Ống liền mạch và ống hàn: Cách chọn đúng loại
Sự lựa chọn giữa đường ống liền mạch và hàn là một trong những quyết định mua sắm phổ biến nhất trong kỹ thuật đường ống - và là một trong những quyết định thường xuyên nhất được đưa ra dựa trên các tiêu chí không đầy đủ. 'Liền mạch mạnh hơn' và 'hàn rẻ hơn' đều đúng một phần nhưng không phải là cơ sở đủ để xác định thông số kỹ thuật. Câu trả lời đúng phụ thuộc vào đường kính ống, độ dày thành ống, áp suất vận hành, môi trường sử dụng, phương pháp lắp đặt và mã thiết kế hiện hành — và trong nhiều trường hợp, quyết định thực sự được đưa ra bởi phạm vi kích thước hoặc mã đường ống thay vì chi phí.
ZC Steel Pipe sản xuất tất cả bốn loại ống đường ống - liền mạch, ERW, LSAW và SSAW - đến API 5L ở các cấp từ Hạng B đến X80, PSL1 và PSL2. Hướng dẫn này sẽ trình bày toàn bộ khung lựa chọn để bạn có thể chỉ định loại phù hợp cho dự án của mình ngay từ đầu.
1. Các loại hình sản xuất ống bốn dây chuyền
Liền mạch (SMLS)
Quy trình:
Xỏ quay nóng + cán - không hàn
Phạm vi OD:
21,3 mm – 508 mm (¾' – 20')
Độ dày của tường:
Lên tới 50+ mm
Lớp:
Lớp B đến X80
Dung sai của tường:
−12,5% trên danh nghĩa
Chỉ số chi phí:
Cao nhất
Tốt nhất cho: HPHT, OD nhỏ, reel-lay, chua
ERW (Hàn điện trở)
Quy trình:
Dạng cuộn, hàn điện HF - không chất độn
Phạm vi OD:
168 mm – 610 mm (6' – 24')
Độ dày thành:
4,8 mm – 25,4 mm
Lớp:
Lớp B đến X70
Dung sai của tường:
−0% (không có dung sai dưới mức)
Chỉ số chi phí:
Thấp nhất (dưới mức liền mạch 20–40%)
Tốt nhất cho: Phân phối, thu gom khí trên bờ
LSAW (CƯA dọc)
Quy trình:
Tạo hình tấm UOE/JCOE + SAW bên trong & bên ngoài
Phạm vi OD:
406 mm – 1.626 mm (16' – 64')
Độ dày thành:
6,4 mm – 50+ mm
Lớp:
Lớp B đến X80
Dung sai của tường:
−0% (điều khiển bằng tấm)
Chỉ số chi phí:
Trung bình (10–25% dưới mức liền mạch)
Tốt nhất cho: Đường trục ngoài khơi, tường nặng OD lớn
SSAW (CƯA xoắn ốc)
Quy trình:
Cuộn/tấm dạng xoắn ốc + SAW cả hai mặt
Phạm vi OD:
508 mm – 2.236 mm (20' – 88')
Độ dày thành:
6,4 mm – 25,4 mm
Lớp:
Lớp B đến X70
Dung sai của tường:
−0% (điều khiển bằng cuộn dây)
Chỉ số chi phí:
Thấp nhất cho đường kính lớn
Tốt nhất cho: Đường ống dẫn nước, trên bờ có đường kính lớn
2. So sánh trực tiếp
| Tiêu chí |
Dàn (SMLS) |
ERW |
LSAW |
SSAW |
| Đường hàn |
Không có |
1 đường may thẳng (không có đường may phụ) |
1 đường may thẳng (chất độn SAW) |
1 đường may xoắn ốc (chất độn SAW) |
| OD tối đa |
~508 mm (20') |
~610 mm (24') |
~1.626 mm (64') |
~2.236 mm (88') |
| Độ dày thành tối đa |
50+ mm |
~25 mm |
50+ mm |
~25mm |
| Độ dày tường đồng đều |
Dung sai ± 12,5% |
Chặt chẽ nhất (điều khiển cuộn dây) |
Chặt (điều khiển bằng tấm) |
Chặt chẽ (điều khiển cuộn dây) |
