ما لا تخبرك به الكتب عن الأنابيب الفولاذية: ملاحظات مهندس ميداني

هل سبق لك أن التقطت قطعة من الأنابيب وتساءلت من أين أتت؟? لا أقصد الطاحونة. أقصد القصة كلها. خام في الأرض. الفرن الانفجار. الطاحونة. اللحام الذي ركض هذا التماس في 2 صباحا يوم الثلاثاء. المفتش الذي اجتازها. سائق الشاحنة الذي نقلها. الخندق الذي يكمن فيه الآن.

لقد كنت حول الأنابيب لمدة اثنين وثلاثين عامًا. بدأ كعامل ضمن طاقم خط أنابيب في غرب تكساس, رمي المخدر على المفاصل في حرارة مائة درجة. عملت طريقي إلى المفتش, ثم مهندس, ثم الرجل الذي يتصلون به عندما تسوء الأمور. لقد رأيت الأنابيب من كل زاوية. داخل, الخارج, تحت التراب, تحت الماء, ومرة واحدة, للأسف, تحلق في الهواء بعد ترك محطة الضاغط.

هذا ليس كتابا مدرسيا. تخبرك الكتب المدرسية بما يجب أن يحدث. سأخبرك بما يفعله بالفعل.

---

مشكلة التسمية: DN, التطوير التنظيمي, هوية شخصية, ولماذا لا يمكن لأحد أن يوافق

أول وظيفة خارج المدرسة, أنا أقف في ساحة الإمدادات في لويزيانا. رئيس العمال يسلمني القائمة ويقول “اذهب وأحضر لي خمسين قدمًا بطول أربع بوصات.” بسيطة بما فيه الكفاية, يمين?

أعود ومعي خمسون قدمًا من الأنابيب التي يبلغ قطرها الداخلي أربع بوصات. ينظر إلي وكأنني أحمق. “هذا ليس أنبوبًا بحجم أربع بوصات,” يقول. “هذا أنبوب بحجم ستة بوصات بجدران سميكة.”

استغرق مني ساعة لمعرفة ما يعنيه. الأنبوب ذو الأربع بوصات لا يقيس أي شيء بأربع بوصات. إنها اسمية بأربع بوصات. مما يعني شيئًا مختلفًا تمامًا اعتمادًا على من صنعه ومتى.

الجدول 1: ماذا “أربع بوصات” في الواقع يعني

انظر ماذا أعني? أربع بوصات هي ما تقوله الشركة المصنعة.

هذه هي القاعدة التي تعلمتها: لأنابيب الصلب, اتبع دائمًا OD وسمك الجدار. الأحجام الاسمية هي مجرد اختصار, والاختصار يوقع الناس في المشاكل.

صيغة 1: ما تحتاج إلى معرفته في الواقع

المعرف =OF−(2× ر)المعرف =OF−(2× ر)

أين:

• هوية شخصيةهوية شخصية = القطر الداخلي (ملم أو بوصة)
• التطوير التنظيميالتطوير التنظيمي = القطر الخارجي (ملم أو بوصة)
• tt = سمك الجدار (ملم أو بوصة)

بسيط, يمين? سوف تتفاجأ بعدد الأشخاص الذين يفسدون هذا الأمر.

كان لدي مهندس شاب يعمل في ولاية بنسلفانيا قبل بضع سنوات. لقد طلب الصمامات على أساس الحجم الاسمي. كان الأنبوب جدولًا بقياس 6 بوصات 40. ظهرت الصمامات بفلنجات مقاس 6 بوصات. ولكن هذا هو الشيء – الجدول الزمني 40 6-أنبوب بوصة لديه OD 6.625 بوصة. كانت الصمامات مملة لأنبوب مقاس 6 بوصات, الذي كان ينبغي أن يكون 6.625. لكن الشركة المصنعة تستخدم 6.000 مثل قطر التجويف. الصمامات لن تناسب. مواد بقيمة عشرين ألف دولار, متأخرا ثلاثة أسابيع, وعميل غير سعيد للغاية.

تحقق دائمًا من التطوير التنظيمي. دائماً.

