Công nghệ hàn đường ống khí đốt tự nhiên
Giới thiệu
Đường ống dẫn khí đốt tự nhiên đóng một vai trò quan trọng trong việc vận chuyển một cách an toàn khối lượng lớn nguồn năng lượng quan trọng này trên một khoảng cách dài từ lĩnh vực sản xuất đến người tiêu dùng. Là cơ sở hạ tầng thiết yếu, đường ống dẫn khí đòi hỏi thiết kế và xây dựng phức tạp để chịu được áp lực lên đến 1400 psi trong nhiều thập kỷ. Tuy nhiên, một trong những hoạt động quan trọng nhất nhưng phức tạp nhất là hàn – quá trình nối các ống lại với nhau một cách liền mạch, thời trang kín khí. Báo cáo toàn diện này xem xét các công nghệ và phương pháp hàn khác nhau được sử dụng trong đường ống dẫn khí đốt tự nhiên, khám phá những lợi thế/hạn chế của họ, khía cạnh kiểm soát chất lượng, và triển vọng trong tương lai để đảm bảo vận chuyển nhiên liệu sạch đáng tin cậy trong tương lai.
Quy trình hàn
Một loạt các quy trình hàn đã được phát triển và áp dụng trong ngành công nghiệp đường ống khí đốt tự nhiên. Phổ biến nhất bao gồm:
Hàn hồ quang kim loại được bảo vệ (SMAW): Quy trình thủ công sử dụng điện cực tiêu hao trong khí bảo vệ để tạo mối hàn. Được sử dụng cho dây chuyền thu gom đường kính nhỏ nhưng tốn nhiều công sức. Có xu hướng tạo ra lượng tạp chất xỉ cao hơn.
Hàn hồ quang kim loại khí (GMAW): Quy trình bán tự động sử dụng nguồn cấp dây liên tục và khí bảo vệ. Hoạt động ở tốc độ lắng đọng cao, rất phù hợp cho đường ống có đường kính lớn hơn. Yêu cầu ít kỹ năng vận hành hơn nhưng chất lượng phụ thuộc vào vô số biến số.
Hàn hồ quang lõi thuốc (FCAW): Tương tự như GMAW nhưng sử dụng điện cực đặc biệt chứa chất trợ dung dạng bột. Biến thể tự bảo vệ (FCAW-G) cung cấp sự thâm nhập tốt ở mọi vị trí. Dễ bị lỗi thiếu nhiệt hạch nếu các thông số không được tối ưu hóa.
Hàn hồ quang chìm (CÁI CƯA): Quy trình tự động có năng suất cao sử dụng chất trợ dung dạng hạt làm tan chảy và che chắn vũng hàn. Phương pháp cơ bản cho các mối hàn chu vi đường trục có đường kính lớn. Chịu được các điều kiện kém lý tưởng nhưng tạo ra nhiều xỉ dư hơn.
Hàn điện (TRỨNG): Quy trình độc đáo sử dụng hồ quang và khí bảo vệ tốc độ cao bổ sung để mang lại chất lượng mối hàn vượt trội. Được sử dụng khi các ứng dụng quan trọng đòi hỏi độ bền cao nhất và ít khiếm khuyết nhất. Tương đối mới với chi phí vốn cao hơn.
Mỗi quy trình đánh đổi năng suất để lấy chất lượng, và việc đáp ứng các tiêu chuẩn kiểm tra đường ống khí đốt tự nhiên đòi hỏi phải có trình độ quy trình tối ưu. Nghiên cứu đang tiến hành khám phá các biến thể tiên tiến như GMAW dòng điện xung để có mối hàn mượt mà hơn nữa.
Quy trình hàn và vật tư tiêu hao
Việc phát triển các quy trình hàn tiêu chuẩn hóa bao gồm các thông số xác định một cách có phương pháp như dòng điện, điện áp, tốc độ cấp dây, thành phần khí bảo vệ, và theo dõi hiệu suất của máy/người vận hành. Các mã chính như CSA Z662 và ASME B31.8 cung cấp hướng dẫn, trong khi các nhà khai thác đường ống riêng lẻ tiếp tục tinh chỉnh các thông số kỹ thuật nội bộ.
Vật liệu hàn cũng phải trải qua quá trình kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt để kiểm tra các tính chất cơ học và khả năng chống giòn hydro trong phạm vi hoạt động rộng từ nhiệt độ sâu dưới 0 đến nhiệt độ gần tới hạn.. Kim loại phụ được phê duyệt bao gồm:
- Dây lõi từ thông được bảo vệ bằng khí để cải thiện tốc độ lắng đọng ở tất cả các vị trí
- Điện cực hydro thấp để giảm thiểu độ xốp của kim loại mối hàn và khả năng bị nứt
- Dây hợp kim niken dùng cho khí chua hoặc các ứng dụng áp suất cao đạt đến cường độ năng suất tối thiểu được chỉ định
Khả năng truy xuất nguồn gốc nghiêm ngặt đảm bảo mỗi lô nhiệt đáp ứng các mục tiêu về tác động và thành phần hóa học được quy định trong tiêu chuẩn chấp nhận. Tổng thể, quy trình mạnh mẽ và trình độ chuyên môn tiêu hao củng cố độ tin cậy của hàn.