| Độ tròn/hình bầu dục của OD |
Vừa phải (cán nóng) |
Xuất sắc |
Xuất sắc (mở rộng) |
Vừa phải |
| Chống mỏi (uốn theo chu kỳ) |
Cao nhất - không có đường may |
Tốt - đường may không gây mỏi |
Tốt - đường may không gây mỏi |
Dưới - đường may xoắn ốc dưới uốn |
| Dịch chua (H₂S) |
Tốt nhất - không có đường may, rủi ro HIC |
Có thể - đường hàn cần kiểm tra HIC thêm |
Có thể - cần có tiêu chuẩn HIC của đường hàn |
Hiếm khi được chỉ định cho vị chua |
| Ngoài khơi / DNV-ST-F101 |
Được chấp nhận hoàn toàn |
Được chấp nhận với trình độ hàn bổ sung |
Tiêu chuẩn đường trục xa bờ |
Nói chung không được chấp nhận ở nước ngoài |
| Lắp đặt reel-lay |
Ưu tiên |
Không được đề xuất |
Có thể - trình độ chuyên môn cụ thể của dự án |
Không phù hợp |
| Tính sẵn có của hạng B–X52 |
Tốt |
Xuất sắc |
Tốt |
Tốt |
| Tính khả dụng của X65–X80 |
Tốt |
X65 có, X80 giới hạn |
Xuất sắc |
X65 có, X80 giới hạn |
| Chi phí tương đối (cùng OD/cấp/tường) |
Cao nhất |
Thấp nhất (-20 đến -40%) |
Trung bình (-10 đến -25%) |
Thấp nhất cho OD lớn |
| thời gian dẫn |
Trung bình-dài |
Ngắn nhất |
Vừa phải |
Vừa phải |
3. Khung quyết định lựa chọn
Trong thực tế, việc lựa chọn giữa liền mạch và hàn thường bị hạn chế bởi đường kính và độ dày thành trước khi áp dụng bất kỳ xem xét nào khác. Hãy giải quyết các điểm quyết định này theo thứ tự:
Bước 1 - OD cần thiết là gì?
Dưới 168 mm (6'):
Chỉ liền mạch — ống hàn không được sản xuất kinh tế ở đường kính ngoài nhỏ.
168–406 mm (6'–16'): ERW hoặc liền mạch — đường kính nằm trong cả hai phạm vi; chuyển sang tiêu chí tiếp theo.
406–610 mm (16'–24'): ERW, LSAW hoặc liền mạch — tất cả đều có sẵn; chuyển sang tiêu chí tiếp theo.
Trên 610 mm (24'):
chỉ LSAW hoặc SSAW — liền mạch — liền mạch — tất cả đều có sẵn; chuyển sang tiêu chí tiếp theo. và ERW không có sẵn ở các đường kính này.
Bước 2 - Độ dày tường yêu cầu là bao nhiêu?
Trên 25 mm:
Chỉ liền mạch hoặc LSAW - ERW và SSAW được giới hạn ở mức tối đa khoảng 25 mm.
Dưới 25 mm: Tất cả bốn loại đều có sẵn — chuyển sang tiêu chí tiếp theo.
Bước 3 - Môi trường dịch vụ là gì?
Dịch vụ chua (hiện tại H₂S):
Ưu tiên liền mạch ; Có thể sử dụng ERW/LSAW với Phụ lục H + chứng nhận HIC đường hàn; SSAW thường không được sử dụng.
Ngoài khơi/dưới biển:
LSAW hoặc liền mạch ; ERW yêu cầu chứng nhận đường hàn bổ sung cho mỗi DNV-ST-F101; SSAW thường bị loại trừ.
HPHT:
Ưu tiên liền mạch để có tính toàn vẹn cao nhất dưới tải kết hợp.
Dịch vụ ngọt tiêu chuẩn trên bờ: Bất kỳ loại nào đáp ứng yêu cầu OD/tường đều được chấp nhận.
Bước 4 - Phương pháp cài đặt là gì?
Cuộn dây (nước sâu):
Chỉ liền mạch - Độ mỏi của đường hàn LSAW khi uốn theo chu kỳ là rào cản chất lượng mà hầu hết các dự án đều tránh.
