Perspectivas de oleoductos para tuberías

Cuando se conoce el caudal del fluido, el tamaño del diámetro de la tubería depende del caudal permitido o de la resistencia a la fricción permitida (caída de presión). Cuando el caudal es alto, el diámetro de la tubería es pequeño, pero el valor de caída de presión aumenta. Por lo tanto, cuando el caudal es alto, se puede ahorrar la inversión en infraestructura de tuberías, pero aumenta el consumo de energía operativa de los equipos eléctricos como bombas y compresores. Además, si el caudal es demasiado alto, puede haber otros factores adversos. Por lo tanto, el diámetro de la tubería debe determinarse basándose en consideraciones integrales de inversión en construcción, costos operativos y otros factores técnicos.

El método de conexión entre las tuberías de entrada y salida en tuberías, conectores de tuberías, válvulas y equipos está determinado por factores como la naturaleza del fluido, presión y temperatura, así como el material, tamaño e instalación. Ubicación de la tubería. Los principales son conexiones roscadas, conexión por brida, conexión por manguito y soldadura.

Las conexiones roscadas son adecuadas principalmente para tuberías de pequeño diámetro. Al realizar la conexión, generalmente es necesario envolver cinta selladora fluoroplástica alrededor de la parte de conexión roscada, o aplicar pintura espesa, envolver alambre de cáñamo y otros materiales selladores para evitar fugas. Cuando la presión es superior a 1,6 MPa, la junta de sellado generalmente se agrega a la cara del extremo de la tubería. Este método de conexión es sencillo y se puede desmontar y volver a instalar, pero se debe instalar una unión en un lugar adecuado de la tubería para facilitar el desmontaje y montaje.

Las conexiones de brida son adecuadas para una amplia gama de diámetros de tubería. Al realizar la conexión, seleccione diferentes bridas y juntas de sellado según la naturaleza, presión y temperatura del fluido, y utilice juntas de sujeción de pernos para mantener el sellado. Las bridas se utilizan principalmente en secciones de tuberías que deben desmontarse e instalarse con frecuencia y donde se encuentran tuberías y equipos. están conectados.

La conexión de enchufe se utiliza principalmente para la conexión entre tuberías de hierro fundido, tuberías de hormigón, tuberías de arcilla y sus piezas de conexión. Solo es adecuada para tuberías de suministro de agua, drenaje y gas que funcionan en condiciones de baja presión y temperatura normal. . Al realizar la conexión, la ranura del casquillo generalmente se llena primero con lino, hilo de algodón o cuerda de amianto y luego con fibrocemento o plomo y otros materiales. También se puede rellenar un anillo de sellado de goma en el casquillo para que tenga un mejor rendimiento. La flexibilidad permite una pequeña cantidad de movimiento del tubo.

Las conexiones soldadas tienen las mejores propiedades de resistencia y sellado y son adecuadas para todo tipo de tuberías, ahorrando mano de obra y materiales. Sin embargo, las tuberías y las conexiones de las tuberías deben cortarse durante el desmontaje.

La mayoría de las tuberías de suministro de agua, drenaje, calefacción y suministro de gas y de petróleo y gas de larga distancia en las ciudades están tendidas bajo tierra, mientras que las tuberías de proceso en las fábricas están en su mayoría bajo tierra para facilitar la operación y el mantenimiento. En el suelo. El paso de las tuberías, el soporte, la pendiente y el drenaje, la compensación, el aislamiento y la calefacción, la anticorrosión y la limpieza, la identificación y la pintura, y la seguridad son cuestiones importantes tanto para el tendido sobre el suelo como para el subterráneo.

Las tuberías en tierra deben intentar evitar cruzar carreteras, vías férreas y vías fluviales. Cuando no se pueda evitar la intersección, la altura que abarca la intersección también debe permitir el paso seguro de peatones, vehículos y barcos. Las tuberías subterráneas generalmente se colocan a lo largo de las carreteras y se mantienen distancias adecuadas entre varias tuberías para facilitar la instalación y el mantenimiento. Las tuberías de calefacción tienen una capa aislante en su superficie y se colocan en zanjas o tuberías protectoras para evitar que el suelo las aplaste y las tuberías; para expandirse.

Las tuberías pueden soportar muchas fuerzas externas, incluido su propio peso, el empuje del fluido en el extremo de la tubería, cargas de viento y nieve, presión del suelo, estrés térmico causado por la expansión y contracción térmica, cargas de vibración y desastres sísmicos. , etc. . Para garantizar la resistencia y rigidez de la tubería, se deben instalar varios soportes (suspensores), como soportes móviles, soportes fijos, soportes guía y soportes de resorte. El ajuste del soporte está determinado por el diámetro, el material, el espesor de la pared de la tubería, la carga y otras condiciones de la tubería. El soporte fijo se utiliza para controlar el alargamiento térmico de la tubería en secciones para que la junta de expansión funcione de manera uniforme; el soporte guía permite que la tubería se mueva solo axialmente.

Para eliminar la condensación de agua, vapor y otros gasoductos que contienen agua deben tener una cierta pendiente, generalmente no inferior a dos milésimas. Para tuberías de drenaje subterráneas que utilicen flujo por gravedad, la pendiente no será inferior a cinco milésimas. Las tuberías de vapor u otros gasoductos que contienen agua están equipadas con tuberías de drenaje o trampas en el punto más bajo. Algunas tuberías de gas también están equipadas con separadores de gas y agua para drenar el agua a tiempo y evitar golpes de ariete en la tubería y la obstrucción del flujo de gas. Las tuberías de suministro de agua u otros líquidos están equipadas con dispositivos de escape en los puntos más altos para eliminar el aire u otros gases acumulados en las tuberías y evitar que las esclusas de aire causen anomalías operativas.

