Naadloze versus gelaste buizen: een uitgebreide gids voor de olie- en gasindustrie

Stalen buizen vormen de ruggengraat van de olie- en gasindustrie en worden in elke fase gebruikt, van winning tot verwerking en transport.

Het selecteren van het juiste type leiding is van cruciaal belang voor een veilige, efficiënte en betrouwbare werking.

Detwee hoofdcategorieën stalen buizen zijn naadloos en gelast, elk met unieke kenmerken en toepassingen.

In dit artikel geven we een uitgebreide vergelijking van naadloze en gelaste buizen in de context van de olie- en gasindustrie.

We behandelen de productieprocessen, de essentiële eigenschappen en voordelen van elk type en de meest voorkomende toepassingen.

We bespreken ook de verschillende materiaalopties, waaronder koolstofstaal, gelegeerd staal, roestvrij staal en nikkellegeringen, en geven richtlijnen voor het selecteren van de juiste kwaliteit voor verschillende omgevingen.

Tenslotte gaan we in op de praktische aspecten van het specificeren en bestellen van buizen, inclusief de relevante normen, afmetingen en eindafwerkingen.

Aan het einde van dit artikel begrijpt u de verschillen tussen naadloze en gelaste buizen grondig en bent u uitgerust om weloverwogen beslissingen te nemen voor uw olie- en gasprojecten.

Pijptypen uitgelegd

De olie- en gasindustrie gebruikt drie belangrijke soorten stalen buizen: naadloos, ERW (Electric Resistance Welded) en LSAW (Longitudinal Submerged Arc Welded).
 

Naadloze buizenzijn gemaakt van massieve stalen knuppels die worden verwarmd en over een vorm worden geduwd of getrokken om een ​​holle buis te creëren zonder lasnaden.

Ze worden vaak gebruikt voor hogedruktoepassingen in upstream-operaties zoals boren en exploratie, midstream-transport van vloeistoffen, stroomafwaartse raffinage en nutsvoorzieningen.

ERW-buizenworden gemaakt met behulp van koud-vervormen, waarbij stalen spoelen in cilindrische vormen worden gevormd, en de naad wordt aan elkaar gelast met behulp van elektrische stroom.

De lasnaad loopt over de lengte van de buis. ERW-leidingen zijn kosteneffectief-voor toepassingen met lage- tot- middendruk-, zoals het transporteren van water, olie en gas.

LSAW-buizenworden gemaakt door stalen platen over de lengte te buigen en te lassen, waarbij de naad recht (langsnaad) of spiraalvormig loopt.

Ze worden gebruikt voor pijpen met een grote-diameter (16-60 inch) in kritische toepassingen, zoals olie- en gaspijpleidingen over lange afstanden die door steden of onder water lopen.

De onderstaande tabel vat de belangrijkste verschillen samen tussen deze buistypen en hun typische toepassingen in de olie- en gasindustrie:
 

Productieproces voor naadloze, ERW- en LSAW-buizen

Productie van naadloze buizen

Naadloze buizen worden gemaakt door middel van een warm bewerkingsproces zonder lassen. De belangrijkste stappen zijn:
 

Een massieve ronde stalen knuppel wordt in een roterende haardoven verwarmd tot ongeveer 1204 graden Celsius.

De rood{0}}hete knuppel wordt vervolgens door het midden doorboord met behulp van een doorsteekpunt om een ​​holle buis te creëren.

De holle buis gaat door een plugmolen, waar een doorn wordt ingebracht. Vervolgens wordt de buis gerold om de wanddikte te verkleinen en de lengte te vergroten.

De buis wordt vervolgens door maatstandaarden gevoerd om de uiteindelijke afmetingen te bereiken.

Na afkoeling wordt de buis rechtgetrokken, op lengte gesneden, getest en verzonden.

Naadloze buizen kunnen verder koudgetrokken worden om buizen met kleinere diameters en dunnere wanden te produceren.