---

العائلتان: قصة اثنين من الأنابيب

هذا شيء لا يعلمونه في المدرسة. تأتي الأنابيب الفولاذية في عائلتين, وهم لا يلعبون بشكل لطيف معًا.

العائلة الكبيرة (ايبسكو)

وهذا ما يستخدمه معظم العالم. OD كبير لحجم اسمي معين. الأنبوب مقاس 12 بوصة في هذه العائلة يبلغ 323.8 ملم OD. هذا 12.75 بوصة بالنسبة لك المعاقل الإمبراطورية.

العائلة الصغيرة (متري)

وهذا هو ما يحدث عندما يقرر الأوروبيون أن يكونوا منطقيين. الأنبوب مقاس 12 بوصة هنا هو 300 مم OD. هذا 11.8 بوصة.

ضعهم معًا وماذا تحصل? الشفاه التي لا تصطف. الحشيات التي لا تغلق. التجهيزات التي لا تناسب.

الجدول 2: العائلتان – الأحجام المشتركة

*بعض الأحجام متطابقة. معظمهم لا يفعلون ذلك. تحقق دائما.

لقد تعلمت هذا بالطريقة الصعبة في تايلاند, 2005. كنا نربط منشأة معالجة جديدة بخط أنابيب موجود. كان الخط الحالي بالمواصفات الأوروبية, عائلة صغيرة. تم بناء المنشأة الجديدة وفقًا للمعايير الأمريكية, عائلة كبيرة. لم يمسك به أحد حتى حاولنا إجراء الاتصال. كانت الشفاه متباعدة بمقدار 6 مم عند فتحات المسامير.

لقد أنفقنا أسبوعين وربع مليون دولار على المحولات المخصصة. العميل لم يكن سعيدا. ولم أكن أنا.

---

لعبة سمك الجدار: لماذا يهم الجدول الزمني

هل تساءلت يومًا لماذا تأتي الأنابيب بسماكات مختلفة لنفس القطر؟? سأخبرك. الضغط.

صيغة 2: صيغة بارلو (المعادلة الأكثر أهمية في الأنابيب)

P=2×S×tODف=OD2×S×t​

أين:

• PP = انفجار الضغط (رطل لكل بوصة مربعة)
• SS = قوة إنتاجية المادة (رطل لكل بوصة مربعة)
• tt = سمك الجدار (بوصة)
• التطوير التنظيميالتطوير التنظيمي = القطر الخارجي (بوصة)

هذه هي المعادلة التي تمنع الأنابيب من الانفجار. مضاعفة سمك الجدار, مضاعفة تصنيف الضغط. بسيط.

ولكن هنا يصبح الأمر معقدًا. أرقام الجدول الزمني.

الجدول 3: الجداول المشتركة للأنابيب 6 بوصة (168.3مم التطوير التنظيمي)

رقم الجدول الزمني نفسه? إنها تقريبًا 1000×P/S1000×ف/س, حيث P هو ضغط العمل و S هو الإجهاد المسموح به. لكن بصراحة, لا أحد يستخدم ذلك. نحن نعرف فقط أن الجدول الزمني 40 هو المعيار, جدول 80 ثقيل, والجدول الزمني 10 خفيف.

عملت في وظيفة في خليج المكسيك حيث طلب أحدهم الجدول الزمني 10 لخط الغاز عالي الضغط. اعتقدوا أنهم كانوا ينقذون الوزن. الوزن المحفوظ, حسنًا. حتى ينكسر الأنبوب أثناء الاختبار المائي. محظوظ لم يكن هناك أحد يقف في مكان قريب.

---

مشكلة الوزن: لماذا تحتاج إلى معرفة مقدار وزن الأنابيب

هل سبق لك أن حاولت رفع مفصل بطول 40 قدمًا بجدول 24 بوصة 60? أملك. يزن حوالي 12,000 جنيه. هذا ستة أطنان. الرافعة الخاصة بك تحتاج إلى معرفة ذلك. حبال الرفع الخاصة بك بحاجة إلى معرفة ذلك. يحتاج شريط الموزعة الخاص بك إلى معرفة ذلك.

