انواع لوله‌های مورد استفاده در صنعت نفت و گاز

لوله‌های فولادی بدون درز (Seamless)، لوله جوشکاری شده (با روش جوشکاری مقاومتی الکتریکی) (ERW)، لوله‌های جوشکاری شده (با روش جوشکاری قوسی زیر پودری طولی) (LSAW)

اطلاعاتی درباره ۳ نوع لوله فولادی مورد استفاده در صنعت پتروشیمیایی: لوله‌های فولادی بدن درز، لوله‌های جوشکاری شده ERW، لوله‌های جوشکاری شده LSAW، لوله فولادی بدون درز با روش کشش بیلت فولادی از طریق سنبه سوراخ کاری تولید می‌شود. لوله‌های جوشکاری شده به وسیله برش، خمش و جوشکاری کلاف‌ها (ERW) یا ورق‌های فولادی (LSAW) تولید می‌شوند.
لوله فولادی بدون درز
لوله‌ مانیسمان یا لوله فولادی بدون درز نوعی از لوله است که از بیلت فولادی ساخته می‌شوند. این بیلت ها گرم و سوراخ کاری می‌شوند تا مقطع لوله‌ای شکل را ایجاد کنند. واژه «بدون درز» به معنی عدم وجود درزهای جوش است.

 

 

لوله‌های فولادی بدون درز در موارد مختلف در صنعت نفت و گاز به کار می‌روند:

عملیات‌های بالادستی (لوله‌های نفتی (OTCG))
عملیات‌های میانی (انتقال و توزیع سیالات مانند نفت، گاز، بخار، اسیدها، دوغاب‌ها)
عملیات‌های پایین دستی (لوله‌های فرایندی برای تصفیه نفت و گاز در محصولات مشتق شده)
کاربردهای لوله کشی عمومی در زمینه تأسیسات
رایج‌ترین انواع لوله مورد استفاده در صنعت نفت و گاز عبارتند از (مشخصات لوله بر اساس استاندارد ASTM):

A53, A106, A333 و API 5L (انواع لوله‌ها از جنس فولاد کربنی برای فولاد کربنی دما بالا و دما پایین)
A335 گرید P5 تا P91 (لوله‌های فولاد آلیاژی کروم-مولیبدن برای کاربرد در شرایط دما و فشار بالا، پالایشگاه و نیروگاه‌ها)
A312 سری ۳۰۰ و ۴۰۰ (لوله‌های فولادی ضد زنگ گریدهای ۳۰۴، ۳۱۶، ۳۲۱، ۳۴۷)
A790/A928 (لوله‌های داپلکس و فوق داپلکس با ساختار دوگانه فریتی و آستنیتی)
مشخصات متعدد آلیاژهای نیکل (آلیاژ اینکونل، هستلوی، مس- نیکل، آلیاژ مونل، نیکل ۲۰۰) +
مشخصات لوله‌های غیر آهنی (آلومینیم، مس، برنج، مس- نیکل)
برخی مشخصات استاندارد صرفاً لوله‌های بدون درز را در بر می‌گیرند (مانند ASTM A106) و سایر مشخصات مربوط به لوله‌های بدون درز و جوشکاری شده هستند (مانند ASTM A53)

 

لوله‌های فولاد کربنی (A53, A333, A106 و API 5L) بیشترین سهم بازار را به خود اختصاص می‌دهند چرا که این لوله‌ها را می‌توان در اغلب شرایط با دمای بالا و پایین استفاده کرد. کاربرد اصلی لوله‌های فولادی بدون درز در شرایطی است که مقاومت در برابر خوردگی لازم است (گریدهای بالاتر این نوع لوله‌ها در مواردی که دما و فشار افزایش می‌یابند یا در زمانی که سیال در حال انتقال بسیار خورنده است، استفاده می‌شوند).

 

در صنعت بالا دستی نفت و گاز، مشخصات API 5CT مشخصه کلیدی لوله‌های نفتی (OCTG) است.

