |
Базовый уровень |
+5–15% в зависимости от мельницы |
Примечание о закупке — когда PSL1 X65 никогда не приемлем. PSL1 X65 не следует указывать для: морских или подводных трубопроводов, любого применения в соответствии с нормами морского проектирования DNV-ST-F101 или ASME B31.8, трубопроводов, работающих при температуре ниже 0°C, транспортировки газа при высоких расчетных коэффициентах или любого проекта, на который распространяются нормативные правила безопасности трубопроводов. На практике большинство серьезных групп по закупкам по умолчанию используют PSL2 для всех X65 независимо от приложения — надбавка к стоимости невелика, а пакет документации и тестирования значительно более оправдан для сторонних аудитов и целей страхования.
3. Производственные процессы и диапазоны размеров
API 5L X65 производится четырьмя основными производственными маршрутами. Правильный процесс для конкретного проекта зависит от требуемого внешнего диаметра, толщины стенки и условий эксплуатации.
Бесшовный (СМЛС)
Диапазон наружного диаметра:
21,3 мм – 508 мм (¾ дюйма – 20 дюймов)
Толщина стенки:
До 50+ мм
Типичное применение:
подводные выкидные трубопроводы, стояки, HPHT, отводы.
Преимущество:
отсутствие сварных швов — высочайшая надежность при критически важных операциях.
ВПВ (электросварка)
Диапазон наружного диаметра:
168 мм – 610 мм (6 дюймов – 24 дюйма)
Толщина стенки:
4,8 мм – 25,4 мм
Типичное применение:
распределение газа на суше, сборные линии.
Преимущество:
экономичность для среднего диаметра и умеренного давления.
LSAW (Продольная пила)
Диапазон наружного диаметра:
406–1626 мм (16–64 дюйма)
Толщина стенки:
6,4 мм – 50+ мм
Типичное применение:
морские магистральные линии, глубоководные трубопроводы.
Преимущество:
возможность работы с толстыми стенками на море под высоким давлением.
SSAW (Спиральная ПИЛА)
Диапазон наружного диаметра:
508 мм – 2236 мм (20 дюймов – 88 дюймов)
Толщина стенки:
6,4 мм – 25,4 мм
Типичное применение:
Береговые водопроводные и нефтепроводы большого диаметра.
Преимущество:
Самый широкий диапазон диаметров по конкурентоспособной цене.
Инженерный взгляд — почему морская труба X65 почти всегда является LSAW или бесшовной DNV-ST-F101 (руководящий кодекс для подводных трубопроводных систем) требует, чтобы трубы ERW, используемые в морских условиях, прошли дополнительную квалификацию прочности сварного шва. На практике большинство подрядчиков по морским трубопроводам выбирают LSAW или бесшовный X65, чтобы избежать дополнительной аттестационной нагрузки, даже для диаметров, для которых ERW технически доступен. Для глубоководных наматываемых трубопроводов, где труба неоднократно сгибается на барабане и выпрямляется во время установки, предпочтительнее использовать бесшовные, поскольку сварные швы LSAW являются потенциальным местом возникновения усталости при циклическом изгибе.
4. Выбор толщины стенки
Толщина стенки трубопровода X65 рассчитывается на основе расчетного давления, наружного диаметра трубы и применимого расчетного коэффициента с использованием формулы кольцевого напряжения Барлоу. Нормы проектирования (ASME B31.4 для трубопроводов для жидкости, B31.8 для газа, DNV-ST-F101 для морских объектов) определяют расчетный коэффициент и любые дополнительные требования к классу расположения и виду отказа.
