تفاوت بین لوله های فولادی SSAW و LSAW چیست؟

مقدمه

لوله های فولادی جوش داده شده جایگاه اصلی در انرژی مدرن، حفاظت از آب، مدیریت شهری و مهندسی سازه را اشغال می کنند. در میان چندین دسته لوله‌های زیرپودر-جوش‌داده‌شده، SSAW (لوله فولادی با جوش مارپیچی) و LSAW (لوله فولادی مستغرق طولی-لوله‌های فولادی جوش‌دار قوس‌دار) دو راه‌حل لوله با قطر بزرگ- غالب هستند که به طور گسترده در پروژه‌های جهانی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

هر دو از فناوری جوشکاری زیر غوطه‌ور-استفاده می‌کنند و از شار دانه‌ای برای محافظت از قوس‌های جوشکاری و فلز مذاب استفاده می‌کنند و اتصالات جوشی قابل اعتمادی را با راندمان رسوب‌گذاری بالا به دست می‌آورند. با این وجود، شکاف های اساسی در انتخاب مواد خام، مکانیسم شکل دهی، هندسه جوش، توزیع تنش پسماند، تحمل ابعادی، عملکرد مکانیکی، الزامات بازرسی، ساختار هزینه و سناریوهای مهندسی قابل اجرا وجود دارد. انتخاب نادرست بین SSAW و LSAW خطرات پنهان شکست خط لوله یا اتلاف سرمایه غیرضروری را به همراه خواهد داشت. این مقاله تفاوت‌های اصلی آن‌ها را از گردش کار تولید، عملکرد فنی، استانداردهای پیاده‌سازی، کارایی{4}}هزینه و کاربرد عملی توضیح می‌دهد و مرجعی برای طراحان خط لوله، مهندسین تدارکات و پیمانکاران پروژه ارائه می‌کند.

1. تعریف اساسی و تفاوت های فرآیند تولید

1.1 لوله فولادی SSAW (لوله مارپیچی فرورفته-لوله جوش داده شده با قوس)

لوله SSAW همچنین HSAW (لوله فرورفته مارپیچی-قوس جوش داده شده) نامیده می شود. ماده خام آن به جای ورق فولادی گسسته، کویل فولادی-گرم نورد پیوسته است. کل خط تولید در حالت تغذیه مداوم اجرا می شود. سیم پیچ فولادی از طریق باز کردن، صاف کردن، برش لبه و فرز می گذرد. پس از آن، فولاد نواری با زاویه مارپیچ از پیش تعیین شده نسبت به خط مرکزی لوله وارد واحد شکل دهی می شود. با تنظیم این زاویه مارپیچ، نوارهای فولادی با عرض ثابت می‌توانند لوله‌های فولادی با قطرهای خارجی متفاوت را به‌طور انعطاف‌پذیر تولید کنند، که برجسته‌ترین مزیت پردازشی تولید SSAW را تشکیل می‌دهد.

در طول شکل‌دهی مارپیچی پیوسته، جوش‌کاری قوس الکتریکی زیردریایی-جوشکاری قوس الکتریکی زیردریایی-به صورت همزمان تکمیل می‌شود. یک درز جوش مارپیچ پیوسته در اطراف کل بدنه لوله می چرخد. پس از جوشکاری، لوله ها با توجه به نیاز پروژه به طول ثابت بریده می شوند. روش‌های بعدی شامل آزمایش هیدرواستاتیک، بازرسی بصری و آزمایش غیر مخرب (NDT) برای درزهای جوش است.

از آنجایی که SSAW تولید مستمر مبتنی بر سیم پیچ{0}}را اتخاذ می کند، ریتم تولید ثابت است. با این حال، روش شکل دهی مارپیچی تنش پسماند پیچیده ای را در داخل دیواره های لوله ایجاد می کند. علاوه بر این، درز جوش حلزونی به مراتب طولانی‌تر از جوش طولی برای لوله‌هایی با ابعاد یکسان است. برای بدنه لوله یک متری، طول واقعی جوش SSAW می تواند به 1.5-3 برابر طول جوش LSAW برسد، که از نظر تئوری احتمال عیوب جوشکاری مانند ورود سرباره، تخلخل و همجوشی ناقص در امتداد خطوط جوش را افزایش می دهد.