S-lay hoặc J-lay: LSAW là tiêu chuẩn; liền mạch cho các dòng OD nhỏ.
Chôn cất trên đất thông thường hoặc trên mặt đất: Tất cả các loại đều được chấp nhận nếu đáp ứng Bước 1–3.
Bước 5 - Tối ưu hóa chi phí gợi ý điều gì?
Nếu Bước 1–4 cho phép lựa chọn: ERW là rẻ nhất đối với OD trung bình trên bờ; SSAW là rẻ nhất cho OD lớn trên bờ; LSAW cung cấp sự cân bằng tốt nhất cho OD lớn ngoài khơi; liền mạch là đắt nhất nhưng không thể tránh khỏi đối với OD nhỏ, tường dày hoặc cuộn cuộn.
Ghi chú Mua sắm — Lỗi Thông số kỹ thuật phổ biến nhất Chỉ định liền mạch cho đường ống có đường kính lớn (24'+ OD) khi LSAW tương đương về mặt kỹ thuật và rẻ hơn đáng kể - hoặc ngược lại, chỉ định ERW cho đường ống thu gom dịch vụ chua để tiết kiệm chi phí và sau đó phát hiện ra ở giai đoạn thử nghiệm HIC đường hàn rằng trình độ chuyên môn sẽ cộng thêm nhiều thời gian và chi phí hơn so với mức tiết kiệm ban đầu. Lập bản đồ OD, tường và môi trường dịch vụ của dự án của bạn theo khung quyết định ở trên trước khi yêu cầu báo giá.
4. So sánh chi phí
Sự khác biệt về chi phí giữa các loại ống phản ánh độ phức tạp trong sản xuất, hiệu quả sử dụng nguyên liệu thô và năng suất sản xuất chứ không phải chất lượng. Ống LSAW và ERW hiện đại từ các nhà máy đủ tiêu chuẩn không thua kém gì ống liền mạch; nó chỉ đơn giản là một lộ trình sản xuất khác với những ràng buộc khác nhau.
| Phạm vi OD |
Dàn |
ERW |
LSAW |
SSAW |
Ghi chú |
| Nhỏ (<168 mm / <6') |
Đường cơ sở |
Không có sẵn |
Không có sẵn |
Không có sẵn |
Không có lựa chọn chi phí - chỉ liền mạch |
| Trung bình (168–406 mm / 6'–16') |
Đường cơ sở |
−20 đến −40% |
Không điển hình cho phạm vi này |
Không có sẵn |
ERW là sự lựa chọn hiệu quả về mặt chi phí |
| Lớn (406–610 mm / 16'–24') |
Đường cơ sở |
−15 đến −25% |
−10 đến −20% |
Không điển hình |
ERW rẻ hơn; LSAW cho tường nặng |
| Rất lớn (>610 mm / >24') |
Không có sẵn |
Không có sẵn |
Đường cơ sở |
−15 đến −25% so với LSAW |
SSAW cho áp suất thấp hơn; LSAW cho dịch vụ quan trọng |
Thông tin chi tiết về kỹ thuật - Nơi quan trọng nhất là khoảng cách dung sai của tường Hầu hết các đường ống liền mạch đều có dung sai dưới mức tường -12,5%; Ống nền tấm ERW và LSAW không có dung sai thành âm (hoặc gần bằng 0). Đối với ống có thành mỏng (tỷ lệ giữa tường và OD dưới 0,05), khoảng cách dung sai 12,5% này có ảnh hưởng đáng kể đến việc tính toán áp suất nổ - một ống liền mạch được đặt hàng ở tường danh nghĩa 8 mm phải được thiết kế như thể nó là 7 mm. Điều này bù đắp một phần lợi thế về chi phí của các ứng dụng liền mạch trên tường mỏng vì các kỹ sư phải đặt hàng dày hơn một chút để duy trì mức tối thiểu trong thiết kế. Trên ống liền mạch có thành dày (trên 20 mm), phần trăm tác động của dung sai sẽ nhỏ hơn và vấn đề về dung sai của tường trở nên ít quan trọng hơn.