لوله‌های فولادی بدون درز را نباید با تیوب‌های بدون درز اشتباه گرفت. در واقع، چند تفاوت مهم بین لوله‌ها و تیوب‌ها وجود دارد که این تفاوت‌ها صرفاً مربوط به معنای این واژه‌ها نیستند. به طور کلی، واژه «لوله» برای مقاطع لوله‌ای به کار می‌رود که برای انتقال سیالات استفاده می‌شوند اما واژه «تیوب» برای مقاطع لوله‌ای (در شکل‌های متعدد، شکل‌های گرد، بیضی، مربع) به کار می‌رود که در کاربردهای سازه‌ای/مکانیکی، سیستم‌های ابزار دقیق و ساخت تجهیزات فشار مانند دیگ بخار، مبدل‌های حرارتی و دستگاه فوق گرم کننده استفاده می‌شوند.
استانداردهای انجمن مهندسان مکانیک آمریکا یا ASME B36.10, B36.19 مشخصات ابعادی و وزن لوله‌های بدون درز صنعت پتروشیمیایی تعیین کرده‌اند (این مشخصات برای لوله‌های جوشکاری شده هم به کار می‌روند).

ASME B36.10: این استاندارد اندازه لوله‌های بدون درز کربنی و کم آلیاژ (ابعاد و وزن) بین ۱.۸ و ۲۴ اینچ را مشخص می‌کند.
ASME B36.19: این استاندارد مشخصات ابعادی و وزن لوله‌های فولادی بدون درز ضد زنگ، داپلکس (Duplex)، آلیاژ نیکل را مشخص می‌کند.
لوله‌های بدون درز تجاری با اندازه اسمی (که بیانگر ظرفیت تقریبی انتقال سیالات توسط لوله است) و با عدد «اسکجول» (رده بندی) که به ضخامت لوله اطلاق می‌شود (رایج‌ترین عدد اسکجول عبارتند از ۴۰, STD, XS, XXS برای لوله‌های کربنی/ آلیاژی و ۱۰S, 40S, 80S برای لوله‌های ضد زنگ و آلیاژ نیکل) طراحی می‌شوند.
لوله‌های ERW (با روش جوشکاری مقاومتی الکتریکی)
لوله‌های ERW از کلاف‌های فولادی ساخته می‌شوند: کلاف فولادی ابتدا باز و سپس عملیات تسطیح و برش روی آن انجام می‌شود و در نهایت، با متصل کردن دو لبه کناری آن به وسیله جریان الکتریکی به شکل لوله در می‌آید.

لوله‌های ERW با قطر ۱.۲ تا ۲۰ اینچ عرضه می‌شوند و از جنس فولاد کربنی (ASTM A53 رایج‌ترین مشخصه استانداردی این نوع لوله است) و فولاد ضد زنگ (ASTM A312) هستند. از نظر ابعادی، مشخصات استانداردی ASME B36.10 و ASME B36.19 مشخصات مرجع کلیدی هستند (API 5L برای لوله‌های جوشکاری شده ERW).

نمودارهای ابعادی ASME و API نوعاً ترکیبات اندازه اسمی و ضخامت دیواره لوله (که به صورت عدد «اسکجول» به آن اختصاص می‌یابد) و وزن لوله‌های ERW را بر حسب کیلوگرم (یا پوند) نشان می‌دهند.

در چند سال گذشته، به دلیل استفاده از فناوری‌های جوشکاری مدرن توسط سازنده‌های لوله‌های ERW (مانند فناوری‌های جوشکاری القائی با فرکانس بالا (HFI) و جوشکاری با فرکانس بالا (HFW) این نوع لوله‌ها به لحاظ عملکردی و قمیت به جایگزینی کارآمد برای لوله‌های ضد زنگ تبدیل شده‌اند. این پیشرفت‌ها در فناوری‌های جوشکاری در گذر زمان باعث کاهش برتری فنی لوله‌های بدون درز در برابر لوله‌های ERW و لوله‌های صنعت نفت و گاز شده است. این وضعیت باعث می‌شود تا این لوله‌ها در برخی موارد کاربردی (در شرایط فشار و دمای پایین و متوسط) جایگزین یکدیگر شوند. البته، لوله‌های بدون درز همیشه از استحکام مکانیکی برتر و ذاتی بیلت های فولادی در برابر کلاف‌ها و ورق‌ها بهره می‌برند.