1.2 لوله فولادی LSAW (لوله مستغرق طولی-لوله جوش داده شده با قوس)

لوله LSAW به جای سیم پیچ فولادی، از ورق فولادی سنگین-به عنوان ماده خام استفاده می کند. دو فناوری اصلی شکل‌دهنده UOE و JCOE در صنعت جهانی هستند. فرآیند JCOE برای حجم تولید متوسط ​​محبوبیت بیشتری دارد. اولا، هر دو لبه ورق فولادی آسیاب شده و از قبل خم می‌شوند تا هندسه شیار خوب تضمین شود. صفحات متوالی از مراحل J-خمش، C{7}}خم شدن و O-می‌گذرند و به تدریج صفحات فولادی صاف را به پوسته‌های لوله‌ای دایره‌ای خم می‌کنند. پس از جوشکاری چسبنده، جوشکاری زیردریایی چند سیمی{11}}جوشکاری قوس الکتریکی{11}}جوشکاری خارجی

یک روش حیاتی برای تولید LSAW، انبساط سرد مکانیکی است. کل لوله به طور مکانیکی به صورت محیطی منبسط می شود، که قطر بیرونی، گردی و صافی را کالیبره می کند و تا حد زیادی تنش پسماند را در دیواره لوله آزاد می کند. پس از گسترش، آزمایش هیدرو{2}}، بازرسی اولتراسونیک، بازرسی رادیوگرافی و سایر معاینات غیر مخرب به شدت اجرا می شود.

متمایز از تولید مداوم SSAW، LSAW متعلق به دسته‌ای-توسط-تولید گسسته دسته‌ای است. هر لوله از صفحه فولادی مستقل پردازش می شود. درز جوش یک درز مستقیم کوتاه است. نظارت بر کیفیت جوش و بازرسی غیر مخرب آسان‌تر است. با این حال، حداکثر قطر بیرونی لوله‌های LSAW توسط عرض موثر صفحات فولادی خریداری‌شده محدود می‌شود، که به یکی از محدودیت‌های اصلی تولید محصولات LSAW تبدیل می‌شود.

2. مواد خام و مقایسه محدوده مشخصات

2.1 مواد اولیه

SSAW: مواد ورودی-کویل فولادی نورد گرم است. تولید کویل حداکثر ضخامت دیوار قابل دستیابی را محدود می کند. عرضه سیم پیچ برای مشخصات ضخامت متوسط-مقرون به صرفه است. منابع سیم پیچ-سنگین{7}}با استحکام بالا در بازار جهانی فولاد محدود است.

LSAW: مواد ورودی از ورق فولادی سنگین بریده شده است. منبع صفحه از دیوارهای بسیار ضخیم و فولادهای{1}}خط لوله با استحکام بالا مانند X70، X80 پشتیبانی می کند. تولیدکنندگان می توانند ضخامت صفحه را دقیقاً مطابق با الزامات طراحی پروژه انتخاب کنند، بدون محدودیت ضخامت از ظرفیت کارخانه نورد گرم.

2.2 محدوده قطر بیرونی

SSAW: محدوده OD معمولی 219 میلی متر{4}}3000 میلی متر (8{6}}120 اینچ). می‌تواند از نظر اقتصادی تولید با قطر زیاد-که قدرت برجسته SSAW است، تحقق بخشد. یک سیم پیچ فولادی با عرض ثابت می تواند چندین قطر لوله را با تنظیم زاویه مارپیچ تولید کند که انعطاف پذیری تولید بالایی را برای پروژه های با قطر بزرگ به ارمغان می آورد.

LSAW: محدوده OD معمولی 406 میلی متر-1626 میلی متر (16{6}}64 اینچ). حداکثر قطر با عرض صفحه فولادی محدود می شود. برای بدست آوردن لوله‌های{7}}LSAW با قطر بزرگ‌تر، صفحات فولادی بسیار عریض باید سفارش داده شوند که هزینه مواد و فشار زمان سرب را به شدت بالا می‌برد.

2.3 ظرفیت ضخامت دیوار

SSAW: ضخامت دیوار معمولی کمتر یا مساوی 20{2}}25 میلی متر. هنگامی که ضخامت دیواره از این آستانه فراتر رود، منابع کویل نورد گرم کمیاب می شوند، دشواری تولید به طور قابل توجهی افزایش می یابد و مزیت هزینه جامع از بین می رود.