Si la tubería no puede expandirse y contraerse libremente, generará una enorme tensión adicional.

Por lo tanto, en tuberías con grandes cambios de temperatura y tuberías de temperatura normal que requieren desplazamiento libre, se deben instalar juntas de expansión para compensar la expansión y contracción de la tubería y eliminar la influencia de tensiones adicionales.

Para tuberías de vapor, tuberías de alta temperatura, tuberías de baja temperatura y tuberías con requisitos anti-escaldado y anticongelante, es necesario cubrir el exterior de las tuberías con materiales aislantes para evitar la pérdida de calor (frío) o congelación en las tuberías. Para algunas tuberías de líquidos con altos puntos de congelación, también se requiere calentamiento y aislamiento para evitar que el líquido sea demasiado viscoso o se solidifique y afecte el transporte. Los materiales aislantes más utilizados incluyen perlita de cemento, lana de vidrio, lana de roca y tierra de diatomeas de amianto.

Para evitar la erosión del suelo, la superficie de las tuberías metálicas subterráneas debe recubrirse con pintura antioxidante o revestimientos anticorrosión como alquitrán y asfalto, o cubrirse con tela de vidrio y lino impregnados con asfalto. Las tuberías enterradas en suelos altamente corrosivos y de baja resistencia deben estar equipadas con dispositivos de protección catódica para evitar la corrosión. Para evitar la corrosión atmosférica, las tuberías de acero en el suelo suelen estar recubiertas con diversas pinturas antioxidantes en sus superficies.

Todo tipo de tuberías deben limpiarse antes de su uso, y algunas tuberías también deben limpiarse periódicamente por dentro. Para facilitar la limpieza, se proporcionan filtros o orificios de purga en la tubería. En los oleoductos que transportan petróleo y gas natural a largas distancias, se deben utilizar limpiadores para eliminar periódicamente la suciedad acumulada en las tuberías. Para ello se deben instalar dispositivos especiales de envío y recepción de limpiadores.

Cuando hay muchos tipos de tuberías, para facilitar la operación y el mantenimiento, se pinta pintura de un color específico en la superficie de la tubería para su identificación. Por ejemplo, utilice el rojo para las tuberías de vapor, el azul claro para las tuberías de aire comprimido, etc.

Para garantizar el funcionamiento seguro de las tuberías y prevenir rápidamente la expansión de accidentes cuando ocurren accidentes, además de instalar instrumentos de control de detección y válvulas de seguridad en las tuberías, también se toman medidas de seguridad especiales para algunas tuberías importantes. , como gasoductos y válvulas de alivio de presión de emergencia o válvulas de cierre de emergencia se instalan en tuberías que transportan petróleo y gas natural a largas distancias. Pueden detener automáticamente el transporte a tiempo cuando ocurre un accidente catastrófico para reducir las pérdidas por desastres. 1. Características de los materiales metálicos para tuberías de presión

Las tuberías de presión involucran todos los ámbitos de la vida y los requisitos básicos para ellas son "seguridad y uso". Implica cuestiones económicas, es decir, inversión. Ahorrar dinero y tener una larga vida útil, lo que por supuesto está relacionado con muchos factores. Los materiales son la base de la ingeniería. Primero debemos comprender los requisitos especiales de los materiales metálicos para las tuberías de presión. Además de soportar cargas, las tuberías de presión también se someten a pruebas especiales debido al funcionamiento en diferentes entornos, temperaturas y medios.

(1) Cambios en las propiedades de los materiales metálicos a altas temperaturas

① Fluencia: cuando el acero se somete a fuerzas externas a altas temperaturas, sufre una deformación plástica lenta y continua a lo largo del tiempo. El fenómeno se llama fluencia. Las características de fluencia del acero están estrechamente relacionadas con la temperatura y la tensión. A medida que aumenta la temperatura o aumenta la tensión, la velocidad de fluencia se acelera. Por ejemplo, si la temperatura de trabajo del acero al carbono excede los 300 ~ 350 ℃ y la temperatura de trabajo del acero aleado excede los 300 ~ 400 ℃, se producirá fluencia. La tensión requerida para producir fluencia está por debajo del límite elástico del acero a la temperatura de prueba. Por lo tanto, los materiales de acero utilizados en calderas, tuberías de vapor y recipientes a presión que funcionan a altas temperaturas durante mucho tiempo deben tener una buena resistencia a la fluencia para evitar deformaciones masivas debido a la fluencia, que pueden provocar rupturas estructurales y explosiones.

② Esferoidización y grafitización: bajo la acción de altas temperaturas, la cementita en acero al carbono migrará y se agregará debido a la ganancia de energía, formando cementita de grano grueso y mezclada con ferrita, la cementita se transformará gradualmente de escamosa. a esférico, lo que se llama esferoidización. Debido a que el grafito tiene una resistencia extremadamente baja y aparece en escamas, la resistencia del material se reduce considerablemente y la fragilidad aumenta, lo que se denomina grafitización del material. Cuando el acero al carbono funciona en un ambiente por encima de 425 ℃ durante mucho tiempo, se producirá grafitización, que es más evidente cuando está por encima de 475 ℃. SH3059 estipula que la temperatura máxima de uso del acero al carbono es 425 °C y GB150 estipula que la temperatura máxima de uso del acero al carbono es 450 °C.

