Sömlösa vs svetsade rör: En omfattande guide för olje- och gasindustrin

Stålrör är ryggraden i olje- och gasindustrin, och de används i alla led, från utvinning till bearbetning till transport.

Att välja rätt typ av rör är avgörande för att säkerställa säker, effektiv och pålitlig drift.

Detvå huvudkategorier av stålrör är sömlösa och svetsade, alla med unika egenskaper och tillämpningar.

I den här artikeln kommer vi att ge en omfattande jämförelse av sömlösa och svetsade rör i samband med olje- och gasindustrin.

Vi kommer att täcka tillverkningsprocesserna, varje typs väsentliga egenskaper och fördelar samt de vanligaste applikationerna.

Vi kommer också att diskutera de olika materialalternativen, inklusive kolstål, legerat stål, rostfritt stål och nickellegeringar, och vägledning för att välja rätt kvalitet för olika miljöer.

Slutligen kommer vi att fördjupa oss i de praktiska aspekterna av att specificera och beställa rör, inklusive relevanta standarder, dimensioner och slutfinish.

I slutet av denna artikel kommer du att förstå skillnaderna mellan sömlösa och svetsade rör och vara utrustad för att fatta välgrundade beslut för dina olje- och gasprojekt.

Rörtyper förklaras

Olje- och gasindustrin använder tre huvudtyper av stålrör: Seamless, ERW (Electric Resistance Welded) och LSAW (Longitudinal Submerged Arc Welded).
 

Sömlösa rörär gjorda av solida stålämnen som värms upp och skjuts eller dras över en form för att skapa ett ihåligt rör utan några svetsade sömmar.

De används ofta för högtryckstillämpningar i uppströmsoperationer som borrning och prospektering, vätsketransmission i mitten, nedströmsraffinering och allmännyttiga tjänster.

ERW rörtillverkas med hjälp av kall-formning, formning av stålspolar till cylindriska former, och sömmen svetsas samman med en elektrisk ström.

Svetssömmen löper längs med rörets längd. ERW-rör är kostnads-effektiva för applikationer med lågt-till-medium-tryck, som att transportera vatten, olja och gas.

LSAW rörtillverkas genom att böja och svetsa stålplåtar längs med sömmen rakt (längssöm) eller i en spiral.

De används för rör med stor-diameter (16-60 tum) i kritiska applikationer, som långväga olje- och gasledningar som korsar genom städer eller under vattnet.

Tabellen nedan sammanfattar de viktigaste skillnaderna mellan dessa rörtyper och deras typiska tillämpningar inom olje- och gasindustrin:
 

Tillverkningsprocess för sömlösa, ERW- och LSAW-rör

Sömlös rörproduktion

Sömlösa rör tillverkas genom en varmbearbetningsprocess utan svetsning. Huvudstegen är:
 

En solid rund stålämne värms upp i en roterande härdugn till cirka 1204C/2200F.

Den röda-heta ämnet genomborras sedan genom mitten med hjälp av en hålspets för att skapa ett ihåligt rör.

Det ihåliga röret passerar genom en pluggkvarn, där en dorn är införd. Röret rullas sedan för att minska väggtjockleken och öka längden.

Röret förs sedan genom dimensioneringsställ för att uppnå de slutliga dimensionerna.

Efter kylning rätas röret, kapas till längd, testas och skickas.

Sömlösa rör kan kalldras ytterligare för att producera rör med mindre diametrar och tunnare väggar.

ERW Rörproduktion

ERW-rör tillverkas genom att kall-forma stålspiral och svetsa sömmen:
 

Lämplig bredd och tjocklek av stålspole väljs och laddas på en avrullare.

Remsan passerar genom rullar och formar den gradvis till en rund form.

De längsgående kanterna värms upp genom att en hög-ström passerar mellan dem.

Rullar pressar ihop kanterna för att skapa en smältsvets utan tillsats av tillsatsmetall.

Det svetsade röret passerar genom dimensioneringsställ för att uppnå den slutliga diametern.

Röret skärs till i längd, ändarna formas (släta, fasade, gängade, etc.) och röret testas före transport.

Hela ERW-processen är kontinuerlig, med röret som rör sig med konstant hastighet genom formnings- och svetsställen.