ERW-buisproductie

ERW-buizen worden gemaakt door het koud-vormen van een stalen spiraal en het lassen van de naad:
 

De stalen spoel met de juiste breedte en dikte wordt geselecteerd en op een afwikkelaar geladen.

De strip gaat door rollen en vormt geleidelijk een ronde vorm.

De langsranden worden verwarmd door er een hoogfrequente stroom tussen te laten lopen.

Rollen drukken de randen samen om een ​​smeltlas te creëren zonder toevoeging van vulmetaal.

De gelaste buis gaat door maatstandaarden om de uiteindelijke diameter te bereiken.

De buis wordt op lengte gesneden, de uiteinden worden gevormd (vlak, afgeschuind, van schroefdraad voorzien, enz.) en de buis wordt getest voordat deze wordt verzonden.

Het hele ERW-proces is continu, waarbij de buis met een constante snelheid door de vorm- en lasstandaarden beweegt.

LSAW-pijpproductie

LSAW-buizen zijn gemaakt van staalplaat die is gevormd en gelast:
 

Er worden stalen platen geselecteerd en de randen worden gefreesd om ze voor te bereiden op het lassen.

De plaat wordt voor-gebogen op een kantbank om er een ronde vorm van te maken.

Een AU-pers vormt de plaat in een U--vorm, en een O-pers sluit de U tot een buis.

De langsnaad wordt eerst aan de binnenkant vastgelast om de randen bij elkaar te houden.

De buis wordt vervolgens door automatische lasstations gevoerd die meerdere passages van ondergedompelde booglassen binnen en buiten de naad uitvoeren.

Een mechanische expander zet de gelaste buis enigszins uit om een ​​goede ronde vorm te verkrijgen.

De buis wordt vóór verzending op lengte gesneden, afgeschuind, hydrostatisch getest en geïnspecteerd.

LSAW-buizen worden over het algemeen gebruikt voor grotere diameters (16" en groter) en hebben dikkere wanden dan ERW-buizen.

Voor- en nadelen van naadloze, ERW- en LSAW-buizen

Naadloze buizen

Pluspunten:

Geen lasnaad elimineert potentiële zwakke punten en zorgt voor hogere drukwaarden

Een glad binnenoppervlak vermindert wrijving en turbulentie voor betere stromingseigenschappen

Superieure sterkte, duurzaamheid en weerstand tegen buig- en slagkrachten

Uitstekende corrosiebestendigheid door het ontbreken van een lasnaad

Kan goed omgaan met hoge temperaturen en druk, waardoor het ideaal is voor kritische olie- en gas-, chemische en energietoepassingen

Nadelen:

Duurder dan gelaste buizen vanwege het complexe productieproces

Beperkt maatbereik, met uitdagingen bij het produceren van zeer kleine of zeer grote diameters

Langere lengtes zijn ingewikkeld, dus de maatopties kunnen beperkter zijn dan bij gelaste buizen

Dikkere wanden en zwaarder gewicht dan gelaste buizen

ERW-buizen

Pluspunten:

Lagere kosten dan naadloos dankzij een eenvoudiger en meer geautomatiseerd lasproces

Verkrijgbaar in langere lengtes, omdat er geen maatbeperkingen zijn zoals bij naadloos

Dunnere wanden en lichter van gewicht dan naadloos, terwijl de goede sterkte behouden blijft

Gladde binnen- en buitenoppervlakken

Geschikt voor algemene toepassingen met lage tot gemiddelde druk-, zoals utiliteitsbouw en bouw

Nadelen:

Lasnaad is een potentieel zwak punt in vergelijking met naadloos, waardoor de drukwaarden dalen

Las is gevoeliger voor corrosie dan een naadloos lichaam

Uitgebreid testen van de lasnaad is vereist om de integriteit te garanderen

Niet geschikt voor toepassingen met kritische hoge- druk, hoge- temperaturen of zware onderhoudswerkzaamheden

LSAW-buizen

Pluspunten:

Kan hogere drukken en mechanische belastingen aan dan ERW vanwege zwaardere wanden en meerdere laspassages