③ Comportamiento ante la fatiga térmica Si el acero trabaja alternativamente entre frío y calor durante mucho tiempo, se producirán pequeñas grietas en el interior del material bajo la acción del estrés térmico causado por los cambios de temperatura, y eventualmente continuarán expandiéndose. llevando a la ruptura. Por lo tanto, se debe considerar el comportamiento de fatiga térmica del acero para estructuras y tuberías que operan bajo fluctuaciones de temperatura.

④ Oxidación de materiales a alta temperatura Los materiales metálicos se oxidarán en entornos con medios oxidantes a alta temperatura (como chimeneas) para producir incrustaciones de óxido, que son propensas a volverse quebradizas. El acero al carbono es propenso a formar incrustaciones de óxido cuando se expone a gases a altas temperaturas de 570 °C, lo que hace que el metal se vuelva más delgado. Por lo tanto, las tuberías de acero, como las de gas y de humos, deben limitarse a funcionar a 560 °C.

(2) Cambios de rendimiento de los materiales metálicos a bajas temperaturas

Cuando la temperatura ambiente es inferior a la temperatura crítica del material, la tenacidad al impacto del material disminuirá drásticamente. La temperatura crítica se llama temperatura de transición frágil de un material. La tenacidad al impacto a baja temperatura (energía de impacto) se usa comúnmente para medir la tenacidad al impacto a baja temperatura de los materiales. Para tuberías que funcionan a bajas temperaturas, se debe prestar atención a su tenacidad al impacto a baja temperatura.

(3) Cambios en el rendimiento de las tuberías en entornos corrosivos

Muchos medios de tuberías, como la industria petroquímica, los barcos y las plataformas petroleras marinas, son corrosivos. Los hechos han demostrado que la corrosión del metal es nociva. Muy común y muy grave, la corrosión puede provocar pérdidas directas o indirectas. Por ejemplo, la corrosión por tensión, la corrosión por fatiga y la corrosión intergranular de los metales a menudo provocan accidentes importantes catastróficos. La corrosión del metal puede provocar un gran consumo de metal y desperdiciar muchos recursos. Los medios que causan corrosión incluyen principalmente los siguientes.

① Cloruro La corrosión del acero al carbono por cloruro es básicamente corrosión uniforme, acompañada de fragilización por hidrógeno. La corrosión del acero inoxidable es corrosión por picaduras o corrosión intergranular. Se pueden tomar medidas preventivas eligiendo materiales adecuados, como tubos compuestos de acero al carbono y acero inoxidable.

② Hay más de 250 tipos de sulfuros en el petróleo crudo de sulfuro. Los que corroen los metales incluyen el sulfuro de hidrógeno (H2S), los mercaptanos (R-SH), los tioéteres (R-S-R), etc. El alto contenido de H2S en el gas licuado de petróleo de mi país ha provocado grietas en los contenedores. Algunas grietas se produjeron dentro de los 87 días de su puesta en producción. Posteriormente, la inspección con partículas magnéticas mostró que había un total de 417 grietas en las costuras de los anillos. superficie interior y no había grietas en la superficie exterior de la esfera, por lo que el contenido de H2S causado por la corrosión por alta tensión debe tomarse en serio. La Sociedad Japonesa de Soldadura y la Asociación de Seguridad del Gas a Alta Presión estipulan que el contenido de H2S en el petróleo licuado debe controlarse por debajo de 100 × 10-6. El contenido promedio de H2S en el gas de petróleo licuado de mi país es 2392 × 10-6, que es más. 20 veces mayor que el de Japón.

③ Ácido nafténico El ácido nafténico es una materia orgánica que se introduce en el petróleo crudo. Cuando la temperatura supera los 220 ℃, comienza a producirse corrosión y alcanza su máximo a 270 ~ 280 ℃ cuando la temperatura supera los 400 ℃. ℃, corrosión en el petróleo crudo El ácido nafténico se ha vaporizado por completo. El material de acero inoxidable 316L (00Cr17Ni14Mo2) es un material eficaz resistente a la corrosión por ácido nafténico y se utiliza a menudo en entornos de corrosión por ácido nafténico a alta temperatura.

2. Selección de materiales metálicos para tuberías de presión

① Cumplir con los requisitos de las condiciones de operación. En primer lugar, se debe juzgar según las condiciones de uso si la tubería está bajo presión y a qué tipo de tubería de presión pertenece. Los diferentes tipos de tuberías de presión tienen diferente importancia, diferentes grados de daño causado por accidentes y diferentes requisitos de materiales. Al mismo tiempo, se deben considerar el entorno de uso de la tubería, el medio transportado y el grado de corrosión del medio en el cuerpo de la tubería. Por ejemplo, para pilotes de tubos de acero insertados en el fondo del mar, la tasa de corrosión del cuerpo de la tubería en la zona de salpicadura es 6 veces mayor que la del suelo del fondo marino y la tasa de corrosión del cuerpo de la tubería en la zona de marea es 4 veces mayor que la del fondo marino; suelo. Se debe prestar especial atención a la selección de materiales y a las medidas anticorrosión.

② Requisitos de procesabilidad. El material debe tener buena procesabilidad y soldabilidad.

