Выбор между бесшовными и сварными линейными трубами является одним из наиболее распространенных решений о закупках в трубопроводном строительстве, и одним из наиболее часто принимаемых по неполным критериям. Фразы «бесшовный прочнее» и «сварной дешевле» отчасти верны, но ни один из них не является достаточным основанием для спецификации. Правильный ответ зависит от диаметра трубы, толщины стенки, рабочего давления, условий эксплуатации, метода установки и применимых норм проектирования — и во многих случаях решение фактически принимается на основе диапазона размеров или кода трубопровода, а не стоимости.
ZC Steel Pipe производит все четыре типа трубопроводных труб — бесшовные, ERW, LSAW и SSAW — в соответствии с API 5L в классах от B до X80, PSL1 и PSL2. В этом руководстве рассматривается полная схема выбора, чтобы вы могли с самого начала указать правильный тип для своего проекта.
СОДЕРЖАНИЕ
Четыре типа производства линейных труб
Прямое сравнение
Схема принятия решения об отборе
Сравнение затрат
Морские и подводные требования
Рекомендации по плохому обслуживанию
Матрица выбора приложения
Часто задаваемые вопросы
1. Четыре типа производства линейных труб.
Бесшовный (СМЛС)
Процесс:
горячая прошивка + прокатка — без сварки.
Диапазон наружного диаметра:
21,3 мм – 508 мм (¾ дюйма – 20 дюймов)
Толщина стенки:
До 50+ мм
Классы:
от B до X80.
Допуск на стену:
−12,5% от номинала
Индекс стоимости:
самый высокий.
Подходит для: HPHT, малого диаметра, укладки на катушку, кислого.
ВПВ (электросварка)
Процесс:
рулонная штамповка, высокочастотная электросварка — без наполнителя.
Диапазон наружного диаметра:
168 мм – 610 мм (6 дюймов – 24 дюйма)
Толщина стенки:
4,8 мм – 25,4 мм
Классы:
от B до X70.
Допуск на стену:
−0% (нет пониженного допуска)
Индекс затрат:
самый низкий (на 20–40 % ниже бесшовного).
Лучше всего подходит для: распределения газа на суше, сбора газа.
LSAW (Продольная пила)
Процесс:
формовка листов UOE/JCOE + пила внутри и снаружи.
Диапазон наружного диаметра:
406–1626 мм (16–64 дюйма)
Толщина стенки:
6,4 мм – 50+ мм
Классы:
от B до X80.
Допуск на стену:
−0% (контролируется пластиной)
Индекс затрат:
Средний (на 10–25 % ниже бесшовных)
Оптимально для: морских магистральных линий, толстостенных стенок с большим внешним диаметром
SSAW (Спиральная ПИЛА)
Процесс:
рулон/пластина спиральной формы + пиление с обеих сторон
Диапазон наружного диаметра:
508 мм – 2236 мм (20 дюймов – 88 дюймов)
Толщина стенки:
6,4 мм – 25,4 мм
Классы:
от B до X70.
Допуск на стену:
−0% (управление катушкой)
Индекс стоимости:
самый низкий для большого диаметра.
Лучше всего для: береговых и водопроводных трубопроводов большого диаметра.