Flexibiliteit in maatvoering-een gebruikelijke keuze voor buizen met een grote diameter groter dan 16"

Nauwe toleranties en goede maatvoering

Geschikt voor kritische toepassingen zoals lange-olie- en gastransmissielijnen

Nadelen:

Het is duurder dan ERW vanwege zwaardere materialen en een gespecialiseerd lasproces

Potentieel voor lasdefecten als het proces niet voldoende wordt gecontroleerd, waardoor strenge inspecties en tests nodig zijn

Dikke en zware muren verhogen de materiaalkosten ten opzichte van ERW

Grootte- en lengtebeperkingen versus ERW

Samenvattend bieden naadloze buizen de hoogste sterkte, drukcapaciteit en corrosieweerstand, waardoor ze ideaal zijn voor veeleisende olie- en gas-, chemische en energiecentraletoepassingen.

De afwegingen zijn hogere kosten en beperktere grootte-opties.

ERW is een kosteneffectieve keuze- voor algemene utiliteits- en constructietoepassingen waarbij de lasnaad geen groot integriteitsprobleem is.

Het biedt een breed scala aan maten en lange lengtes.

LSAW is een zwaar-gelaste optie voor pijpleidingen met grote- diameter en hoge- druk die de hoogste laskwaliteit en inspectie vereisen.

De multi-lassen zorgen voor een vrijwel naadloze sterkte.

De sleutel is het selecteren van het juiste product op basis van een grondige toepassingsevaluatie en de druk, temperatuur, corrosiviteit en kriticiteit van de omgeving.

Het kiezen van de ideale staalsoorten voor olie- en gasleidingen

Gelegeerd staal

Gelegeerd staal bevat naast ijzer en koolstof ook legeringselementen om de sterkte, taaiheid, corrosieweerstand of prestaties bij hoge- temperaturen te verbeteren.

Laaggelegeerde staalsoorten (minder dan 8% legeringsgehalte) worden vaak gebruikt in de olie- en gasindustrie voor:
 

Boorpijpen en boorkragen

Behuizing en buizen

Kleppen, putmonden en kerstbomen

Bevestigingsmiddelen zoals moeren, bouten en tapeinden

De legeringselementen zorgen voor een hogere sterkte, waardoor dunnere wanden kunnen worden gebruikt, wat het gewicht en de kosten verlaagt. Sommige legeringen zijn ook bestand tegen scheuren en corrosie door waterstofsulfide (H2S).

Koolstofstaal

Koolstofstaal bevat voornamelijk ijzer en koolstof, met alleen resthoeveelheden van andere elementen.

Ze worden gecategoriseerd als laag, gemiddeld of hoog koolstofgehalte op basis van het koolstofgehalte. Koolstofstaal wordt veel gebruikt in olie en gas voor:
 

Stroomlijnen en pijpleidingen

Opslagtanks en drukvaten

Structurele componenten zoals balken, platen en buizen

Lage-leidingsystemen

Koolstofstaal is sterk, taai en relatief goedkoop.

Ze hebben echter een slechte corrosieweerstand en zijn gevoelig voor H2S-scheuren in zure omstandigheden. Vaak zijn remmers of coatings nodig.

Roestvrij staal

Roestvast staal bevat minimaal 10,5% chroom, dat een beschermende oxidelaag op het oppervlak vormt en een uitstekende corrosieweerstand biedt.

Kwaliteiten die in olie en gas worden gebruikt, zijn onder meer:
 

Austenitisch (300-serie): 304, 316, 317, 321, 347

Ferritisch: 405, 430

Martensitisch: 410, 420, 431

Dubbelzijdig:2205, 2507 superduplex

Roestvast staal wordt gebruikt voor kritische componenten die worden blootgesteld aan zeewater, geproduceerd water, CO2, chloriden en lichtzure omgevingen:
 

Onderzeese apparatuur

Wellhead- en kerstboomcomponenten

Warmtewisselaars en drukvaten

Leidingen, kleppen en instrumentatie

De hoge sterkte van duplexkwaliteiten maakt dunnere wanden mogelijk, terwijl superaustenitisch en superduplex weerstand bieden tegen agressieve omstandigheden.

