لوله api چیست و چه کاربردی دارد؟

لوله api چیست؟ در مقالات پیشین به انواع لوله اشاره نموده ایم اما در این مقاله قصد داریم به لوله api بپردازیم، همانطور که می دانیم فولاد خط لوله معمولاً به صورت جوشکاری شده یا بدون درز و در محدوده اندازه بین 3 میلی متر (0.125 اینچ) قطر اسمی تا 1.42 متر (56 اینچ) قطر خارجی واقعی ساخته می گردد و اساساً جهت انتقال نفت و گاز به کار می رود. لوله انتقال تحت استاندارد API با مشخصات 5L و CSA ساخته شده و بر اساس حداقل استحکام تسلیم (برحسب ksi) نام گذاری می شود، در ادامه این مطلب به موارد ذیل بیشتر اشاره خواهیم نمود.

• آشنایی با لوله api در صنعت
• بررسی فولادهای API
• آشنایی با مزایا و کاربردهای  لوله API
• آشنایی با خواص مکانیکی فولادهای خط لوله
• آشنایی با جوشکاری فولادهای خط لوله

معرفی لوله api در صنعت

تغییرات زیادی در نحوه طراحی لوله های خطوط انتقال نفت و گاز به وجود آمده و تمایل به استفاده از لوله های قطورتر و با قابلیت تحمل فشارهای بالاتر افزایش یافته است تا بازدهی انتقال افزایش یابد. برای این منظور استفاده از فولادهایی با استحکام و تافنس بالا نیاز می باشد. مهمترین مساله در خطوط لوله انتقال نفت و گاز، انتقال حجم بیشتر در کوتاهترین زمان ممکن می باشد. به منظور برطرف کردن این نیاز، فولاد خط لوله api باید دارای استحکام و تافنس بالایی باشد.

بررسی فولادهای API

به دلیل پیشرفت مواد، توسعه زیادی در صنعت لوله سازی صورت گرفته است. مهمترین مساله در خطوط لوله انتقال نفت و گاز، انتقال حجم بیشتر در کوتاهترین زمان ممکن می باشد. به منظور برطرف کردن این نیاز؛ فولاد خط لوله api باید دارای استحکام و تافنس بالایی باشد.

در فرآیند جوشکاری این لوله ها، ابتدا ورق به صورت استوانه در آمده و درز طولی یا مارپیچ آن به وسیله یکی از فرآیندهای جوشکاری مقاومت الکتریکی، جوشکاری پیوسته، جوشکاری ذوبی و جوشکاری قوسی زیرپودری دو طرفه جوشکاری می شوند. خواص مکانیکی این فولادها به ترتیب در جداول زیر آورده شده است.

با توجه به افزایش روزافزون تقاضا برای نفت و گاز طبیعی به منظور مصارف شهری و صنعتی، انتقال کارآمد و موثر از مناطق تولید به محل مصرف نیازمند سازوکار پیچیده و گسترده ای است. علاوه بر این در بسیاری موارد، گاز طبیعی تولید شده نیازمند طی مسافت طولانی تا منطقه مصرف می باشد از این رو خط لوله api یک راه مناسب، اقتصادی و امن برای انتقال نفت و گاز طبیعی با فشار بالا می باشد و لازم است در طراحی، تولید، نصب و نگهداری لوله ها توجه ویژه ای صورت گیرد.

لوله های فولادی با قطر زیاد (حاوی گاز با فشار بالا بین 10 تا 15 مگاپاسکال) در سامانه انتقال بین شهری گاز به کار می روند. در چنین فشار کاری بالایی سازه باید از جهت ایمنی و بی نقص بودن در شرایط بسیار مطلوبی قرار داشته باشد. بدین منظور خواص مکانیکی مطلوب این دسته از فولادها مانند استحکام و چقرمگی از ملزومات اصلی طراحی و تولید لوله api می باشد. لذا در طی چندین دهه طراحی، لوله های انتقال به صورت فولادهای استحکام بالا و کم آلیاژ (HSLA) تولید می شوند. همچنین عملیات حرارتی دقیقی جهت ارتقا همزمان استحکام و چقرمگی در طول فرآیند نورد کنترل شده ترمومکانیکال (TMCR) انجام می گیرد.