2. Прямое сравнение
| Критерий |
бесшовности (SMLS) |
ERW |
LSAW |
SSAW |
| Сварной шов |
Никто |
1 прямой шов (без наполнителя) |
1 прямой шов (наполнитель SAW) |
1 спиральный шов (наполнитель SAW) |
| Макс. ОД |
~508 мм (20 дюймов) |
~610 мм (24 дюйма) |
~ 1626 мм (64 дюйма) |
~ 2236 мм (88 дюймов) |
| Максимальная толщина стенки |
50+ мм |
~25 мм |
50+ мм |
~25 мм |
| Равномерность толщины стенки |
±12,5% допуск |
Самый плотный (управляемый катушкой) |
Герметичный (контролируемый пластиной) |
Герметичный (управляемый катушкой) |
| наружный диаметр округлость/овальность |
Умеренный (горячекатаный) |
Отличный |
Отлично (расширено) |
Умеренный |
| Усталостная устойчивость (циклический изгиб) |
Самый высокий — без шва |
Хорошо — шов — место усталости |
Хорошо — шов — место усталости |
Нижний — спиральный шов под изгибом. |
| Кислый сервис (H₂S) |
Лучшее — отсутствие риска HIC |
Возможно — сварной шов требует дополнительного испытания HIC. |
Возможно — необходима квалификация сварного шва HIC |
Редко указывается для кислого |
| Оффшор / DNV-ST-F101 |
Полностью принято |
Принято с дополнительной аттестацией сварки |
Стандарт для морских магистральных линий |
Обычно не принимаются в оффшоре |
| Установка на катушку |
Предпочтительный |
Не рекомендуется |
Возможно — квалификация для конкретного проекта |
Не подходит |
| Доступность класса B–X52 |
Хороший |
Отличный |
Хороший |
Хороший |
| Доступность X65–X80 |
Хороший |
X65 да, X80 ограничено |
Отличный |
X65 да, X80 ограничено |
| Относительная стоимость (тот же внешний диаметр/класс/стенка) |
Самый высокий |
Самый низкий (от -20 до -40%) |
Средний (от -10 до -25%) |
Самый низкий для большого OD |
| Время выполнения |
Умеренно-длинный |
Самый короткий |
Умеренный |
Умеренный |
3. Схема принятия решения об отборе
На практике выбор между бесшовными и сварными материалами часто ограничивается диаметром и толщиной стенки, прежде чем применять какие-либо другие соображения. Проработайте эти точки принятия решений по порядку:
Шаг 1. Каков требуемый ОД?
Ниже 168 мм (6 дюймов):
только бесшовные — сварные трубы при маленьком наружном диаметре производить нерентабельно.
168–406 мм (6 «–16»): ERW или бесшовные — диаметр находится в обоих диапазонах; переход к следующему критерию.
406–610 мм (16 «–24»): ERW, LSAW или бесшовные — все доступны; переход к следующим критериям.
Свыше 610 мм (24 дюйма):
только LSAW или SSAW — бесшовные и ВПВ для этих диаметров недоступны.
Шаг 2 — Какова необходимая толщина стены?
Свыше 25 мм:
бесшовные или только LSAW — ERW и SSAW ограничены максимум примерно 25 мм.
Менее 25 мм: потенциально доступны все четыре типа — перейдите к следующему критерию.
Шаг 3. Какова среда обслуживания?
Кислый сервис (присутствует H₂S):
Предпочтителен бесшовный ; Возможна ERW/LSAW с Приложением H + квалификация сварного шва HIC; SSAW обычно не используется.
Морское/подводное:
LSAW или бесшовное ; ERW требует дополнительной аттестации сварных швов согласно DNV-ST-F101; SSAW вообще исключен.
HPHT:
Предпочтительно бесшовное соединение для обеспечения максимальной целостности при комбинированных нагрузках.
Стандартное обслуживание на берегу: допускается любой тип, отвечающий требованиям внешнего диаметра/стены.
Шаг 4 — Каков метод установки?
Укладка на барабане (глубокая вода):
только бесшовная сварка . Усталость сварного шва LSAW при циклическом изгибе является квалификационным барьером, которого избегают в большинстве проектов.
S-образная или J-образная прокладка: LSAW входит в стандартную комплектацию; бесшовные для выкидных линий с малым наружным диаметром.
Традиционное захоронение на земле или над землей: все типы приемлемы, если выполняются этапы 1–3.
Шаг 5. Что предполагает оптимизация затрат?
Если шаги 1–4 позволяют сделать выбор: ВПВ являются самыми дешевыми для среднего наружного диаметра на берегу; SSAW является самым дешевым вариантом для крупных OD на берегу; LSAW обеспечивает лучший баланс для крупных оффшорных работ; Бесшовный материал является самым дорогим, но его нельзя избежать при небольшом внешнем диаметре, толстостенных стенках или укладке на катушках.
Примечание о закупках — наиболее распространенная ошибка в спецификации Выбор бесшовных труб большого диаметра (24 дюйма + наружный диаметр), когда LSAW технически эквивалентен и значительно дешевле — или, наоборот, указание ERW для линии сбора кислых материалов для экономии затрат, а затем на этапе тестирования сварного шва HIC выясняется, что квалификация добавляет больше времени и затрат, чем первоначальная экономия. Сопоставьте внешний диаметр вашего проекта, стены и среду обслуживания с приведенной выше структурой принятия решений, прежде чем запрашивать расценки. Замена трубы. типа средний проект стоит дорого.