Roestvrij staal heeft echter hogere initiële kosten dan koolstofstaal.
 

Nikkellegeringen

Nikkellegeringen bevatten een hoog gehalte aan nikkel en andere elementen zoals chroom en molybdeen voor maximale corrosieweerstand, zelfs in hete, zure en zeer zure omgevingen. Veel voorkomende cijfers zijn onder meer:
 

Nikkel-koper:Monel 400, K-500

Nikkel-chroom-ijzer: 825, 625, 718

Nikkel-chroom-molybdeen: C-276, 2550, 686

Nikkel-ijzer-chroom:800, 800H, 800HT

Nikkellegeringen worden gebruikt voor de meest veeleisende toepassingen waarbij roestvast staal niet voldoet:
 

Zure gasbronnen en stroomleidingen

Onderzeese spruitstukken en jumpers

Gereedschappen en veiligheidskleppen in het boorgat

Schepen en leidingen in raffinaderijen en gasfabrieken

De uitstekende corrosieweerstand en stabiliteit bij hoge temperaturen brengen aanzienlijk hogere kosten met zich mee dan roestvrij staal.

Nikkellegeringen zijn gereserveerd voor zware omstandigheden waarin andere legeringen snel zouden worden afgebroken.

Koolstofstaal is een economische keuze voor veel olie- en gastoepassingen, terwijl gelegeerde staalsoorten indien nodig een grotere sterkte en taaiheid bieden.

Roestvast staal is bestand tegen corrosie in waterige omgevingen, terwijl nikkellegeringen de prestaties onder hete, zure en zure omstandigheden verbeteren.

De vloeistofsamenstelling, temperatuur en druk moeten zorgvuldig worden geëvalueerd om de optimale legering te selecteren voor betrouwbaarheid en veiligheid op lange termijn.

Inzicht in de afmetingen en afmetingen van naadloze en gelaste buizen

Nominale buismaat (NPS)

De buismaat wordt doorgaans gespecificeerd door de nominale buismaat (NPS), een dimensieloze aanduiding. Voor maten 1/8 tot 12 inch komt de NPS overeen met de geschatte binnendiameter (ID) van de buis in inches, waarbij gebruik wordt gemaakt van gebruikelijke breuken. Een NPS 2-buis heeft bijvoorbeeld een binnendiameter van ongeveer 2,1 inch.

Voor de maten 14 inch en groter is de NPS de geschatte buitendiameter (OD) in inches. Een NPS 20-buis heeft dus een buitendiameter van ongeveer 20 inch.

Het is belangrijk op te merken dat de exacte buitendiameter en binnendiameter variëren, afhankelijk van de opgegeven wanddikte.

Wanddikte

De wanddikte bepaalt de drukwaarde en het gewicht van de buis. Het wordt doorgaans gespecificeerd door het schemanummer (Sch) of de werkelijke dikte in inches of millimeters.

Standaardschemanummers zijn 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 en 160. Hoe hoger het getal, hoe dikker de muur. Een NPS 6 Sch 40 buis heeft bijvoorbeeld een wanddikte van 0,280", terwijl een NPS 6 Sch 80 een wanddikte heeft van 0,432".

Voor een bepaalde NPS zullen pijpen met verschillende schema's dezelfde OD maar verschillende ID's hebben. De OD blijft constant en de ID neemt af naarmate de wand dikker wordt.

Relevante ASME-normen

De ASME (American Society of Mechanical Engineers) publiceert verschillende normen die de afmetingen dekken van buizen gemaakt van verschillende materialen:
 

ASME B36.10:Gelast en naadloos koolstofstaal en gelegeerd staal

ASME B36.19:Roestvrij staal

ASME B36.20:Metaalmateriaal voor algemene toepassingen

ASME B36.21:Niet-metalen materiaal voor algemene toepassingen

Deze normen bieden maattabellen voor NPS 1/8 tot 80, waarin de buitendiameter, binnendiameter, wanddikte, gewicht per voet en andere kritische parameters voor elke combinatie van NPS en schema- of wanddikte worden gespecificeerd.