③ Requisitos duraderos y económicos Las tuberías de presión deben ser, en primer lugar, seguras, duraderas y económicas. Para un equipo o un lote de proyectos de tuberías, antes de invertir en la selección de materiales, realice un estudio de viabilidad, es decir, un análisis económico y técnico, si es necesario. Se pueden hacer varios planes para los materiales a seleccionar, tanto económicos como técnicos. Se puede realizar un análisis. La inversión inicial para algunos materiales es ligeramente mayor, pero el uso es confiable y ahorra costos de mantenimiento diario. Algunos materiales parecen ahorrar la inversión inicial, pero tienen poca confiabilidad durante la operación, altos costos de mantenimiento diario y un alto ciclo de vida. costos. Ya en 1926, el Instituto Americano del Petróleo (API) publicó el estándar API-5L, que inicialmente solo incluía tres grados de acero: A25, A y B. Se publicó varias veces después, consulte la Tabla 4. Tabla 4 Grados de acero para tuberías publicados por API

Nota: En 1972, API publicó los estándares U80 y U100, que luego se cambiaron a X80 y X100.

Antes del año 2000, el mundo usaba X70, que era aproximadamente 40, y X65 y .

La industria metalúrgica de mi país ha realizado grandes esfuerzos para desarrollar acero para tuberías durante más de diez años. Actualmente está trabajando arduamente para abordar la placa ancha X70 Shanghai Baoshan Iron and Steel Company, Wuhan Iron and Steel Company y. otras composiciones químicas y mecánicas de X70 y X80. Las prestaciones se enumeran en las Tablas 5 a 9 respectivamente. Tabla 5 Propiedades de la placa enrollada WISCO X80 Tabla 6 Propiedades mecánicas de los tubos de acero de grado X70 Tabla 7 Resultados de las pruebas de rendimiento de flexión de los tubos de acero de grado X70 Tabla 8 Tenacidad al impacto Charpy de tubos de acero de grado X70 Tabla 9 Tenacidad al impacto Charpy de tubos transportadores de alta resistencia

Los tipos de tuberías comúnmente utilizados en oleoductos en mi país incluyen tuberías soldadas por arco sumergido en espiral (SSAW), tuberías soldadas por arco sumergido con costura recta (LSAW) y tuberías soldadas por resistencia eléctrica (ERW). Cuando el diámetro es inferior a 152 mm, se utilizan tubos de acero sin costura.

Desde finales de la década de 1960 hasta la década de 1970, las fábricas de tubos soldados en espiral se desarrollaron rápidamente en mi país. Casi todos los oleoductos utilizaban tubos de acero soldados en espiral. También se utilizaron tubos de acero soldados en espiral en las áreas de primera clase. el gasoducto "Gasoducto Oeste-Este". Las desventajas de los tubos de acero soldados en espiral son una gran tensión interna, una precisión dimensional deficiente y una alta probabilidad de defectos. Según el análisis de los expertos, se debe adoptar la política de "caminar sobre dos piernas". En primer lugar, es prometedor llevar a cabo activamente la transformación tecnológica de las fábricas de tubos soldados en espiral existentes; en segundo lugar, desarrollar vigorosamente la industria de tubos soldados por arco sumergido longitudinales de mi país.

La tubería de acero ERW tiene las características de apariencia suave, alta precisión dimensional y bajo precio, y ha sido ampliamente utilizada en el país y en el extranjero. La mayoría de los recursos de petróleo y gas de mi país se distribuyen en las regiones noreste y noroeste, mientras que la mayor parte del mercado de consumo se encuentra en áreas densamente pobladas, como ciudades grandes y medianas en la costa sureste y en el centro y sur de China. de los mercados de producción y comercialización hace que el transporte de productos de petróleo y gas sea un problema importante en el desarrollo de los recursos de petróleo y gas y las mayores barreras para su utilización. El transporte por oleoductos es el mejor medio para superar este obstáculo. En comparación con el transporte por ferrocarril, el transporte por oleoductos es una forma de gran capacidad, más segura y más económica de transportar productos de petróleo y gas. Su inversión en construcción es la mitad de la de los ferrocarriles. El coste del transporte es sólo un tercio. Por lo tanto, nuestro gobierno ha incluido la estrategia de desarrollo de "fortalecer la construcción de oleoductos y gasoductos y formar una red de transporte por oleoductos" en el plan de desarrollo del "Décimo Plan Quinquenal". Según los planes de las partes pertinentes, en los próximos 10 años, mi país construirá 14 oleoductos y gasoductos, formando un patrón de transmisión de oleoductos y gasoductos de "dos verticales, dos horizontales, cuatro centros y cinco yacimientos de gas" con un total longitud de más de 10.000 kilómetros. Esto indica que mi país está a punto de iniciar el período pico de construcción de oleoductos y gasoductos.