4. Сравнение затрат
Разница в стоимости между типами труб отражает сложность производства, эффективность использования сырья и производительность, а не качество. Современные трубы LSAW и ERW от квалифицированных заводов не уступают бесшовным; это просто другой производственный маршрут с другими ограничениями.
| Диапазон наружного диаметра |
Бесшовные |
ERW |
LSAW |
SSAW |
Примечания |
| Маленький (<168 мм / <6 дюймов) |
Базовый уровень |
Нет в наличии |
Нет в наличии |
Нет в наличии |
Никакого выбора затрат — только бесшовный |
| Средний (168–406 мм / 6–16 дюймов) |
Базовый уровень |
от −20 до −40% |
Нетипично для этого диапазона. |
Нет в наличии |
ВПВ — экономически эффективный выбор |
| Большой (406–610 мм / 16–24 дюйма) |
Базовый уровень |
от −15 до −25% |
от −10 до −20% |
Не типично |
ВПВ дешевле; LSAW для тяжелых стен |
| Очень большой (>610 мм / >24 дюйма) |
Нет в наличии |
Нет в наличии |
Базовый уровень |
от −15 до −25% по сравнению с LSAW |
SSAW для более низкого давления; LSAW для критического обслуживания |
Инженерный взгляд — там, где важен зазор допусков на стенку Чаще всего бесшовные трубы имеют не допуск на стенку на −12,5%; Трубы на основе пластин ERW и LSAW не имеют отрицательного допуска на стенку (или близкого к нулю). Для тонкостенных труб (отношение стенки к внешнему диаметру менее 0,05) этот допуск в 12,5 % оказывает существенное влияние на расчеты давления разрыва — бесшовная труба, заказываемая с номинальной стенкой 8 мм, должна быть рассчитана так, как если бы она составляла 7 мм. Это частично компенсирует экономическое преимущество бесшовных изделий с тонкими стенками, поскольку инженерам приходится заказывать немного толще, чтобы сохранить минимальный проектный минимум. На толстостенных бесшовных трубах (более 20 мм) процентное влияние допуска меньше, и проблема допуска стенки становится менее значимой.
5. Требования к морским и подводным работам
Проектирование морских трубопроводов регулируется DNV-ST-F101 (подводные трубопроводные системы) или эквивалентными национальными нормами. Эти нормы налагают требования к типу труб и квалификации сварных швов, что значительно сужает выбор для морских применений.
DNV-ST-F101 Приемлемость типа трубы
| Тип трубы, |
принятый в море? |
Дополнительные требования по сравнению с |
типичным морским использованием на суше |
| Бесшовный |
Да — без ограничений |
Стандартный PSL2 + NDE для конкретного проекта |
Подводные выкидные трубопроводы, райзеры, муфты малого диаметра |
| ЛСАВ |
Да — стандарт для больших ОД |
100% АВТ сварного шва, RT, сварной шов CVN |
Морские магистральные трубопроводы, глубоководная система «труба в трубе» |
| ВПВ |
Условно — дополнительная аттестация сварного шва |
Полный сварной шов AUT + RT + CVN, дополнительный сварной шов, проверка HIC на кислость |
Ограничено — иногда для приусадебных линий с малым наружным диаметром. |
| ССАВ |
Обычно не принимается |
Спиральная геометрия шва создает сложное напряженное состояние при сочетании изгиба и давления. |
Не используется для морских или подводных работ. |
Критический инженерный момент — сварной шов ERW при комбинированной нагрузке В трубе ERW используется зона термического влияния (ЗТВ) без присадочного металла — сварной шов образуется за счет твердотельного соединения под давлением. Хотя это обеспечивает надежное соединение только при растяжении и внутреннем давлении, свойства ЗТВ при комбинированной нагрузке изгиба + давления + температуры (которые возникают во время установки и эксплуатации морских трубопроводов) требуют специальных квалификационных испытаний, выходящих за рамки требований стандарта API 5L PSL2. Многие оффшорные подрядчики EPC полностью исключают ВПВ из оффшорных услуг, чтобы избежать этого квалификационного бремени, даже если кодекс технически это разрешает.