LSAW: ضخامت دیوار می تواند به 50 میلی متر یا حتی بیشتر برسد. LSAW راه حل لوله جوش داده شده ترجیحی برای سناریوهای کار با دیوار ضخیم- با فشار بالا است. صفحات فولادی ضخیم-دیواره سنگین-به راحتی از کارخانه های فولادسازی بزرگ در سراسر جهان در دسترس هستند.

2.4 طول تک لوله

SSAW: تولید مداوم از طول تک لوله بلند تا 30 متر پشتیبانی می کند. در طول ساخت خط لوله، اتصالات جوش محیطی میدان کمتری ایجاد خواهد شد.

LSAW: محدود به طول صفحه فولادی، طول معمول تک لوله 12{2}}18 متر است. اتصالات جوشکاری میدانی بیشتری برای پروژه های تخمگذار در فواصل طولانی مورد نیاز است.

3. عملکرد مکانیکی، تنش پسماند و دقت ابعادی

3.1 تنش پسماند

تنش پسماند به طور قابل توجهی بر عمر سرویس خط لوله، عملکرد ضد استرس-خوردگی-و مقاومت در برابر خستگی تأثیر می گذارد.

SSAW: تنش پسماند کششی پیچیده پس از تشکیل مارپیچ باقی می ماند. حتی پس از آزمایش هیدرواستاتیک، تنش تشکیل جزئی را نمی توان به طور کامل حذف کرد. تنش کششی پسماند خطر ترک خوردگی ناشی از تنش را هنگامی که لوله ها در محیط خاک خورنده با آب زیرزمینی مدفون می شوند، افزایش می دهد.

LSAW: فرآیند انبساط سرد مکانیکی-به طور موثر تنش پسماند را آزاد می‌کند. سطح تنش پسماند پایین می ماند و به طور یکنواخت در سراسر بدنه لوله توزیع می شود و عملکرد ایمنی را برای خدمات طولانی مدت زیرزمینی بهبود می بخشد.

3.2 دقت ابعادی

گرد بودن، صاف بودن و{0}}یکنواختی ضخامت دیوار به طور مستقیم بر تناسب میدان{1} بر کیفیت و کیفیت جوش در هنگام نصب خط لوله تأثیر می‌گذارد.

SSAW: بیضی ها و انحراف صافی نسبتاً واضح هستند. تحمل بیضی معمولی می تواند تا 1.0٪ از قطر خارجی اسمی برسد که تحت تأثیر فنر مارپیچی- پس از شکل گیری قرار می گیرد.

LSAW: انبساط مکانیکی عملکرد ابعادی عالی را ارائه می دهد. بیضی را می توان در 0.5٪ از OD اسمی کنترل کرد. ضخامت دیوار و ابعاد محیط، قوام بالا را حفظ می‌کند، ساخت و ساز جوشکاری زیرزمینی را ساده می‌کند و سرعت کار مجدد را در سایت کاهش می‌دهد.

3.3 ویژگی درز جوش و خطر نقص

SSAW دارای جوش مارپیچ بلند است. طول کل جوش بزرگ است. اگرچه تجهیزات مدرن NDT اتوماتیک استفاده می شود، مسیر منحنی مارپیچی پیچیدگی بازرسی بالاتری را به همراه دارد. عیوب جوشکاری احتمالی در طول مسیر مارپیچ طولانی پخش می شوند. هنگامی که بارهای فشار داخلی اعمال می شود، جوش مارپیچی تنش حلقه را در زاویه مارپیچ تجزیه می کند. تحت تولید واجد شرایط، SSAW دارای معیارهای طراحی با فشار متوسط-است، اما انتخاب بهینه برای خطوط تنه بحرانی فوق‌العاده-بالا-فشار بالا نیست.

LSAW دارای یک درز جوش مستقیم کوتاه موازی با محور لوله است. تنش حلقه ناشی از فشار داخلی به صورت عمود بر درز جوش عمل می کند. بازرسی جوش ساده است. مشکل{3}}کنترل نقص بسیار کمتر است. LSAW چقرمگی دمای پایین{5} و عملکرد خستگی چرخه ای عالی را نشان می دهد که برای محیط های کاری سخت از جمله مناطق سرد، مناطق لرزه خیز و پروژه های فراساحلی مناسب است.