Формула Барлоу (расчет внутреннего давления)
ФОРМУЛА НАПРЯЖЕНИЯ КОЛЬЦА БАРЛОУ t = (P × D) / (2 × S × F × E × T)
Где: t = минимальная толщина стенки (мм), P = расчетное давление (МПа), D = наружный диаметр (мм), S = SMYS X65 = 448 МПа, F = расчетный коэффициент (обычно 0,72 на суше / 0,50–0,60 на море), E = коэффициент продольного соединения (1,0 для бесшовных и LSAW), T = температурный коэффициент снижения характеристик (1,0 ниже 120°C для углеродистой стали)
Ориентировочная толщина стенки — X65 PSL2 при обычном расчетном давлении
| Внешний диаметр (мм) |
Внешний диаметр (дюймы) |
Расчетное давление 7 МПа (1015 фунтов на квадратный дюйм)
F=0,72 на суше |
Проектное давление 15 МПа (2175 фунтов на квадратный дюйм)
F=0,60 на море |
Расчетное давление 20 МПа (2900 фунтов на квадратный дюйм)
F=0,50 на глубоководье |
| 219.1 |
8⅝' |
4,7 мм |
12,2 мм |
19,5 мм |
| 323.9 |
12¾ дюйма |
6,9 мм |
18,1 мм |
28,8 мм |
| 406.4 |
16 дюймов |
8,7 мм |
22,6 мм |
36,1 мм |
| 508.0 |
20 дюймов |
10,9 мм |
28,3 мм |
45,1 мм |
| 762.0 |
30 дюймов |
16,3 мм |
42,4 мм |
— |
| 1016,0 |
40 дюймов |
21,8 мм |
— |
— |
Примечание. Никогда не заказывайте X65 при номинальной стенке. Только API 5L допускает занижение допуска толщины стенки -12,5 % для бесшовных труб и от −0 % до + для сварных труб. Для бесшовного X65 труба, заказанная с номинальной стенкой 20,0 мм, по закону может поставляться с толщиной не менее 17,5 мм, что снижает вероятность разрыва и разрушения на 12,5%. Для целей расчета давления всегда рассчитывайте требуемую стену при TMIN (минимальная заказанная стенка), а не номинальную, и указывайте заказную стену, чтобы обеспечить достаточный запас после допуска на недостаточный допуск. На глубоководных трубопроводах, где обрушение является определяющим фактором, это особенно критично.
5. X65, X60 и X70 — какой класс выбрать?
Линейка X60–X65–X70 представляет собой лучшее место в производстве высокопрочных трубопроводных труб для большинства нефтегазовых проектов. Каждый шаг марки позволяет сделать стенку тоньше при том же рабочем давлении, но это приводит к компромиссу в свариваемости, доступности и пригодности для методов установки, которые требуют высоких деформаций изгиба.
| Свойство |
X60 |
X65 |
X70 |
| Минимальная доходность (SMYS) |
414 МПа (60 фунтов на квадратный дюйм) |
448 МПа (65 фунтов на квадратный дюйм) |
483 МПа (70 фунтов на квадратный дюйм) |
| Минимальная прочность на растяжение (СМТС) |
517 МПа (75 фунтов на квадратный дюйм) |
531 МПа (77 фунтов на квадратный дюйм) |
565 МПа (82 фунта на квадратный дюйм) |
| Толщина стенки в зависимости от X65 |
~8% толще |
Базовый уровень |
~7% тоньше |
| Свариваемость |
Самый простой |
Хороший |
Требует ухода |
| Морское/подводное использование |
Обычно для меньшего ОД |
Доминирующий сорт |
Используется на основных магистральных линиях. |
| Установка на барабанах |
Хороший |
Хороший |
Требуется проверка деформации |
| Кислый сервис (Приложение H) |
Доступный |
Доступный |
Доступно, но с более высоким CE |
| Доступность мельницы |
Широкий |
Широкий |
Широкий |
| Типичное применение |
Береговая нефть, сбор, газ среднего давления |
Морские магистральные трубопроводы, подводные, газ высокого давления |
Крупнейшая наземная транспортировка газа, Арктика |
Инженерный взгляд — почему X65 доминирует на морских магистральных линиях, а X70 — на наземных магистральных линиях Экономика четко разделяется в зависимости от метода установки. Для наземных магистральных линий большого диаметра (24 дюйма + диаметр, сотни километров) более тонкая стенка X70 снижает тоннаж стали примерно на 7% по сравнению с X65 — на 500-километровом трубопроводе диаметром 36 дюймов, который может составлять десятки тысяч тонн стали и экономию в десятки миллионов долларов. Квалификация процедуры сварки для X70 является более сложной, но выполнимой для опытных подрядчиков. Для морской прокладки, особенно S-образной и J-образной укладки, труба выдерживает высокие нагрузки на изгиб во время укладки, а более низкое соотношение Y/T и более предсказуемое пластическое поведение X65 делают ее предпочтительной. Укладка намотки требует еще более требовательных циклических нагрузок, и X65 используется практически повсеместно. Экономия материалов X70 не компенсирует премию за риск установки на море.