6. Рекомендации по эксплуатации в кислых средах в зависимости от типа трубы
Водородное растрескивание (HIC) при эксплуатации в кислых средах в первую очередь обусловлено химией стали, в частности содержанием серы и морфологией включений. Все типы труб подвержены воздействию, если сталь не указана должным образом. Однако наличие сварного шва создает дополнительный риск: зона сварного шва и зона термического влияния (ЗТВ) могут иметь иную микроструктурную восприимчивость к HIC, чем тело трубы.
| Тип трубы |
Корпус Риск HIC |
Сварной шов Риск HIC |
Приложение H Применимо? |
Дополнительные требования к кислоте |
| Бесшовный |
Контролируется химическими веществами, указанными в Приложении H. |
Нет — нет сварного шва. |
Да |
Приложение H на химический состав + только тест HIC для тела |
| ВПВ |
Контролируется химическими веществами, указанными в Приложении H. |
Да — микроструктура ЗТВ отличается от корпуса |
Да |
Приложение H: химический состав + кузов HIC + испытание HIC сварного шва (NACE TM0284) |
| ЛСАВ |
Контролируется химическими веществами, указанными в Приложении H. |
Умеренный — наполнитель SAW разбавляет основной металл; ЗВТ присутствует |
Да |
Приложение H: химический состав + кузов HIC + испытание HIC сварного шва (NACE TM0284) |
| ССАВ |
Контролируется химическими веществами, указанными в Приложении H. |
Да — спиральный шов покрывает большую площадь поверхности на единицу длины |
Технически да |
Приложение H + сварной шов HIC, но редко указывается для кислых материалов — предпочтительнее бесшовные или LSAW. |
Полные требования к спецификации кислых услуг см.: За пределами API 5L PSL2: Обязательное приложение H для металлургии для высокосернистого газа →
7. Матрица выбора приложения
| Применение |
Типичное OD |
Рекомендуемый тип |
Почему |
| Подводный выкидной трубопровод (глубоководный, наматываемый) |
4'–12' |
Бесшовный |
Отсутствие швов — отсутствие усталости при циклическом изгибе намотки |
| Морская магистральная линия (S-образная / J-образная прокладка) |
16»–36» |
ЛСАВ |
Возможность работы с толстостенными стенками, одобрено DNV с проверкой сварных швов AUT |
| Береговой газ высокого давления (основной ствол) |
24»–56» |
LSAW или SSAW |
LSAW для X65/X70 высокого давления; SSAW для X52/X60 при более низком расчетном коэффициенте |
| Распределение газа на суше (среднее давление) |
6»–20» |
ВПВ |
Экономичен, подходит для сладкого обслуживания в соответствии с ASME B31.8. |
| Линия сбора сернистого газа |
4»–16» |
Бесшовный |
Отсутствие риска HIC сварного шва — самый простой путь квалификации согласно Приложению H |
| Магистральный трубопровод высокосернистого масла (большого наружного диаметра) |
16»–32» |
LSAW + Приложение H |
Большой НД требует сварки; Сварной шов LSAW хорошо зарекомендовал себя квалификацией HIC |
| Береговой трубопровод для закачки воды |
16'–48' |
SSAW или LSAW |
Большой наружный диаметр, умеренное давление — SSAW экономически выгоден; LSAW для более высокого давления |
| Внутрипромысловый трубопровод HPHT |
4»–16» |
Бесшовный |
Однородные свойства при комбинированной нагрузке высокого давления и высокой температуры. |
| Отводы, колена, специальная арматура |
Любой |
Бесшовный |
Фитинги всегда изготавливаются бесшовными, независимо от типа магистральных труб. |
Инженерное понимание — фитинги всегда бесшовные Независимо от того, является ли магистральная труба ERW, LSAW или SSAW, все фитинги трубопровода — колена, колена, тройники, переходники — изготавливаются из бесшовных труб или пластин. Это не выбор; это отраслевой стандарт. Процессы формовки, используемые для изготовления фитингов (индукционная гибка, горячая штамповка), несовместимы с продольным или спиральным сварным швом. При составлении бюджета проекта трубопровода учитывайте стоимость бесшовных труб для всех фитингов, даже если основная линия указана как ERW или SSAW.
8. Часто задаваемые вопросы
Бесшовная труба прочнее сварной?