LSAW Rörproduktion

LSAW-rör är gjorda av stålplåt som är formad och svetsad:
 

Stålplåtar väljs och kanterna fräses för att förbereda dem för svetsning.

Plattan är för-böjd på en kantpress för att börja forma den till en rund form.

AU-press formar plattan till en U--form och en O--press stänger U:et till ett rör.

Den längsgående sömmen är initialt häftsvetsad på insidan för att hålla ihop kanterna.

Röret förs sedan genom automatiska svetsstationer som lägger ner flera svetsar av nedsänkta bågsvetsar inuti och utanför sömmen.

En mekanisk expander expanderar Det svetsade röret något för att få en ordentlig rund form.

Röret kapas till längd, fasas, testas hydrostatiskt och inspekteras före transport.

LSAW-rör används vanligtvis för större diametrar (16" och högre) och har tjockare väggar än ERW-rör.

För- och nackdelar med Seamless, ERW och LSAW Pipes

Sömlösa rör

Fördelar:

Ingen svetssöm eliminerar potentiella svaga punkter och möjliggör högre tryckklasser

En slät inre yta minskar friktion och turbulens för bättre flödesegenskaper

Överlägsen styrka, hållbarhet och motståndskraft mot böj- och slagkrafter

Utmärkt korrosionsbeständighet på grund av brist på svetsfog

Hanterar höga temperaturer och tryck väl, vilket gör den idealisk för kritiska olje- och gastillämpningar, kemikalier och krafttillämpningar

Nackdelar:

Dyrare än svetsade rör på grund av komplex tillverkningsprocess

Begränsat storleksintervall, med utmaningar att producera mycket små eller mycket stora diametrar

Längre längder är komplicerade, så storleksalternativen kan vara mer begränsade än svetsade rör

Tjockare väggar och tyngre vikt än svetsade rör

ERW rör

Fördelar:

Lägre kostnad än sömlös på grund av en enklare och mer automatiserad svetsprocess

Finns i längre längder eftersom det inte finns några storleksbegränsningar som sömlös

Tunnare väggar och lättare vikt än sömlös samtidigt som den behåller god styrka

Släta in- och utvändiga ytor

Lämplig för applikationer med allmänt lågt till måttligt-tryck som verktyg och konstruktion

Nackdelar:

Svetssöm är en potentiell svag punkt jämfört med sömlös, vilket sänker tryckklasserna

Svets är mer känslig för korrosion än sömlös kropp

Omfattande provning av svetsfog krävs för att säkerställa integriteten

Inte lämplig för applikationer med kritiskt högt-tryck, hög-temperatur eller svåra serviceapplikationer

LSAW rör

Fördelar:

Klarar högre tryck och mekaniska belastningar än ERW på grund av tyngre väggar och flera svetspassager

Dimensioneringsflexibilitet-ett vanligt val för rör med stor diameter över 16"

Snäva toleranser och bra dimensionskontroll

Lämplig för kritiska applikationer som långa-olje- och gasöverföringsledningar

Nackdelar:

Det är dyrare än ERW på grund av tyngre material och specialiserad svetsprocess

Potential för svetsdefekter om processen inte kontrolleras tillräckligt, vilket kräver noggrann inspektion och testning

Tjocka och tunga väggar ökar materialkostnaderna jämfört med ERW

Storleks- och längdbegränsningar jämfört med ERW

Sammanfattningsvis ger sömlösa rör den högsta hållfastheten, tryckkapaciteten och korrosionsbeständigheten, vilket gör dem idealiska för krävande applikationer för olja och gas, kemikalier och kraftverk.

Avvägningarna är högre kostnader och mer begränsade storleksalternativ.

ERW är ett kostnadseffektivt-val för allmänna bruks- och konstruktionsapplikationer där svetsfogen inte är ett stort integritetsproblem.

Den erbjuder ett brett utbud av storlekar och långa längder.

LSAW är ett kraftigt-svetsat alternativ för rörledningar med stor-diameter och högt-tryck som kräver högsta svetskvalitet och inspektion.

Fler-svetsarna ger styrka som närmar sig sömlös.

Nyckeln är att välja rätt produkt baserat på en grundlig applikationsutvärdering och miljöns tryck, temperatur, korrosivitet och kritikalitet.

Att välja de idealiska ståltyperna för olje- och gasrör

Legerat stål

Legerade stål innehåller legeringselement utöver järn och kol för att förbättra hållfasthet, seghet, korrosionsbeständighet eller hög-temperaturprestanda.