فولادهای آلیاژی یا به عبارت دیگر فولادهای استحکام بالای کم آلیاژی در طی نیم قرن گذشته گسترش یافته اند و به طور گسترده در کاربردهایی نظیر کشتی سازی و ساخت لوله های قطور خطوط انتقال نفت و گاز به کار می روند. این فولادها اصولا همان فولادهای کربن – منگنزی هستند که با افزودن مقادیر کم عناصر میکروآلیاژی استحکام آن ها افزایش یافته است. مشخصات آن دسته از این فولادها که در ساخت لوله های انتقال نفت و گاز مورد استفاده قرار می گیرند توسط انستیتو نفت آمریکا استانداردسازی شده است. مقاومت تسلیم بالا، ازدیاد طول نسبی بالا، چقرمگی بالا و دمای انتقال شکست نرم به شکست ترد پایین از ویژگی های اصلی این فولادها است. علت استفاده از این فولادها هزینه تولید بالای فولادهای زنگ نزن و آلیاژی می باشد که به دلیل طولانی بودن خطوط لوله صرفه اقتصادی ندارد، از طرفی استفاده از فولادهای کربنی نیز به دلیل مقاومت به خوردگی ضعیف مناسب نیست.

این فولادها براساس حداقل استحکام تسلیم ( برحسب ksi) نام گذاری می شود و از جهات مختلفی مثل ریزساختار و حداقل استحکام تسلیم (SMYS) با هم تفاوت دارند. به طور کلی سری های بالاتر خط لوله مقادیر SMYS و چقرمگی پایینتری دارند. صنعت نفت و گاز در سال های گذشته، بیشتر از سری های پایین تر خط لوله مثل X-52 استفاده می کرد. با پیشرفت فناوری سری های بالاتر فولادهای خطوط لوله مثل X-65 و X-80 بیشتر مورد استفاده قرار گرفته اند. با این روند موجود حتی سری های بالاتر مثل X-100 نیز می توانند به زودی مورد استفاده وسیع این صنعت قرار گیرند. استفاده از سری های بالاتر خط لوله فولادی می تواند در کاهش هزینه شرکت ها تاثیر بسزایی داشته باشد زیرا خطوط فولادی سری های بالا در مقایسه با سری های پایین تر، توان تحمل فشار بیشتری را در حین کار دارند. با این وجود خطوط ذکر شده در بالا چقرمگی کمی داشته و ممکن است حساسیت بالایی نسبت به تردی هیدروژنی داشته باشند.

مزایا و کاربرد لوله API

قابلیت استفاده در خطوط طولانی نفت و گاز و آب به دلیل هزینه پایین

مقاومت به پیشرفت ترک در خطوط لوله

قابلیت استفاده در سیستم های ترش

لوله گاز API سپاهان

این محصول در شرکت سپاهان در دو نوع توکار و روکار تولید می گردد و برای مصارف خانگی تحت استانداردهای api 5l و ملی ISRI 3574 استفاده می شود. این لوله ها با برند ثبت شده مانیس گاز جایگزین لوله های مانیسمان برای لوله کشی های توکار شده است. لوله سپاهان در سایزهای 1.2 تا 6 اینچ و در انواع سبک و سنگین api تولید و روانه بازار مصرف می گردد و در حال حاضر با سایر برندهای خارجی در حال رقابت است.

خواص مکانیکی فولادهای خط لوله

امروزه تولیدکنندگان فولادهای خط لوله (لوله api) برای دستیابی به محصول بهتر و باکیفیت بالا به دنبال بالا بردن خلوص فولادهای تولیدی هستند. همچنین به خاطر بحث های اقتصادی کمتر از عناصر آلیاژی در ساخت این فولادها استفاده می شود. به همین جهت نحوه تولید این فولادها برای دستیابی به خواص مطلوب از اهمیت بالایی برخوردار است. از جمله پارامترهای مکانیکی مورد توجه در این فولادها استحکام تسلیم، استحکام نهایی، سختی؛ استحکام شکست و میزان انعطاف پذیری می باشد. هرچه درجه فولاد بالاتر رود استحکام کششی، استحکام تسلیم و سختی فولاد بالاتر می رود و از طرفی انعطاف پذیری و استحکام شکست کاهش می یابد. تنها راه افزایش استحکام در عین حفظ انعطاف پذیری ریز کردن اندازه دانه هاست که این امر در طی مراحل تولید به دست می آید.