Бесшовная труба не имеет сварного шва и, следовательно, не имеет концентрации напряжений в зоне сварки или микроструктурных изменений ЗТВ. Однако современные сварные трубы LSAW со 100% контролем сварки AUT достигают сопоставимых показателей разрыва и разрушения при одинаковой толщине стенки. Практическое преимущество бесшовных материалов заключается не в их прочности, а в отсутствии риска усталости сварных швов при циклических нагрузках, поэтому они рекомендуются для трубопроводов, укладываемых на барабанах, и для применений с высокими деформациями изгиба. Для работы при статическом внутреннем давлении на наземном трубопроводе сертифицированная LSAW функционально эквивалентна бесшовной.
Когда требуется бесшовная трубопроводная труба вместо сварной?
Бесшовность требуется или настоятельно предпочтительна в пяти ситуациях: диаметры менее 168 мм, когда сварная труба экономически недоступна; установка с барабанной укладкой, где усталость сварного шва при циклическом изгибе представляет собой проектный риск; Режим HPHT, при котором комбинированная нагрузка создает дополнительную нагрузку на зоны сварки; некачественные услуги, при которых отказ от аттестации сварных швов по HIC упрощает закупки; и всю арматуру трубопровода (отводы, колена, тройники) независимо от типа магистральной трубы.
В чем разница между сварными трубами ERW, LSAW и SSAW?
ERW использует высокочастотный электрический ток для сварки кромок труб без присадочного металла — быстро, экономично, подходит для среднего наружного диаметра примерно до 610 мм и умеренной толщины стенки. LSAW сваривает прокатанный лист по прямому продольному шву с помощью дуговой сварки под флюсом с присадочным металлом, способной выдерживать толстые стенки и большой диаметр до 1626 мм, стандарт для морских магистральных линий. SSAW формирует трубы из рулона или пластины по спирали и сваривает обе стороны — позволяет получать очень большие диаметры до 2236 мм при низких затратах, что используется в основном для крупных наземных трубопроводов при более низких расчетных давлениях. См. также: ВПВ против стальной трубы SAW →
Приемлемы ли сварные трубы для морских трубопроводов?
Сварные трубы LSAW широко используются для морских магистральных трубопроводов и полностью соответствуют стандарту DNV-ST-F101 при условии 100% автоматизированного ультразвукового контроля (AUT) и радиографического контроля сварного шва, а также испытания зоны сварного шва на удар по Шарпи. ВПВ условно принимаются на море с дополнительной аттестацией сварных швов. SSAW обычно не принимается для оффшорной службы. Для глубоководной укладки труб на барабанах обычно используется бесшовная прокладка, поскольку сварной шов LSAW представляет собой риск усталости при циклическом изгибе, возникающем при укладке труб на барабанах.
Насколько дешевле сварные линейные трубы по сравнению с бесшовными?
ERW обычно на 20–40% дешевле, чем бесшовные трубы при эквивалентном внешнем диаметре, марке и толщине стенки. LSAW работает на 10–25% меньше, чем бесшовный, для больших диаметров. SSAW — самый дешевый вариант для труб очень большого диаметра. Зазор сужается для толстостенных (более 25 мм) и высококачественных марок (X70/X80), где бесшовное производство становится более эффективным по сравнению со сварным. Нулевой отрицательный допуск стенки ERW также частично компенсирует ее более низкую номинальную цену по сравнению с бесшовной, поскольку для бесшовной конструкции требуется немного более толстая стенка заказа, чтобы компенсировать заниженный допуск -12,5%.
Можно ли использовать трубы ВПВ для работы с кислыми средами?
Труба ERW может быть аттестована для работы в кислой среде в соответствии с Приложением H API 5L, но требует как HIC-испытания корпуса, так и явного HIC-испытания сварного шва в соответствии с NACE TM0284, поскольку зона термического влияния ERW имеет микроструктуру, отличную от тела трубы, и должна пройти независимую аттестацию. Многие инженеры используют бесшовные линии сбора кислоты, чтобы избежать этого дополнительного этапа квалификации. Если ERW выбран по соображениям стоимости при эксплуатации в кислой среде, в заказе на поставку должны быть четко указаны химические требования Приложения H, испытания HIC кузова и испытания HIC сварных швов — необходимы все три.