5. Yêu cầu ngoài khơi và dưới biển
Thiết kế đường ống ngoài khơi được điều chỉnh bởi DNV-ST-F101 (hệ thống đường ống dưới biển) hoặc các mã quốc gia tương đương. Các mã này áp đặt các yêu cầu về loại ống và chất lượng đường hàn giúp thu hẹp đáng kể việc lựa chọn cho các ứng dụng ngoài khơi.
Khả năng chấp nhận loại ống DNV-ST-F101
| Loại ống |
được chấp nhận ở nước ngoài? |
Yêu cầu bổ sung so với |
việc sử dụng điển hình ở nước ngoài |
| liền mạch |
Có - không hạn chế |
PSL2 tiêu chuẩn + NDE dành riêng cho dự án |
Đường dòng dưới biển, ống đứng, dây buộc OD nhỏ |
| LSAW |
Có - tiêu chuẩn cho OD lớn |
100% AUT của đường hàn, RT, đường hàn CVN |
Đường trục ngoài khơi, đường ống nước sâu trong đường ống |
| bom mìn |
Có điều kiện - chứng nhận mối hàn bổ sung |
Đường hàn đầy đủ AUT + RT + CVN, đường hàn bổ sung kiểm tra HIC nếu chua |
Hạn chế - đôi khi đối với các tuyến nội địa OD nhỏ |
| SSAW |
Nói chung là không được chấp nhận |
Hình học đường may xoắn ốc tạo ra trạng thái ứng suất phức tạp dưới tác dụng uốn và áp suất kết hợp |
Không được sử dụng cho dịch vụ ngoài khơi hoặc dưới biển |
Điểm kỹ thuật quan trọng - Đường hàn ERW dưới tải kết hợp Ống ERW sử dụng vùng chịu ảnh hưởng nhiệt (HAZ) không có kim loại phụ - mối hàn được hình thành bằng liên kết trạng thái rắn dưới áp suất. Mặc dù điều này tạo ra mối nối chắc chắn khi chỉ chịu lực căng và áp suất bên trong, nhưng các đặc tính HAZ khi chịu uốn + áp suất + nhiệt độ kết hợp (xảy ra trong quá trình lắp đặt và vận hành đường ống ngoài khơi) yêu cầu kiểm tra chất lượng cụ thể ngoài những yêu cầu tiêu chuẩn API 5L PSL2. Nhiều nhà thầu EPC ngoài khơi loại trừ hoàn toàn ERW cho dịch vụ ngoài khơi để tránh gánh nặng về tiêu chuẩn này, ngay cả khi quy tắc kỹ thuật cho phép điều đó.
6. Cân nhắc về dịch vụ chua theo loại ống
Vết nứt do hydro gây ra (HIC) trong dịch vụ chua chủ yếu được thúc đẩy bởi thành phần hóa học của thép - đặc biệt là hàm lượng lưu huỳnh và hình thái bao gồm. Tất cả các loại ống đều dễ bị ảnh hưởng nếu thép không được chỉ định đúng. Tuy nhiên, sự hiện diện của đường hàn gây ra một rủi ro bổ sung: vùng hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) có thể có độ nhạy cảm cấu trúc vi mô đối với HIC khác với thân ống.