Los principales proyectos de gasoductos en construcción o que se planea construir en nuestro país incluyen: Proyecto de Transmisión de Gas Oeste-Este, con una longitud total de 4.176 kilómetros y una inversión total de 120 mil millones de yuanes. comenzó en septiembre de 2000 y se completó en 2004. El proyecto del gasoducto Seninglan, con una longitud total de 950 kilómetros, comenzó a construirse en mayo de 2000 y está a punto de completarse. El gas natural se ha enviado a Xining por el gasoducto Zhongxian a Wuhan. Proyecto, con una longitud total de 760 kilómetros, preparativos preliminares Se han logrado avances significativos y se han conectado 4 de los 11 túneles en construcción. El proyecto del gasoducto Shijiazhuang-Zhuozhou, con una longitud total de 202 kilómetros, comenzó su construcción en mayo; 2000 y se ha completado; el proyecto del gasoducto Shijiazhuang-Handan, la longitud total es de aproximadamente 160 kilómetros; la línea doble del proyecto de transmisión de gas de Shaanxi Jingbian a Beijing; la línea doble del proyecto de transmisión de gas de Shaanxi Jingbian a Xi'an; el proyecto de transmisión de gas de Shaanxi Gansu Ningxia a Hohhot, con una longitud total de 497 kilómetros; el proyecto del gasoducto de la isla de Hainan, con una longitud total de unos 270 kilómetros; el proyecto del gasoducto de Shandong Longkou a Qingdao, con una longitud total de unos 250 kilómetros; el proyecto del gasoducto China-Rusia, con una longitud total de 2.000 kilómetros en China; el proyecto de gas natural licuado de Guangdong, cuyas obras de promoción de inversiones se han completado y se prevé que concluyan en 2005. Los oleoductos en construcción y por construir incluyen: el proyecto del oleoducto refinado Lancheng-Chongqing, con una longitud total de 1.207 kilómetros, cuya construcción comenzó en mayo de 2000; el proyecto del oleoducto China-Rusia, de aproximadamente 700 kilómetros de largo en China; Proyecto de oleoducto de Kazajstán, de 800 kilómetros de longitud en China. Además, el oleoducto refinado de 2.000 kilómetros de largo desde Maoming, Guangdong a Guiyang y Kunming y el oleoducto de crudo desde Zhenhai a Shanghai y Nanjing también están a punto de comenzar a construirse. Además de las líneas principales, al mismo tiempo también debe realizarse la construcción de grandes redes de gasoductos urbanos.

Ante un mercado tan enorme y una oportunidad de desarrollo tan poco común, se han planteado nuevos desafíos a la tecnología de construcción de tuberías. Con el mismo volumen de transmisión, es más económico construir una tubería de alta presión y gran diámetro que construir varias tuberías de baja presión y pequeño diámetro en paralelo. Por ejemplo, un gasoducto con una presión de transmisión de 7,5 MPa y un diámetro de 1.400 mm puede reemplazar tres gasoductos con una presión de 5,5 MPa y un diámetro de 1.000 mm. Sin embargo, el primero puede ahorrar inversión 35 y acero 19. Por tanto, La ampliación del diámetro del oleoducto se ha convertido en un tema importante en la construcción del oleoducto, símbolo del progreso científico y tecnológico. Aumentar la presión de entrega dentro de un cierto rango puede aumentar los beneficios económicos. Tomando como ejemplo una tubería de transmisión de gas con un diámetro de 1020 mm, la presión de operación aumenta de 5,5 MPa a 7,5 MPa, la capacidad de transmisión de gas aumenta en un 41%, se ahorran materiales en un 7% y la inversión se reduce en un 23%. . Los cálculos muestran que si la presión de trabajo del gasoducto se puede aumentar aún más de 7,5 MPa a 10-12 MPa, la capacidad de transmisión de gas aumentará aún más entre un 33 y un 60 %. La presión del gasoducto Trans-Alaska en los Estados Unidos alcanza los 11,8 MPa y la del oleoducto alcanza los 8,3 MPa, lo que los convierte en los oleoductos con mayor presión operativa en la actualidad.

El aumento del diámetro de la tubería y la presión de entrega requieren que las tuberías tengan mayor resistencia. Bajo la premisa de garantizar la soldabilidad y la resistencia al impacto, se ha mejorado enormemente la resistencia de la tubería. Dado que el tendido de tuberías se realiza completamente mediante tecnología de soldadura, la calidad de la soldadura determina en gran medida la calidad del proyecto. La soldadura es un eslabón clave en la construcción de tuberías. Los materiales de las tuberías, los materiales de soldadura, los procesos de soldadura y los equipos de soldadura son factores clave que afectan la calidad de la soldadura.

Mi país comenzó a construir oleoductos de gran diámetro y larga distancia a principios de la década de 1970. La famosa batalla del oleoducto "3 de agosto" construyó oleoductos desde el campo petrolífero de Daqing hasta Tieling, desde Tieling hasta Dalian y desde Tieling hasta Tieling. Qinhuangdao, resolver el problema de la exportación de petróleo crudo de Daqing es preocupante.

El diámetro de diseño de la tubería es φ720 mm, el material de acero es 16MnR, tubería soldada en espiral por arco sumergido y el espesor de la pared es de 6~11 mm. El plan del proceso de soldadura es: método de soldadura por arco manual, proceso de operación de soldadura hacia arriba; se utilizan electrodos J506 y J507 como materiales de soldadura, horneados a 400 °C durante 1 hora antes de soldar, base de φ3,2, relleno de φ4 y cubierta de soldadura; la fuente de energía adopta una máquina de soldadura por arco CC giratoria; la ranura tiene forma de V de 60° y la raíz está soldada en un lado y formada en ambos lados.

El oleoducto construido durante la batalla del "3 de agosto" en el noreste de China ha estado en funcionamiento durante 30 años y todavía está en servicio, lo que demuestra que el plan de proceso del año fue correcto y la calidad de la construcción fue buena.

A principios de la década de 1980, se comenzó a promover el proceso de soldadura descendente manual y se desarrollaron varillas de soldadura descendente de tipo celulosa y de bajo hidrógeno. En comparación con el proceso tradicional de soldadura ascendente, la soldadura descendente tiene ventajas sobresalientes, como velocidad rápida, buena calidad y ahorro de materiales de soldadura, por lo que se ha utilizado ampliamente en la soldadura de costura circunferencial de tuberías.