Låglegerade stål (mindre än 8 % legeringshalt) används vanligtvis inom olje- och gasindustrin för:
 

Borrrör och borrkragar

Hölje och slang

Ventiler, brunnshuvuden och julgranar

Fästelement som muttrar, bultar och dubbar

Legeringselementen ger högre hållfasthet, vilket gör att tunnare väggar kan användas, vilket minskar vikt och kostnad. Vissa legeringar motstår även vätesulfid (H2S) sprickbildning och korrosion.

Kolstål

Kolstål innehåller huvudsakligen järn och kol, med endast restmängder av andra grundämnen.

De kategoriseras som låg, medium eller hög kolhalt baserat på kolhalt. Kolstål används ofta i olja och gas för:
 

Flödesledningar och rörledningar

Lagringstankar och tryckkärl

Strukturella komponenter som balkar, plattor och rörformade

Låg-rörsystem

Kolstål är starkt, segt och relativt billigt.

De har dock dålig korrosionsbeständighet och är känsliga för H2S-sprickor vid sur service. Inhibitorer eller beläggningar krävs ofta.

Rostfritt stål

Rostfria stål innehåller minst 10,5 % krom, som bildar ett skyddande oxidskikt på ytan, vilket ger utmärkt korrosionsbeständighet.

Kvaliteter som används i olja och gas inkluderar:
 

Austenitic (300-serien): 304, 316, 317, 321, 347

Ferritisk: 405, 430

Martensitisk: 410, 420, 431

Duplex:2205, 2507 super duplex

Rostfritt används för kritiska komponenter som utsätts för havsvatten, producerat vatten, CO2, klorider och milt sura miljöer:
 

Subsea utrustning

Wellhead och Xmas tree komponenter

Värmeväxlare och tryckkärl

Rörledningar, ventiler och instrumentering

Den höga hållfastheten hos duplexkvaliteter tillåter tunnare väggar, medan superaustenitisk och superduplex ger motståndskraft mot aggressiva förhållanden.

Men rostfritt har en högre initial kostnad än kolstål.
 

Nickellegeringar

Nickellegeringar innehåller höga halter av nickel och andra element som krom och molybden för maximal korrosionsbeständighet, även i varma, sura och mycket sura miljöer. Vanliga betyg inkluderar:
 

Nickel-koppar:Monel 400, K-500

Nickel-krom-järn: 825, 625, 718

Nickel-krom-molybden: C-276, 2550, 686

Nickel-järn-krom:800, 800H, 800HT

Nickellegeringar används för de mest krävande applikationerna där rostfria stål är otillräckliga:
 

Surgasbrunnar och flödesledningar

Subsea grenrör och byglar

Borrhålsverktyg och säkerhetsventiler

Fartyg och rörledningar i raffinaderier och gasanläggningar

Den utmärkta korrosionsbeständigheten och stabiliteten vid höga temperaturer kommer till en betydligt högre kostnad än rostfria stål.

Nickellegeringar är reserverade för svåra miljöer som snabbt skulle bryta ned andra legeringar.

Kolstål är ett ekonomiskt val för många olje- och gastillämpningar, medan legerade stål ger ökad styrka och seghet när det behövs.

Rostfria stål motstår korrosion i vattenhaltiga miljöer, medan nickellegeringar ökar prestandan i varma, sura och sura förhållanden.

Vätskesammansättningen, temperaturen och trycket måste utvärderas noggrant för att välja den optimala legeringen för långsiktig-tillförlitlighet och säkerhet.

Förstå sömlösa och svetsade rördimensioner och storlekar

Nominell rörstorlek (NPS)

Rörstorleken specificeras vanligtvis av den nominella rörstorleken (NPS), som är en dimensionslös beteckning. För storlekar 1/8 till 12 tum motsvarar NPS rörets ungefärliga innerdiameter (ID) i tum, med vanliga fraktioner. Till exempel har ett NPS 2-rör ett ID på ungefär 2,1 tum.

För storlekar 14 tum och uppåt är NPS den ungefärliga ytterdiametern (OD) i tum. Så ett NPS 20-rör har en OD på cirka 20 tum.

Det är viktigt att notera att den exakta OD och ID kommer att variera beroende på den specificerade väggtjockleken.