| Loại ống |
Thân HIC Rủi ro |
Mối hàn Rủi ro HIC |
Phụ lục H Áp dụng? |
Yêu cầu chua bổ sung |
| liền mạch |
Kiểm soát bởi hóa chất Phụ lục H |
Không có - không có đường hàn |
Đúng |
Phụ lục H hóa học + chỉ xét nghiệm HIC cơ thể |
| bom mìn |
Kiểm soát bởi hóa chất Phụ lục H |
Có - Cấu trúc vi mô HAZ khác với cơ thể |
Đúng |
Phụ lục H hóa học + thân HIC + đường hàn Kiểm tra HIC (NACE TM0284) |
| LSAW |
Kiểm soát bởi hóa chất Phụ lục H |
Trung bình - Chất độn SAW làm loãng kim loại cơ bản; HAZ có mặt |
Đúng |
Phụ lục H hóa học + thân HIC + đường hàn Kiểm tra HIC (NACE TM0284) |
| SSAW |
Kiểm soát bởi hóa chất Phụ lục H |
Có - đường may xoắn ốc bao phủ nhiều diện tích bề mặt hơn trên mỗi đơn vị chiều dài |
Về mặt kỹ thuật thì có |
Phụ lục H + đường hàn HIC, nhưng hiếm khi được quy định cho đường hàn chua – liền mạch hoặc ưu tiên LSAW |
Để biết các yêu cầu đặc điểm kỹ thuật dịch vụ chua đầy đủ, hãy xem: Ngoài API 5L PSL2: Phụ lục H bắt buộc Luyện kim cho khí chua →
7. Ma trận lựa chọn ứng dụng
| Ứng dụng |
OD điển hình |
Loại khuyến nghị |
Tại sao |
| Dòng chảy dưới biển (nước sâu, cuộn dây) |
4'–12' |
liền mạch |
Không có đường may - không bị mỏi khi uốn theo cuộn theo chu kỳ |
| Đường trục ngoài khơi (S-lay/J-lay) |
16'–36' |
LSAW |
Khả năng chịu tường nặng, được DNV chấp nhận với kiểm tra mối hàn AUT |
| Khí cao áp trên bờ (đường ống chính) |
24'–56' |
LSAW hoặc SSAW |
LSAW cho áp suất cao X65/X70; SSAW cho X52/X60 ở hệ số thiết kế thấp hơn |
| Phân phối khí trên bờ (áp suất trung bình) |
6'–20' |
bom mìn |
Tiết kiệm chi phí, phù hợp cho dịch vụ đồ ngọt theo ASME B31.8 |
| Dây chuyền thu gom khí chua |
4'–16' |
liền mạch |
Không có mối hàn Rủi ro HIC - đường dẫn xác nhận Phụ lục H đơn giản nhất |
| Đường trục dầu chua (OD lớn) |
16'–32' |
LSAW + Phụ lục H |
OD lớn yêu cầu hàn; Đường hàn LSAW đạt tiêu chuẩn HIC |
| Đường ống phun nước trên bờ |
16'–48' |
SSAW hoặc LSAW |
OD lớn, áp suất vừa phải - SSAW tiết kiệm chi phí; LSAW cho áp suất cao hơn |
| Đường ống nội đồng HPHT |
4'–16' |
liền mạch |
Đặc tính đồng nhất dưới áp suất cao kết hợp + tải nhiệt độ cao |
| Uốn cong, khuỷu tay, phụ kiện đặc biệt |
Bất kì |
liền mạch |
Các phụ kiện luôn được làm từ liền mạch bất kể loại đường ống chính |
Thông tin chi tiết về kỹ thuật - Các phụ kiện luôn liền mạch Bất kể đường ống chính là ERW, LSAW hay SSAW, tất cả các phụ kiện đường ống - uốn cong, khuỷu tay, chữ T, bộ giảm tốc - đều được sản xuất từ ống hoặc tấm liền mạch. Đây không phải là một sự lựa chọn; nó là một tiêu chuẩn công nghiệp. Các quy trình tạo hình được sử dụng để chế tạo các phụ kiện (uốn cảm ứng, tạo hình nóng) không tương thích với đường hàn dọc hoặc xoắn ốc. Khi lập ngân sách cho một dự án đường ống, hãy tính chi phí đường ống liền mạch cho tất cả các phụ kiện ngay cả khi đường ống chính được chỉ định là ERW hoặc SSAW.
8. Câu hỏi thường gặp
Ống liền mạch có bền hơn ống hàn không?
Ống liền mạch không có đường hàn và do đó không tập trung ứng suất vùng hàn hoặc biến đổi cấu trúc vi mô HAZ. Tuy nhiên, ống hàn LSAW hiện đại với khả năng kiểm tra mối hàn AUT 100% đạt được mức độ nổ và sập tương đương ở cùng độ dày thành. Ưu điểm thực tế của liền mạch không phải là độ bền thô mà là không có nguy cơ mỏi đường hàn khi chịu tải theo chu kỳ - đó là lý do tại sao nó được chỉ định cho các đường ống dạng cuộn và các ứng dụng có biến dạng uốn cao. Đối với dịch vụ áp suất tĩnh bên trong trên đường ống trên bờ, LSAW đủ tiêu chuẩn có chức năng tương đương với liền mạch.
Khi nào cần có đường ống liền mạch thay vì hàn?