6. Приложения по сервисной среде
| Применение |
Типичный диапазон наружного диаметра |
Толщина стенки |
Тип направляющей трубы |
Особые требования |
| Морская магистраль — мелководье |
16»–36» |
Внутреннее давление + допуск на коррозию |
ЛСАВ |
PSL2, DNV-ST-F101, покрытие 3LPE |
| Морская магистральная линия — глубоководная |
8»–24» |
Внешний коллапс + внутреннее давление |
СМЛС или LSAW |
PSL2, стена с высокой D/t, покрытие + CWC |
| Подводный выкидной трубопровод (обратная связь) |
4»–16» |
Внутреннее давление, тепловое расширение |
СМЛС |
PSL2, совместимость с катушкой, FBE или 3LPE |
| Береговой газ высокого давления |
20»–48» |
Внутреннее давление при расчетном коэффициенте |
LSAW или SSAW |
Покрытие PSL2, ASME B31.8, 3LPE или FBE |
| Сбор сернистого газа |
4»–16» |
Внутреннее давление |
СМЛС или ВПВ |
PSL2 + Приложение H, протестировано HIC, NACE MR0175 |
| Экспортный нефтепровод (сухопутный) |
16”–40” |
Внутреннее давление |
LSAW или SSAW |
PSL2, ASME B31.4, 3LPE или эпоксидная смола из каменноугольной смолы. |
7. Кислая среда: X65 + API 5L, приложение H.
Стандарт API 5L X65 PSL2 не подходит для трубопроводов, транспортирующих влажный H₂S — содержание серы, разрешенное стандартом (максимум 0,015%), достаточно велико, чтобы вызвать водородное растрескивание (HIC) в присутствии H₂S и воды. Чтобы квалифицировать X65 для некачественного обслуживания, заказ на поставку должен явно ссылаться на API 5L, Приложение H..
Основные требования Приложения H для эксплуатации в кислой среде X65
| Параметр |
Стандарт PSL2, |
Приложение H (кислотное обслуживание). |
Почему это важно |
| Сера (S) макс. |
0,015% |
0,002% |
Устраняет включения MnS, которые инициируют HIC |
| Марганец (Mn) макс. |
1,65% |
1,45% |
Уменьшает сегрегацию по центральной линии — путь HIC |
| Соотношение Ca/S |
Не указан |
≥ 1,5 (лечение кальцием) |
Преобразует стрингеры MnS в шаровидные включения. |
| HIC-тест |
Не требуется |
Обязательно — NACE TM0284 |
Прямая квалификация трещиностойкости |
| SSC-тест |
Не требуется |
Согласно спецификации проекта |
Коррозионное растрескивание под напряжением под действием H₂S |
| Твердость макс. |
Не ограничено |
≤ 250 ВН10 |
Высокая твердость = чувствительность к SSC |
| CEIIW макс. |
0,43% |
0,43% (или ниже за проект) |
Контролирует твердость микроструктуры |
Критический момент закупок — «соответствия NACE» недостаточно. Заказ X65 PSL2 с пометкой «соответствовать требованиям NACE MR0175» не приводит к автоматическому применению требований Приложения H. NACE MR0175 регулирует выбор материалов для оборудования, работающего с H₂S, но специальный химический контроль, тестирование HIC и обработка кальцием, которые предотвращают водородное растрескивание трубопроводов, обязательны только при явном указании API 5L Приложение H в позиции заказа на поставку. Указание «API 5L X65 PSL2 согласно Приложению H» является правильным языком закупок. Если Приложение H отсутствует в заказе на поставку, завод не будет его применять.