4. استانداردهای صنعت مربوطه

هر دو SSAW و LSAW می‌توانند با API 5L (صنایع نفت و گاز طبیعی-لوله‌های فولادی برای سیستم‌های حمل و نقل خط لوله)، که شناخته‌شده‌ترین استاندارد جهانی خط لوله است، مطابقت داشته باشند. با این حال، کدهای طراحی محدودیت‌های متفاوتی را برای مناطق طبقه‌بندی‌شده{4}}ریسک اعمال می‌کنند.

برای لوله های LSAW: به طور گسترده توسط API 5L، DNV-OS-F101 برای خطوط لوله دریایی، CSA Z245، EN 10217 و سایر مشخصات دقیق پذیرفته شده است. کدهای طراحی معمولاً LSAW را برای مناطق پرخطر کلاس 1 و کلاس 2 مشخص می‌کند: مناطق پرجمعیت{10}، مناطق سرد کوهستانی، خطوط لوله زیر{11}دریا، خطوط لوله اصلی فشار بالا برای انتقال نفت{13}.

برای لوله‌های SSAW: تحت API 5L، ASTM A252 (لوله شمع‌بندی)، استاندارد ساختاری EN 10219، GB/T 5037 برای حمل و نقل سیال با فشار کم{4} اعمال می‌شود. SSAW عمدتاً برای مناطق کم خطر-کلاس 3 و کلاس 4 مجاز است: مناطق کم جمعیت-، انتقال آب، فاضلاب، شمع بندی و کاربردهای ساختاری. بسیاری از مشخصات مهندسی استفاده از SSAW را برای خطوط تنه با فشار بالا که از مناطق مسکونی متراکم عبور می‌کنند، منع می‌کند.

5. تجزیه و تحلیل کارایی-هزینه

تحت همان مشخصات قطر بیرونی اسمی-: SSAW مزیت هزینه قابل توجهی را برای سناریوهای-قطر و متوسط{2}}دیوار- با ضخامت بزرگ نشان می‌دهد. تولید{5}}تغذیه مداوم سیم پیچ نرخ استفاده از مواد را بهبود می بخشد، هزینه تولید واحد را کاهش می دهد. برای پروژه‌هایی که نیاز به لوله‌های-قطر بزرگ بدون نیاز به فشار بسیار-بالا- دارند، SSAW می‌تواند کل سرمایه‌گذاری خرید را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

هزینه LSAW معمولاً 30-50 % بیشتر از-قطر لوله SSAW معادل است. هزینه بالاتر از صفحات فولادی سنگین گران قیمت، سرمایه گذاری گسسته تجهیزات شکل دهی JCOE/UOE،-فرایند گسترش سرد و مراحل بازرسی کامل{6}}سخت تر ناشی می شود. با این وجود، در پروژه‌های زیرساخت انرژی حیاتی، کاهش خطر شکست و چرخه خدمات طولانی‌تر، قیمت خرید حق بیمه را جبران می‌کند، و بازده اقتصادی بهتری را برای سیستم‌های خط لوله پرخطر به ارمغان می‌آورد.

وقتی ضخامت دیوار-به محدوده دیوار سنگین می‌رود، مزیت هزینه SSAW از بین می‌رود و LSAW رقابتی‌تر می‌شود.

6. سناریوهای کاربردی معمولی

6.1 کاربردهای معمول برای لوله فولادی SSAW

لوله کشی شهری با قطر بزرگ-، انحراف آب خام-، تخلیه فاضلاب و خطوط لوله آبیاری با فشار کاری متوسط-کم.

شمع لوله های فولادی برای اسکله ها، پل ها، مهندسی فونداسیون، لوله های پوشش زیرزمینی.

ستون‌های سازه‌ای برای سازه‌های بزرگ-ساختمان‌های فولادی-.

خطوط لوله جمع‌آوری گاز-کم-فشار پایین- نفت در مناطق دورافتاده و کم{3}}مناطق غیر بحرانی-پر جمعیت.

لوله‌کشی آب در گردش نیروگاه‌ها، تهویه معدن و لوله‌های انتقال باطله-با عملیات ضد خوردگی-.