Cần phải có đường hàn hoặc được ưu tiên sử dụng trong năm trường hợp: đường kính dưới 168 mm khi ống hàn không có sẵn về mặt kinh tế; lắp đặt kiểu cuộn trong đó mối hàn bị mỏi do uốn theo chu kỳ là một rủi ro thiết kế; Dịch vụ HPHT trong đó tải trọng kết hợp gây thêm áp lực lên các vùng hàn; dịch vụ chua chát nơi tránh đường hàn Chứng chỉ HIC giúp đơn giản hóa việc mua sắm; và tất cả các phụ kiện đường ống (khúc uốn, khuỷu, chữ T) bất kể loại đường ống chính.
Sự khác biệt giữa ống hàn ERW, LSAW và SSAW là gì?
ERW sử dụng dòng điện tần số cao để nung chảy các cạnh ống mà không cần kim loại phụ — nhanh, tiết kiệm chi phí, phù hợp với đường kính ngoài trung bình lên đến khoảng 610 mm với độ dày thành vừa phải. LSAW hàn một tấm cán dọc theo một đường nối thẳng bằng cách sử dụng hàn hồ quang chìm với kim loại phụ — có khả năng chịu được tường nặng và đường kính lớn lên tới 1.626 mm, tiêu chuẩn cho các đường trục ngoài khơi. SSAW tạo hình ống từ cuộn hoặc tấm theo hình xoắn ốc và hàn cả hai mặt - cho phép đường kính rất lớn lên tới 2.236 mm với chi phí thấp, được sử dụng chủ yếu cho các đường ống lớn trên bờ với áp suất thiết kế thấp hơn. Xem thêm: Ống thép ERW và SAW →
Đường ống hàn có được chấp nhận cho đường ống ngoài khơi không?
Ống hàn LSAW được sử dụng rộng rãi cho các đường trục ngoài khơi và được chấp nhận hoàn toàn theo DNV-ST-F101 với kiểm tra siêu âm tự động 100% (AUT) và kiểm tra chụp ảnh phóng xạ đường nối mối hàn, cùng với kiểm tra tác động Charpy của vùng hàn. ERW được chấp nhận có điều kiện ngoài khơi với trình độ đường hàn bổ sung. SSAW thường không được chấp nhận cho dịch vụ ngoài khơi. Đối với việc rải đường ống cuộn ở vùng nước sâu, đường ống liền mạch thường được chỉ định vì đường hàn LSAW có nguy cơ mỏi do uốn cong theo chu kỳ do lắp đặt đặt cuộn.
Ống dây hàn rẻ hơn bao nhiêu so với ống liền mạch?
ERW thường rẻ hơn 20–40% so với ống liền mạch ở đường kính ngoài, cấp độ và độ dày thành tương đương. LSAW chạy ít hơn 10–25% so với loại liền mạch đối với đường kính lớn. SSAW là lựa chọn có chi phí thấp nhất cho đường ống có đường kính rất lớn. Khoảng cách được thu hẹp đối với tường nặng (trên 25 mm) và loại cao cấp (X70/X80), nơi việc sản xuất liền mạch trở nên hiệu quả hơn so với hàn. Dung sai tường âm bằng 0 của ERW cũng bù đắp một phần cho mức giá danh nghĩa thấp hơn so với thép liền mạch, vì liền mạch yêu cầu tường đặt hàng dày hơn một chút để giải thích cho dung sai dưới mức −12,5%.
Ống ERW có thể được sử dụng cho dịch vụ chua?
Ống ERW có thể đủ tiêu chuẩn cho dịch vụ chua theo API 5L Phụ lục H, nhưng yêu cầu cả kiểm tra HIC thân và kiểm tra HIC đường hàn rõ ràng theo NACE TM0284 - vì vùng chịu ảnh hưởng nhiệt ERW có cấu trúc vi mô khác với thân ống và phải có trình độ độc lập. Nhiều kỹ sư chỉ định liền mạch cho dây chuyền thu gom chua để tránh bước thẩm định bổ sung này. Nếu ERW được chọn vì lý do chi phí trong dịch vụ chua, đơn đặt hàng phải nêu rõ ràng các yêu cầu về hóa học trong Phụ lục H, kiểm tra HIC thân xe và kiểm tra HIC đường hàn - cả ba đều cần thiết.