Полный технический анализ отказов труб в металлургии и кислых трубопроводах согласно Приложению H см.: За пределами API 5L PSL2: Обязательное приложение H для металлургии для высокосернистого газа →
8. Часто задаваемые вопросы
Что такое трубопроводная труба API 5L X65?
API 5L X65 — это марка труб из высокопрочной углеродистой стали, определяемая спецификацией API 5L / ISO 3183 Американского института нефти. Цифра «65» обозначает минимальный заданный предел текучести 65 000 фунтов на квадратный дюйм (448 МПа). Это наиболее широко используемая марка для морских нефте- и газопроводов и газотранспортных систем высокого давления, сочетающая в себе высокую прочность с надежной свариваемостью и ударной вязкостью ниже нуля при заказе PSL2.
В чем разница между API 5L X65 PSL1 и PSL2?
PSL1 обеспечивает базовые химические и механические требования без ограничений по пределу текучести и обязательных испытаний на удар. PSL2 добавляет максимальный предел текучести, максимальное соотношение Y/T 0,93, обязательные испытания на удар по Шарпи CVN тела трубы и сварного шва, более жесткие пределы углеродного эквивалента и более жесткие допуски на размеры. Для всех морских, подводных и регулируемых наземных трубопроводов требуется PSL2. PSL1 X65 ограничивается некритическими и нерегулируемыми береговыми услугами. Смотрите полное сравнение: API 5L PSL1 против PSL2 →
В чем разница между линейной трубой X65 и X70?
Х65 имеет минимальный предел текучести 448 МПа; У X70 — 483 МПа — примерно на 7% выше. X70 позволяет сделать стенки примерно на 7% тоньше при том же рабочем давлении, что обеспечивает экономию средств на магистральных линиях большого диаметра, где тоннаж материала значителен. X65 предпочтителен для морского и подводного применения, поскольку его более низкий диапазон текучести более предсказуем при высоких изгибных деформациях, возникающих при укладке на катушках и S-образной укладке. X70 чаще встречается на крупных наземных газопроводах, где уменьшение толщины стенок обеспечивает прямую экономию затрат на материалы и снижение нагрузки на установку.
Можно ли использовать API 5L X65 для кислых продуктов?
Не в стандартной форме. Стандарт X65 PSL2 имеет предельное содержание серы 0,015 %, что достаточно высоко, чтобы вызвать водородное растрескивание во влажной среде H₂S. Для кислой среды необходимо заказать X65 в соответствии с Приложением H API 5L , которое требует содержания серы ниже 0,002%, более жестких ограничений по марганцу, обработки кальцием для контроля формы включений и обязательного тестирования HIC в соответствии с NACE TM0284. «Соответствие NACE MR0175» само по себе не приводит к применению этих требований — Приложение H должно быть явно указано в заказе на поставку.
Какая толщина стенок доступна для API 5L X65?
Диапазон толщины стенок зависит от производственного процесса: бесшовный X65 доступен от примерно 6,4 мм до 50+ мм; ВПВ с 4,8 мм до 25,4 мм; LSAW от 6,4 мм до 50+ мм; и SSAW от 6,4 мм до 25,4 мм. Конкретная толщина стенки для проекта рассчитывается на основе расчетного давления, наружного диаметра и расчетного коэффициента с использованием формулы Барлоу. При заказе стенки всегда указывайте минимальную толщину стенки, а не номинальную, и учитывайте допуск −12,5 %, разрешенный для бесшовных труб.
Какие производственные процессы используются для трубопроводной трубы X65?
X65 производится в бесшовном исполнении (SMLS) для малых и средних диаметров и для применений с высочайшей надежностью; ВПВ для средних диаметров при эксплуатации на берегу при умеренном давлении; LSAW для морских работ с толстыми стенками большого диаметра и высокого давления; и SSAW для наземных применений большого диаметра и низкого давления. Морские и подводные проекты обычно предусматривают LSAW или бесшовную сварку. Для намоточной укладки труб стандартным выбором является бесшовная труба из-за отсутствия продольного сварного шва при циклическом изгибе.