6.2 کاربردهای معمول برای لوله فولادی LSAW

خطوط لوله لوله اصلی نفت و گاز در فواصل طولانی، به ویژه بخش‌هایی که از مناطق شهری پرجمعیت، کمربندهای لرزه‌خیز و مناطق سرد عبور می‌کنند-فاصله بالا{{1}.

لوله‌کشی سکوی خارج از ساحل، بخش‌های خط لوله زیر-دریا، سازه‌های کمکی بالابر تحت مشخصات DNV.

شبکه انتقال گاز شهری و لوله‌کشی فرآیند پتروشیمی با فشار قوی{{0}.

اجزای ساختاری حیاتی که بارهای چرخه‌ای سنگین را تحمل می‌کنند و به چقرمگی ضربه‌ای در دمای پایین{0}} نیاز دارند.

پروژه‌هایی با الزامات دقیق برای دقت ابعادی و عملکرد جوشکاری{0}}.

7. راهنمای انتخاب مهندسی

مهندسان پروژه باید فشار کاری، طبقه‌بندی ریسک منطقه مسیر، دمای عملیاتی، خورندگی متوسط، پارامترهای{0}}قطر و دیوار{1} بیرونی، شرایط ساخت و ساز و محدودیت‌های بودجه کل را برای انتخاب مناسب نوع لوله متعادل کنند.

SSAW را زمانی انتخاب کنید که: پروژه نیاز به لوله-بزرگ-بزرگ- دارد، فشار کاری متعلق به درجه متوسط-پایین است، موقعیت مسیر در ناحیه-خطر کم، و کنترل هزینه{4}} اولویت اصلی است. در همین حال، آزمایش هیدرواستاتیک کامل و NDT با برد کامل باید اجرا شود، سیستم‌های حفاظتی ضد خوردگی و کاتدی باید به خوبی طراحی شوند تا خطر خوردگی مرتبط با استرس باقیمانده را کاهش دهند.

LSAW را زمانی انتخاب کنید که: خط لوله حمل و نقل سیال با فشار بالا را انجام می‌دهد، مسیر از مناطق متمرکز-جمعیت پرخطر-می‌گذرد، محیط سرویس دارای دمای پایین، بار چرخه‌ای یا محیط خورنده، ضخامت دیوار-ضخامت است، و افزونگی{4} ایمنی بالا مورد نیاز است. حتی اگر هزینه تدارکات اولیه افزایش می یابد، LSAW خطرات عملیاتی بلندمدت و تلفات احتمالی حادثه را کاهش می دهد.

قضاوت صرف یک نوع لوله به عنوان برتری مطلق نسبت به دیگری نادرست است. هر دو SSAW و LSAW محصولات لوله‌های جوش‌خورده-قوس- مستغرق بالغ هستند. کیفیت صرفاً به فناوری شکل‌دهی بستگی ندارد، بلکه به کیفیت مواد خام، سطح مدیریت ساخت، صلاحیت روش جوشکاری و اجرای بازرسی دقیق غیرمخرب- نیز بستگی دارد. تولید بدون صلاحیت بدون در نظر گرفتن نوع SSAW یا LSAW خطرات پنهانی ایجاد می کند.

SSAW و LSAW دو محلول مهم لوله‌های-قوسدار زیردریایی-با قطر بزرگ هستند. تفاوت‌های اصلی آنها ریشه در-انتخاب مواد خام و شکل‌دهی{4}}مکانیسم جوشکاری دارد، که بیشتر در توزیع تنش باقیمانده، تحمل ابعادی، ویژگی‌های درز-، ظرفیت ضخامت دیوار-، ساختار هزینه و مرزهای مهندسی قابل اجرا منعکس می‌شود.

SSAW در پروژه‌های اقتصادی-بزرگ-قطر متوسط-فشار اقتصادی می‌درخشد.

LSAW حاشیه ایمنی بالاتری را برای زیرساخت‌های حیاتی-فشار و خطر بالا- فراهم می‌کند.

درک کامل این تمایزات به پرسنل فنی کمک می‌کند تا تصمیمات منطقی-مشخصات لوله، تضمین ایمنی خط لوله و کنترل معقول پروژه-را اتخاذ کنند.