 

فرایند ساخت لوله‌های ERW

لوله‌های ERW از کلاف فولادی که در آغاز فرایند باز می‌شود، تولید می‌شوند. مطابق با شکل زیر، کلاف فولادی بعد از باز شدن، بریده، پردازش، جوشکاری و آزمایش می‌شود.

رایج‌ترین روش‌های جوشکاری مورد استفاده در ساخت لوله‌های نقت و گاز فناوری «جوشکاری القائی با فرکانس بالا» (ERW-HFI) است که شامل اعمال جریان القایی روی سطح بیرونی لوله است. این جریان می‌تواند درز جوش قوی ایجاد کند و دو طرف کلاف فولادی را بسیار محکم به هم جوش دهد.

 

لوله‌های LSAW (جوشکاری قوسی زیر پودری طولی)

لوله LSAW (با روش جوشکاری قوسی زیر پودری طولی) با برش، خمش و جوشکاری ورق‌های فولادی ساخته می‌شوند (فرایند JCOE)

لوله‌های LSAW با لوله‌های بدون درز و ERW در قطرهای بین ۱۶ و ۲۴ اینچ رقابت می‌کنند اما این لوله‌های گزینه‌های «ناگزیر» برای خطوط لوله با قطر بیش از ۲۴ اینچ هستند (چون اندازه قطر ۲۴ اینچ حداکثر قطر برای لوله‌های بدون درز تجاری است).

دو نوع اصلی لوله‌های LSAW عبارتند از لوله‌های طولی (با یک یا دو درز جوش مستقیم، DSAW) و نوع مارپیچ (که لوله HSAW، SSAW یا SAWL نامیده می‌شود). بنابراین، تفاوت بین لوله‌های DSAW و LSAW در این است که لوله DSAW دارای درز جوش در داخل و بیرون است اما لوله LSAW دارای یک درز جوش روی سطح بیرونی است.

تفاوت بین لوله‌های LSAW و ERW در این است که لوله‌های LSAW با استفاده از ورق‌های فولادی ساخته می‌شوند اما لوله‌های ERW از کلاف‌های فولادی تولید می‌شوند.

 

مزایا و معایب لوله‌های بدون درز

لوله‌های بدون درز از بلوک یکپارچه فولادی ساخته می‌شوند و فاقد هر گونه درز جوش هستند. این درز جوش می‌تواند ناحیه ضعیف (در برابر خوردگی، سایش، شکست عمومی) باشد.

لوله‌های بدون درز نسبت به لوله‌های جوشکاری شده از نظر گرد بودن و بیضی بودن دارای شکل‌های قابل پیش بینی و دقیق‌تر هستند.

مزیت اصلی لوله‌های بدون درز این است که هزینه هر تن از این لوله‌ها نسبت به لوله‌های ERW با اندازه و گرید یکسان بیشتر است (لوله بدون درز در برابر لوله ERW با دامنه اندازه قطر ۲ تا ۲۰ اینچ رقابت می‌کند).

زمان تحویل می‌تواند طولانی‌تر باشد زیرا تعداد سازنده‌های لوله‌های بدون درز کمتر از تعداد سازنده‌های لوله‌های ERW است (موانع ورد به بازار لوله‌های جوشکاری شده در برابر لوله‌های بدون درز کمتر هستند).

ضخامت دیواره لوله‌های بدون درز در طول آن‌ها می‌تواند متغیر باشد و در واقع، تلرانس کلی در این زمینه ±۱۲.۵% است.