A principios de la década de 1990, se promovió la soldadura manual semiautomática con alambre tubular autoprotegido, que supera eficazmente las deficiencias de otros procesos de soldadura que tienen poca resistencia al viento en las operaciones de campo. ventajas de alta eficiencia de soldadura, buena calidad y características de estabilidad, ahora se convierten en el método principal de soldadura de costura circunferencial de tuberías.

La aplicación de la soldadura automática de tuberías en todas las posiciones se ha explorado durante muchos años y ahora se ha producido un gran avance en su eficiencia y calidad en el Proyecto del Gasoducto Oeste-Este. no tienen comparación con otros procesos de soldadura. Esto indica que la tecnología de soldadura de oleoductos y gasoductos de mi país ha alcanzado un alto nivel. 2.1 La historia del desarrollo del acero para tuberías

Los primeros aceros para tuberías siempre utilizaban acero al carbono ordinario de tipos C, Mn y Si. Se centraban en el rendimiento metalúrgico y no tenían regulaciones estrictas sobre la composición química. Desde la década de 1960, a medida que aumentaron la presión y el diámetro de los oleoductos y gasoductos, se utilizó acero de baja aleación y alta resistencia (HSLA), suministrado principalmente en estados laminados en caliente y normalizados. La composición química de este tipo de acero: C ≤ 0,2, elementos de aleación ≤ 3 a 5. Con el mayor desarrollo del acero para tuberías, a finales de la década de 1960 y principios de la de 1970, la Organización Estadounidense del Petróleo propuso tres aceros laminados controlados por microaleaciones, X56, X60 y X65, en los estándares API 5LX y API 5LS. Este tipo de acero rompe con el concepto de acero tradicional. Se agregan al acero un contenido de carbono de 0,1 a 0,14, Nb, V, Ti y otros elementos de aleación ≤0,2, y las propiedades mecánicas del acero se mejoran significativamente mediante el control. proceso de laminación.

En 1973 y 1985, los estándares API agregaron sucesivamente X70 y acero de enfriamiento y laminado controlado con microaleaciones multicomponente.

La aplicación y puesta en marcha del acero para oleoductos en mi país fue relativamente tardía. La mayoría de los oleoductos y gasoductos que se han tendido en el pasado utilizaron acero Q235 y 16Mn. Durante el período del "Sexto Plan Quinquenal", mi país comenzó a desarrollar tuberías de acero X60 y X65 de acuerdo con las normas API y las utilizó con éxito para el tendido de tuberías junto con tuberías de acero importadas. A principios de la década de 1990, Baosteel y Wuhan Iron and Steel desarrollaron sucesivamente acero para tuberías X70 de alta resistencia y tenacidad, que se utilizó con éxito en el proyecto del oleoducto Seninglan.

2.2 Principales propiedades mecánicas del acero para tuberías

Las principales propiedades mecánicas del acero para tuberías son resistencia, tenacidad y propiedades mecánicas en medios ambientales.

La resistencia a la tracción y el límite elástico del acero están determinados por la composición química del acero y el proceso de laminación. Al seleccionar materiales para gasoductos, se deben seleccionar tipos de acero con mayor límite elástico para reducir la cantidad de acero utilizado. Pero cuanto mayor sea el límite elástico, mejor. El límite elástico demasiado alto reducirá la tenacidad del acero. Al seleccionar los tipos de acero, también se debe considerar la relación proporcional entre el límite elástico y la resistencia a la tracción del acero (la relación límite elástico) para garantizar la calidad del conformado de la tubería y el rendimiento de la soldadura.

Después de repetidos estiramientos y compresiones, las propiedades mecánicas del acero cambiarán y la resistencia disminuirá, reduciéndose seriamente en un 15%, que es el efecto Bauschinger. Este factor debe tenerse en cuenta al pedir placas de acero para la fabricación de tuberías. Se puede aumentar entre 40 y 50 MPa según el límite elástico mínimo de este grado de acero.

La tenacidad a la fractura del acero está relacionada con la composición química, los elementos de aleación, el proceso de tratamiento térmico, el espesor del material y la direccionalidad. El contenido de C, S y P en el acero debe reducirse tanto como sea posible, se deben agregar adecuadamente elementos de aleación como V, Nb, Ti y Ni, y se deben adoptar procesos como la laminación controlada y el enfriamiento controlado para mejorar. La pureza del acero, uniformar el material y refinar los granos puede mejorar la tenacidad del acero. La mayoría de los métodos adoptados son reducir C y aumentar Mn.

Cuando el acero de las tuberías se expone a entornos de petróleo y gas que contienen sulfuro de hidrógeno, se produce un agrietamiento inducido por hidrógeno debido a la intrusión de hidrógeno producido por la corrosión en el acero. Por lo tanto, el acero para tuberías para el transporte de petróleo y gas ácidos debe tener un bajo contenido de azufre para controlar eficazmente la morfología de las inclusiones no metálicas y reducir la segregación de componentes microscópicos. El valor de dureza del acero de las tuberías también tiene un impacto importante en el HIC. Para evitar el agrietamiento del acero inducido por hidrógeno, generalmente se cree que la dureza debe controlarse por debajo de HV265.