Biến hàn và điều khiển
trong lĩnh vực này, nhiều biến số ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn mà người vận hành liên tục theo dõi và kiểm soát. Điều tối quan trọng là sự phù hợp chung, với kích thước khe hở chân răng thích hợp và kỹ thuật chuẩn bị bề mặt chân răng góp phần rất lớn vào mối hàn chắc chắn. Yêu cầu thanh lọc ngược đối với các quy trình được bảo vệ bằng khí cũng làm giảm độ xốp. Kiểm soát cũng có nghĩa là:
- Kiểm soát nhiệt độ nghiêm ngặt trong quá trình hàn nhiều lượt để ngăn ngừa vết nứt do hydro hỗ trợ
- Phương pháp làm sạch xen kẽ giữa các lớp như chải dây, mài để loại bỏ xỉ
- Độ chính xác của việc chuẩn bị góc xiên ở đầu ống để tạo ra sự xuyên thấu hoàn toàn của mối nối
- Bảo vệ độ tinh khiết và tốc độ dòng khí
- Điện áp, hiện tại và khách du lịch’ điều chỉnh tốc độ do khó khăn trong việc lắp khớp
Trên đường ống hiện đại, Máy GMAW/FCAW tự động và bán tự động kết hợp các vòng cảm biến/phản hồi mở rộng để duy trì tính nhất quán của thông số giữa các đường ống. Điều này hỗ trợ trong việc đạt được một khả năng tái sản xuất 95%+ mức chất lượng trên hàng trăm mối hàn chu vi.
Kiểm soát chất lượng hàn
Với những rủi ro liên quan đến sự cố đường ống dẫn khí, xác minh tính toàn vẹn của mối hàn thể hiện chức năng kiểm soát chất lượng quan trọng. Người vận hành sử dụng phương pháp tiếp cận nhiều giai đoạn kết hợp các thử nghiệm không phá hủy và phá hủy:
- Kiểm tra trực quan kiểm tra bề mặt mối hàn và giao diện để phát hiện các khuyết tật
- Thử nghiệm thẩm thấu thuốc nhuộm của rễ và bước cuối cùng đánh giá độ xốp liên kết bề mặt
- Kiểm tra siêu âm để kiểm tra các khuyết tật dạng lớp, thiếu sự hợp nhất, và vết nứt
- Kiểm tra chụp ảnh phóng xạ phát hiện các khuyết tật dưới bề mặt
- Các đối tượng thử nghiệm thủy lực hàn với áp suất cao hơn mức hoạt động để gây ra sự cố
- Các mẫu phá hủy kiểm tra độ bền kéo xác minh cường độ tối thiểu vượt quá mã
- Macroetching kiểm tra các đặc tính nhiệt hạch dưới kính hiển vi
Dữ liệu từ các kỹ thuật này cho biết các hành động khắc phục, dẫn tới việc sàng lọc quy trình liên tục, và giúp xác nhận các mối nối hàn tổng hợp đường dây chính mới. các kỹ thuật mới nổi như UT mảng pha và chụp X quang kỹ thuật số cũng cải thiện độ nhạy và tự động hóa. Tổng thể, văn hóa đảm bảo chất lượng nghiêm ngặt đảm bảo các đường ống dẫn khí đốt tự nhiên hoàn thành vai trò quan trọng của chúng một cách an toàn trong nhiều thập kỷ tới.
Triển vọng tương lai
Trong khi đường ống vẫn là phương pháp hiệu quả nhất để vận chuyển khí đốt tự nhiên số lượng lớn, nghiên cứu khám phá những biên giới mới để tăng cường cơ sở hạ tầng năng lượng quan trọng này. Các lĩnh vực thu hút tập trung bao gồm:
- Thép cường độ cao mới từ hợp kim vi mô và carbon thấp có đường kính nhỏ hơn và áp suất thiết kế nâng cao
- Nền tảng hàn tự động và robot tiên tiến để triển khai ở vùng nước sâu hơn và sửa chữa hiện trường từ xa
- Phát triển ống composite nhôm và nhựa chống giòn hydro
- Các kỹ thuật không phá hủy mới như giám sát phát xạ âm thanh và sóng siêu âm dẫn đường
- Giám sát mối hàn kỹ thuật số theo thời gian thực kết hợp với điều khiển vòng kín để loại bỏ khuyết tật
- Đồng hồ đo kiểm tra tự động trong mương được đẩy bên trong thông qua áp suất khí
- Mở rộng các kỹ thuật siêu hợp kim và nối kim loại khác nhau cho các trạm quan trọng
Sự phát triển không ngừng của công nghệ hàn, chiến lược kiểm tra và vật liệu sẽ giúp các đường ống khí đốt tự nhiên đáp ứng an toàn nhu cầu năng lượng của thế kỷ 21 cho các thành phố, các ngành công nghiệp và nhà ở trên khắp các châu lục. Quy định chặt chẽ, đào tạo, và sự hợp tác giữa các ngành duy trì sự tiến bộ này.