Väggtjocklek

Väggtjockleken avgör rörets tryckklass och vikt. Det specificeras vanligtvis av schemat (Sch) nummer eller den faktiska tjockleken i tum eller millimeter.

Standardschemanummer är 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 och 160. Ju högre nummer, desto tjockare vägg. Till exempel har ett NPS 6 Sch 40-rör en väggtjocklek på 0,280", medan en NPS 6 Sch 80 har en väggtjocklek på 0,432".

För en given NPS kommer rör med olika scheman att ha samma OD men olika ID. OD förblir konstant och ID minskar när väggen tjocknar.

Relevanta ASME-standarder

ASME (American Society of Mechanical Engineers) publicerar flera standarder som täcker dimensionerna på rör tillverkade av olika material:
 

ASME B36.10:Svetsat och sömlöst kolstål och legerat stål

ASME B36.19:Rostfritt stål

ASME B36.20:Metalliskt material för allmänna applikationer

ASME B36.21:Icke-metalliskt material för allmänna applikationer

Dessa standarder tillhandahåller dimensionstabeller för NPS 1/8 till 80, som anger OD, ID, väggtjocklek, vikt per fot och andra kritiska parametrar för varje kombination av NPS och schema eller väggtjocklek.

Standarderna säkerställer konsekventa dimensioner mellan tillverkare, även om viss variation är tillåten inom de specificerade toleranserna.

Att hänvisa till den relevanta standarden när du specificerar eller beställer rör är avgörande för att säkerställa att dimensionerna uppfyller applikationskraven, rörledningskoden och föreskrifterna.

Sömlösa och svetsade rörlängder och ändfinish

Rörlängder

Stålrör finns vanligtvis i tre längdalternativ:
 

Enstaka slumpmässiga längder (SRL)är det vanligaste och mest ekonomiska alternativet. De exakta längderna kommer att variera men är vanligtvis 16 till 24 fot långa. Bruket optimerar längderna för att minimera skrot under produktionen.

Dubbla slumpmässiga längder (DRL):Dessa är dubbelt så långa som enstaka slumpmässiga, från 32 till 48 fot. De är mindre vanliga och kan ha begränsad tillgänglighet, men de kan minska de anslutningar som krävs i en lång pipeline.

Specifika skärlängder:Rör kan beställas till specifika längder efter kundens önskemål. Detta är dyrare eftersom det kan skapa mer skrot för bruket och kräver ytterligare installation och hantering. Kapade längder anges vanligtvis endast när den exakta längden är kritisk, till exempel för spoltillverkning eller offshoreinstallationer där fogar måste passa exakt.

De tillgängliga längderna kan också variera beroende på rörets storlek och väggtjocklek. Större diametrar och tyngre väggar är svårare att hantera och transportera, så att de kan begränsas till kortare längder.

Slutavslut

Rörets ändar kan slutföras på flera sätt beroende på hur det ska fogas:
 

Vanlig ände (PE):Ändarna skärs fyrkantiga och lämnas oavslutade. Detta är det mest grundläggande alternativet som är lämpligt för svetsning eller mekaniska kopplingar.

Fasad ände (BE):Ändarna skärs i en vinkel, vanligtvis 30 grader eller 37,5 grader , för att skapa ett V-spår för svetsning. Fasningen möjliggör fullständig penetrering av svetsmetallen i fogen. Fasade gavlar är det vanligaste valet för svetsad konstruktion.

Gängad ände (TE):Ändarna är gängade antingen utvändigt (hane) eller invändigt (hona) för att rören ska kunna skruvas ihop. Gängade anslutningar används vanligtvis för applikationer med lågt-tryck som vatten- eller luftledningar och tillfälliga eller bärbara installationer. Gängorna kan vara avsmalnande (NPT) eller raka (BSPP eller BSPT).

Gängad och kopplad (villkor):Ena änden är utvändigt gängad och en koppling (hylsa) skruvas på den. Den andra änden av kopplingen är invändigt gängad för att ta emot nästa rör. Detta möjliggör snabb montering och demontering i fält.

Räflad ände:Ett spår skärs runt rörets omkrets nära änden för att acceptera en mekanisk koppling. Räfflade kopplingar möjliggör snabb installation och viss flexibilitet i fogen för att ta emot termisk expansion eller sammandragning.