2.3 Soldabilidad del acero para tuberías

A medida que disminuye el equivalente de carbono del acero para tuberías, disminuye la susceptibilidad a las grietas inducidas por el hidrógeno en la soldadura, y disminuyen las medidas del proceso necesarias para evitar grietas, y la Calor de soldadura Se reduce el deterioro del rendimiento en la zona afectada. Sin embargo, dado que el acero de la tubería sufre una serie de complejos procesos físicos y químicos de desequilibrio durante la soldadura, puede causar defectos en la zona de soldadura o reducir el rendimiento de la junta. Los principales problemas son las grietas de la soldadura y la fragilización de la zona afectada por el calor de la soldadura. .

Debido a su bajo contenido de carbono, el acero para tuberías tiene una tendencia reducida al endurecimiento y una tendencia reducida al agrietamiento en frío. Sin embargo, a medida que aumenta el nivel de resistencia y el espesor de la placa, todavía existe una cierta tendencia al agrietamiento en frío. Durante la soldadura en sitio, a menudo se utilizan materiales de soldadura con alto contenido de hidrógeno, como electrodos de celulosa y alambres con núcleo fundente autoprotegidos. La energía de la línea es pequeña y la velocidad de enfriamiento es rápida, lo que aumenta la sensibilidad de las grietas en frío. Es necesario tomar medidas como soldadura, precalentamiento, etc.

La fragilización de la zona afectada por el calor de la soldadura es a menudo la causa fundamental de fracturas de tuberías y accidentes catastróficos. Hay dos áreas principales donde se produce fragilización local, a saber, la fragilización en el área de grano grueso de la zona afectada por el calor, que es causada por el crecimiento excesivo de granos en la zona sobrecalentada y la formación de estructuras deficientes durante múltiples. -En la soldadura de capas, el área de grano grueso se vuelve críticamente frágil, es decir, el área de grano grueso del cordón de soldadura anterior es causada por el recalentamiento del área de dos fases del cordón de soldadura posterior. Esto puede mejorar la tenacidad añadiendo una cierta cantidad de elementos de microaleación de Ti y Nb al acero y controlando la velocidad de enfriamiento posterior a la soldadura para obtener un t8/5 adecuado.

2.4 Tuberías de acero utilizadas en el Proyecto del Gasoducto Oeste-Este

Las tuberías de acero utilizadas en el Proyecto del Gasoducto Oeste-Este son de acero grado X70, con especificaciones de Φ1 016mm× 14,6 ~ 26,2 mm, entre los cuales los tubos soldados en espiral representan aproximadamente el 80%, los tubos soldados por arco sumergido con costura recta representan aproximadamente el 20% y el consumo de acero para tuberías es de aproximadamente 1,7 millones de toneladas.

Además de Nb, V y Ti, el acero para tuberías X70 también añade una pequeña cantidad de Ni, Cr, Cu y Mo, lo que retrasa la formación de ferrita a una temperatura más baja y favorece la formación de formas aciculares. Por lo tanto, el acero para tuberías X70 es esencialmente un acero para tuberías de alta resistencia y tenacidad tipo ferrita en forma de aguja. La composición química y las propiedades mecánicas de los tubos de acero se muestran en la Tabla 1 y la Tabla 2. Características de la soldadura in situ

Debido a que los campos de petróleo y gas descubiertos y explotados están ubicados en áreas remotas con duras condiciones geográficas, climáticas y geológicas, así como con pobres condiciones de apoyo social, trae muchas dificultades para la construcción, especialmente la baja temperatura que causa el mayor problema.

Al soldar en obra, utilizar una boquilla para montar las bocas de los tubos. Para mejorar la eficiencia, generalmente se colocan vigas de cimentación o montículos de tierra debajo de las aberturas de tubería alineadas y se inician los preparativos para el siguiente acoplamiento mientras se suelda la junta de acoplamiento anterior. Esto producirá un mayor estrés adicional. Al mismo tiempo, debido a la influencia de la expansión y contracción térmica de las tuberías de acero, es más probable que surjan problemas debido a la tensión adicional al llegar a callejones sin salida.

La posición de soldadura en el sitio es la unión a tope fija horizontal o inclinada de tuberías, incluida la soldadura plana, la soldadura vertical, la soldadura aérea, la soldadura horizontal y otras posiciones de soldadura. Por lo tanto, se plantean requisitos más altos y estrictos para las habilidades operativas de los soldadores.

La industria de tuberías actual requiere que las tuberías tengan presiones de entrega más altas y diámetros de tubería más grandes y que garanticen su operación segura. Para adaptarse al alto refuerzo y endurecimiento del acero de las tuberías, al aumento de los diámetros de las tuberías y al engrosamiento de las paredes de las tuberías, han surgido una variedad de métodos de soldadura, materiales de soldadura y procesos de soldadura.

Métodos de soldadura para la construcción de tuberías

La construcción por soldadura de tuberías en el extranjero ha experimentado el proceso de desarrollo de la soldadura manual y la soldadura automática. La soldadura manual consiste principalmente en soldadura descendente con electrodos de celulosa y soldadura descendente con electrodos de bajo contenido de hidrógeno. En términos de soldadura automática de tuberías, existe una máquina de soldadura a tope de tuberías desarrollada por la ex Unión Soviética, que soldó decenas de miles de kilómetros de tuberías de gran diámetro durante la ex Unión Soviética. Sus características distintivas son su alta eficiencia y su gran adaptabilidad al medio ambiente. El sistema de soldadura automática de tuberías con protección de gas de cabezales múltiples CRC desarrollado por la compañía estadounidense CRC consta de tres partes: una máquina biseladora de extremos de tubería, un sistema combinado de cerradora interna y máquina soldadora interna, y una máquina soldadora externa. Hasta ahora, la longitud acumulada de tuberías soldadas en todo el mundo ha superado los 34.000 kilómetros. Francia, la ex Unión Soviética y otros países también han investigado y aplicado tecnología de soldadura automática similar dentro y fuera de tuberías. Esta dirección técnica se ha convertido en la corriente principal de la tecnología de soldadura automática para tuberías de gran diámetro en el mundo actual.