De normen garanderen consistente afmetingen bij alle fabrikanten, hoewel enige variatie binnen de gespecificeerde toleranties is toegestaan.

Het verwijzen naar de relevante norm bij het specificeren of bestellen van buizen is van cruciaal belang om ervoor te zorgen dat de afmetingen voldoen aan de toepassingsvereisten, leidingcodes en regelgeving.

Naadloze en gelaste buislengtes en eindafwerkingen

Pijplengtes

Stalen buizen zijn algemeen verkrijgbaar in drie lengteopties:
 

Enkele willekeurige lengtes (SRL)zijn de meest voorkomende en economische optie. De exacte lengtes variëren, maar zijn doorgaans 16 tot 24 voet lang. De molen optimaliseert de lengtes om afval tijdens de productie tot een minimum te beperken.

Dubbele willekeurige lengtes (DRL):Deze zijn twee keer zo lang als enkele willekeurige, variërend van 32 tot 48 voet. Ze komen minder vaak voor en zijn mogelijk beperkt beschikbaar, maar ze kunnen het aantal benodigde verbindingen in een lange pijpleiding verminderen.

Specifieke snijlengtes:Leidingen kunnen op specifieke lengtes worden besteld, afhankelijk van de eisen van de klant. Dit is duurder omdat er meer afval voor de fabriek ontstaat en er extra instellingen en handelingen nodig zijn. Snijlengtes worden doorgaans alleen gespecificeerd als de exacte lengte van cruciaal belang is, zoals bij de fabricage van spoelen of offshore-installaties waar verbindingen precies moeten passen.

De beschikbare lengtes kunnen bovendien variëren afhankelijk van de maat en wanddikte van de buis. Grotere diameters en zwaardere wanden zijn moeilijker te hanteren en te transporteren, waardoor deze beperkt kunnen blijven tot kortere lengtes.

Einde afwerkingen

De uiteinden van de buis kunnen op verschillende manieren worden afgewerkt, afhankelijk van hoe deze wordt verbonden:
 

Glad uiteinde (PE):De uiteinden worden vierkant gesneden en onafgewerkt gelaten. Dit is de meest basale optie die geschikt is voor lassen of mechanische koppelingen.

Afgeschuind uiteinde (BE):De uiteinden worden onder een hoek afgesneden, meestal 30 graden of 37,5 graden, om een ​​V--groef te creëren voor het lassen. De afschuining zorgt voor volledige penetratie van het lasmetaal in de verbinding. Afgeschuinde uiteinden zijn de meest gebruikelijke keuze voor gelaste constructies.

Draadeind (TE):De uiteinden zijn aan de buitenkant (mannelijk) of aan de binnenkant (vrouwelijk) van schroefdraad voorzien, zodat de buizen aan elkaar kunnen worden geschroefd. Schroefdraadverbindingen worden vaak gebruikt voor lagedruktoepassingen- zoals water- of luchtleidingen en tijdelijke of draagbare installaties. De schroefdraad kan taps (NPT) of recht (BSPP of BSPT) zijn.

Met schroefdraad en gekoppeld (T&C):Het ene uiteinde heeft een externe schroefdraad en er is een koppeling (mof) op geschroefd. Het andere uiteinde van de koppeling heeft een interne schroefdraad om de volgende buis te accepteren. Dit maakt een snelle montage en demontage in het veld mogelijk.

Gegroefd uiteinde:Er wordt een groef rond de omtrek van de buis nabij het uiteinde gesneden om een ​​mechanische koppeling op te nemen. Gegroefde koppelingen zorgen voor een snelle installatie en enige flexibiliteit in de verbinding om thermische uitzetting of krimp op te vangen.