Phần kết luận
Là phương pháp xây dựng chính nối hàng trăm dặm cơ sở hạ tầng ống thép vận chuyển nhiên liệu quan trọng, Hàn là công nghệ nền tảng trong ngành công nghiệp đường ống khí đốt tự nhiên. Tuy nhiên, việc thực hiện lặp lại và đáng tin cậy của nó đòi hỏi sự tiêu chuẩn hóa siêng năng, điều khiển, và các biện pháp đảm bảo chất lượng. Báo cáo này cung cấp một cái nhìn tổng quan toàn diện về các quy trình hàn chính, biến quan trọng, các quy trình thử nghiệm và các lĩnh vực cải tiến tạo thành nền tảng để các đường ống này chịu đựng được các nhiệm vụ nguy hiểm trong nhiều thập kỷ. Tiếp tục hợp tác giữa các ngành sẽ tăng cường khả năng hàn để hỗ trợ nhu cầu năng lượng sạch của ngày mai.
Ống thép đen và ống thép mạ kẽm đều là những loại ống thép được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, và sự khác biệt chính của chúng nằm ở lớp phủ và khả năng chống gỉ và ăn mòn.
Một khó khăn, lớp phủ trên cùng có độ bền cơ học cao cho tất cả các lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn đường ống epoxy liên kết nhiệt hạch. Nó được áp dụng cho lớp phủ nền để tạo thành một lớp bên ngoài cứng cáp có khả năng chống lại các vết khoét, sự va chạm, mài mòn và thâm nhập. thép abter được thiết kế đặc biệt để bảo vệ lớp phủ ăn mòn chính khỏi bị hư hại trong các ứng dụng khoan định hướng đường ống, chán, vượt sông và lắp đặt ở địa hình gồ ghề.
Bảng so sánh tiêu chuẩn ống thép DIN Nhật Bản GB Nhật Bản JIS American ASTM Đức hoàn toàn mới
Trong các ứng dụng công nghiệp và dân dụng, thường xuyên cần phải nối các loại kim loại khác nhau. Các kết nối này có thể là giữa thép không gỉ và thép cacbon, hai trong số những vật liệu được sử dụng phổ biến nhất trong hệ thống đường ống. Bài viết này sẽ hướng dẫn bạn quy trình kết nối ống thép không gỉ với phụ kiện ống thép carbon, những thách thức liên quan, và cách vượt qua chúng.
Dựa trên những thông tin được cung cấp, ASME B 36.10 và B 36.19 tiêu chuẩn xác định kích thước và trọng lượng của ống thép hàn và liền mạch. Các tiêu chuẩn này cung cấp hướng dẫn cho việc sản xuất và lắp đặt ống thép trong các ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm cả dầu khí, hóa dầu, và phát điện. ASME B 36.10 quy định kích thước và trọng lượng của ống thép rèn hàn và liền mạch. Nó bao gồm các đường ống từ NPS 1/8 (DN 6) thông qua NPS 80 (DN 2000) và bao gồm các độ dày và lịch trình tường khác nhau. Kích thước bao gồm đường kính ngoài, độ dày của tường, và trọng lượng trên một đơn vị chiều dài.
Ống thép carbon và ống thép đen thường được sử dụng thay thế cho nhau, nhưng có một số khác biệt chính giữa hai. Thành phần: Ống thép carbon được tạo thành từ carbon là nguyên tố hợp kim chính, cùng với các nguyên tố khác như mangan, silic, và đôi khi đồng. Thành phần này mang lại cho ống thép carbon sức mạnh và độ bền. Mặt khác, Ống thép đen là loại ống thép carbon chưa trải qua quá trình xử lý hoặc phủ bề mặt bổ sung nào. Hoàn thiện bề mặt: Sự khác biệt rõ ràng nhất giữa ống thép cacbon và ống thép đen là bề mặt hoàn thiện.. Ống thép carbon có màu tối, lớp phủ oxit sắt gọi là quy mô nhà máy, hình thành trong quá trình sản xuất. Quy mô nhà máy này mang lại cho ống thép cacbon vẻ ngoài màu đen. Ngược lại, ống thép đen có một đồng bằng, bề mặt không tráng phủ. Chống ăn mòn: Ống thép carbon dễ bị ăn mòn do hàm lượng sắt. Tuy nhiên, lớp phủ cặn nhà máy trên ống thép carbon cung cấp một số mức độ bảo vệ chống ăn mòn, đặc biệt là trong môi trường trong nhà hoặc khô ráo. Mặt khác, ống thép đen dễ bị ăn mòn hơn vì nó không có lớp phủ bảo vệ. Vì thế, ống thép đen không được khuyến khích sử dụng ở những khu vực tiếp xúc với độ ẩm hoặc các yếu tố ăn mòn.