La tecnología de soldadura circunferencial de tuberías de acero de mi país ha experimentado varios cambios importantes. En la década de 1970, se adoptaron los métodos de soldadura tradicionales y la tecnología de soldadura por arco manual con bajo contenido de hidrógeno. En la década de 1980, se adoptó la soldadura por arco manual. Se promovió la tecnología de soldadura hacia abajo con electrodos de celulosa y electrodos con bajo contenido de hidrógeno. En la década de 1990, se aplicó la tecnología de soldadura semiautomática con alambre con núcleo fundente autoprotegido. Hoy en día, se ha promovido por completo la tecnología de soldadura automática en todas las posiciones.

La soldadura por arco manual incluye la aplicación de electrodos de celulosa y electrodos de bajo hidrógeno. La tecnología de soldadura ascendente por arco manual fue el principal método de soldadura utilizado en la construcción de tuberías en mi país en el pasado. Se caracteriza por un gran espacio entre las boquillas. El método de operación de reposo del arco se utiliza durante el proceso de soldadura. La capa es grande y la eficiencia de la soldadura es baja. La soldadura por arco manual es una tecnología de soldadura introducida desde el extranjero en la década de 1980. Se caracteriza por un pequeño espacio entre las boquillas. El proceso de soldadura se completa mediante el uso de un método de operación de soldadura rápida, multicapa y de gran corriente. Adecuado para operaciones de flujo y soldadura. Mayor eficiencia. Dado que el espesor de cada capa de soldadura es delgado, la tenacidad de la unión soldada circunferencial se puede mejorar mediante el tratamiento térmico de la capa de soldadura trasera sobre la capa de soldadura frontal. El método de soldadura por arco manual es flexible, simple y adaptable. La combinación orgánica de los métodos de soldadura hacia abajo y hacia arriba y la buena adaptabilidad de la soldadura de raíz de los electrodos de celulosa no pueden reemplazarse por métodos de soldadura automática en muchas situaciones.

La tecnología de soldadura semiautomática de alambre tubular autoprotegido se ha aplicado a la construcción de tuberías desde la década de 1990 y se utiliza principalmente para relleno y recubrimiento. Se caracteriza por una alta eficiencia de deposición, buen conformado en todas las posiciones, gran adaptabilidad ambiental y fácil dominio por parte de los soldadores. Es un proceso de soldadura importante para la construcción de tuberías.

Con la mejora del grado de resistencia de los tubos de acero utilizados en la construcción de tuberías y el aumento del diámetro de la tubería y del espesor de la pared, la tecnología de soldadura automática ha comenzado a aplicarse gradualmente en la construcción de tuberías. La tecnología de soldadura automática de tuberías tiene un gran potencial en la aplicación de la construcción de tuberías de paredes gruesas y de gran diámetro debido a sus ventajas, como la alta eficiencia de la soldadura, la baja intensidad de mano de obra y el proceso de soldadura se ve menos afectado por factores humanos.

Sin embargo, la tecnología de soldadura automática de tuberías de mi país está en su infancia, el problema de la soldadura automática de raíces aún no se ha resuelto y las instalaciones de apoyo, como las máquinas formadoras de biseles de extremos de tuberías, aún no están maduras, lo que limita la aplicación a gran escala de la soldadura automática. tecnología. La solidificación a largo plazo del lodo de petróleo y el óxido en la tubería hace que el diámetro original de la tubería se reduzca;

La precipitación de lodo a largo plazo en la tubería produce gas de sulfuro de hidrógeno, lo que provoca contaminación ambiental y fácilmente provoca explosiones;

El hidrógeno en las aguas residuales Las sustancias ácidas y alcalinas corroen fácilmente la pared de la tubería; la eliminación irregular de materias extrañas en la tubería causa el bloqueo de la tubería. 1. Limpieza química: la limpieza química de las tuberías utiliza productos químicos para transformar temporalmente la tubería; , utilizando tuberías temporales y estaciones de bombeo de circulación. Realice una limpieza química cíclica desde ambos extremos de la tubería. Esta tecnología tiene las características de gran flexibilidad, sin requisitos en cuanto a la forma de la tubería, alta velocidad y limpieza profunda.

2. Limpieza con agua a alta presión: utilice chorros de agua a alta presión por encima de 50 Mpa para pelar y limpiar la suciedad de la superficie interior de la tubería. Esta tecnología se utiliza principalmente para tuberías de corta distancia y el diámetro de la tubería debe ser superior a 50 cm. Esta tecnología tiene las características de alta velocidad y bajo costo.

3. Pigging PIG: la tecnología de pigging industrial PIG se basa en la fuerza motriz generada por la bomba para empujar el fluido para impulsar el PIG (pipe pig) hacia adelante en la tubería y descargar la suciedad acumulada en la tubería. Fuera de la tubería, para lograr el propósito de limpieza. Esta tecnología se utiliza ampliamente en proyectos de limpieza como diversos oleoductos y gasoductos de proceso, especialmente para la limpieza de tuberías que transportan fluidos a largas distancias, tiene ventajas que otras tecnologías no pueden reemplazar.