جوشکاری فولادهای خط لوله (لوله api)

فرآیندهای جوشکاری مختلفی در تولید خط لوله مورد استفاده قرار می گیرد که معمول ترین آن ها جوشکاری مقاومتی (ERW) و جوشکاری زیرپودری (SRW) می باشد. معمولا لوله هایی که قطر کمتر از 24 اینچ دارند به وسیله فرآیندهای مقاومتی و لوله های بزرگ تر به وسیله فرآیند زیرپودری جوشکاری می شوند. روش جوشکاری لوله ها در محل نصب؛ فرآیند جوشکاری زیرپودری یا روش جوشکاری قوسی الکترود پوشش دار (SMAW) می باشد که در این روش از الکترودهایی با پوشش سلولزی استفاده می شود. نوع الکترود براساس استحکام فلز پایه و پاس جوشکاری انتخاب می شود. در جوشکاری خطوط لوله به دلایل زیر از جوشکاری چند پاسه استفاده می شود.

در جوشکاری چند پاسه چرخه حرارتی پاس بالاتر باعث اصلاح دانه پاس قبلی شده و چقرمگی شکست بهبود می یابد. همچنین پاس بالاتر اثر آنیل روی پاس قبلی داشته و باعث کاهش تنش باقی مانده در آن می شود.

حرارت ورودی در مجموع کاهش می یابد بنابراین رشد دانه ها کمتر خواهد بود.

پاس های قبلی اثر پیش گرم روی پاس های بعدی داشته که در اثر زمان سرد شدن بحرانی افزایش می یابد.

قبل از جوشکاری سطوح کاملا تمیزکاری می شوند زیرا هرگونه آلودگی ناشی از روغن، رنگ و پوشش منجر به ایجاد نقص در اتصال و افزایش هزینه تعمیرات خواهد شد. همچنین قبل از شروع جوشکاری باید از انتخاب صحیح الکترود که شامل قطر و طبقه بندی فولاد می شود اطمینان حاصل کرد. مواد مصرفی باید با استحکام لوله مطابقت داشته باشند.

زمانی که مقدار کربن و منگنز نزدیک به حداکثر مجاز طبق استاندارد API 5L باشد جوشکاری بدون ترک مخصوصا در هوای سرد دشوار است بنابراین در تولید لوله ها ( لوله api )به منظور افزایش جوش پذیری از کمترین مقدار کربن و منگنز استفاده می شود. اگر مقدار کربن و منگنز فولاد زیاد باشد کارهای زیر به منظور جلوگیری از تشکیل ترک انجام می شود.

آماده سازی اتصال و طرز قرار گیری لوله ها باید به دقت بررسی شود و انحراف از حالت ایده آل باید در کمترین مقدار تعریف شود.

لوله های سرد تا 21 درجه سانتی گراد پیشگرم شوند. دمای دقیق پیشگرم به نوع فولاد لوله بستگی دارد مثلا برای لوله های X-80 پیشگرم تا دمای 177 درجه سانتی گراد بلامانع است.

گیره های نگه دارنده تا زمانی که پاس ریش کامل نشده است نباید جدا شوند چرا که تنش های ناشی از جداسازی آن موجب ایجاد ترک می شود.

خارج کردن سریع الکترود زمانی که یک الکترود در پاس ریشه تمام می شود. بیرون کشیدن سریع الکترود از بزرگ شدن سوراخ کلیدی جلوگیری می کند و شروع دوباره جوشکاری آسان است.

شروع و تکمیل پاس داغ بلافاصله پس از اتمام پاس ریشه انجام شود. گرادیان دمایی زیاد باعث افزایش تنش و تشکیل ترک می شود.

اگر دمای اتصال لوله به زیر دمای تعیین شده کاهش یابد باید اتصال بازگرم شود.

پیشگرم و کنترل دمای پاسی جهت دستیابی به خواص مکانیکی مطلوب و جلوگیری از رشد ترک پیشنهاد می شود. این کار مخصوصا در جوشکاری چند پاسه و جوشکاری لوله های ضخیم اهمیت زیادی پیدا می کند. شرایط کاری، کدهای استاندارد API، گرید فولاد و سایر

ملاحظات برای کنترل دمای بین پاسی و دمای پیشگرم در نظر گرفته می شود.

امیدوارم این مقاله برای شما مفید بوده باشد، جهت مشاهده و استفاده از بخش های مختلف سایت فولاد۲۴می توانید .به لینک های زیر مراجعه فرمایید:

• لیست تامین کنندگان لوله 
• لیست صورت بار لوله
• لیست درخواست خرید، خریداران و مصرف کنندگان لوله