صيغة 3: حساب وزن الأنابيب

ث = 0.02466 × ر ×(التطوير التنظيمي-ر)× لث = 0.02466 × ر ×(التطوير التنظيمي-ر)× ل

أين:

• WW = الوزن (كجم)
• tt = سمك الجدار (مم)
• التطوير التنظيميالتطوير التنظيمي = القطر الخارجي (مم)
• LL = الطول (m)

أو من أجلكم أيها الإمبراطوريون:
العرض=10.69×طن×(التطوير التنظيمي-ر)× لالعرض=10.69×طن×(التطوير التنظيمي-ر)× ل
حيث t وOD بالبوصة, ل في القدمين, دبليو بالجنيه.

الجدول 4: الوزن لكل قدم للأحجام الشائعة (جدول 40)

هذه قصة. داكوتا الشمالية, 2014, شتاء. نحن نقوم بربط الأنابيب لخط غاز مقاس 20 بوصة. تظهر الشاحنة محملة بحمولة من المفاصل. رئيس العمال ينظر إلى أوراق الشحن, ينظر إلى الأنبوب, ينظر إلى الأوراق. “هذا لا يبدو صحيحا,” يقول.

أنا أقوم بالحسابات في رأسي. تقول الورقة الجدول الزمني 40, 20-بوصة. هذا 62 جنيه لكل قدم. كل مشترك هو 80 قدم. هذا 5,000 جنيه لكل مشترك.

أنا أمسك شريط قياس. قياس الجدار. إنه 0.375 بوصة. هذا هو الجدول الزمني 30. الوزن هو 53 جنيه لكل قدم. فرق 9 جنيه لكل قدم, 720 جنيه لكل مشترك.

أرسلت الطاحونة الأنبوب الخطأ. سيكون جيدًا للضغط – الجدول الزمني 30 لا يزال يفي بالمواصفات. لكن المقاول كان قد وضع بالفعل خطة الرفع الخاصة به بناءً على الوزن الأثقل. تم تصنيف رافعاتهم لـ 5,000 جنيه لكل اختيار. مع الأنابيب أخف وزنا, كان بإمكانهم اختيار مفصلين في وقت واحد. مضاعفة الإنتاجية. لكنهم لم يعرفوا حتى تحققت.

تحقق دائما. لا تثق أبدًا بالأوراق.

---

سر العلامات: ماذا تعني هذه الأرقام في الواقع

تنظر إلى قطعة من الأنابيب وترى مجموعة من الطوابع. ماذا يقصدون? اسمحوا لي أن فك تشفير واحد بالنسبة لك.

مثال: أبي 5L X52 PSL2 12″ SCH 40 فدان 12345 12-21

• API 5L = مواصفات معهد البترول الأمريكي لأنابيب الخطوط
• X52 = الحد الأدنى لقوة الخضوع 52,000 رطل لكل بوصة مربعة
• PSL2 = مستوى مواصفات المنتج 2 (التسامح أكثر صرامة, المزيد من الاختبارات)
• 12″ = الحجم الاسمي (ولكن تذكر, هذا 12.75″ التطوير التنظيمي)
• SCH 40 = سمك الجدار (0.406″ لمدة 12 بوصة)
• المتفجرات من مخلفات الحرب = المقاومة الكهربائية الملحومة (كيف يتم صنعه)
• 12345 = رقم الحرارة (للتتبع)
• 12-21 = ديسمبر 2021 (تاريخ التصنيع)

الجدول 5: مواصفات الأنابيب المشتركة

كانت لدي وظيفة في ألبرتا حيث حدد العميل A106 لتطبيق درجات الحرارة المنخفضة. تصميم ناقص أربعين. A106 جيد في درجة حرارة الغرفة. عند ناقص الأربعين, إنها هشة كالزجاج. كان ينبغي أن يكون A333. لم يكن الأنبوب قد تم تركيبه بعد، فقد تم تركيبه في الفناء. أنقذتهم من فشل ذريع.

تعرف على المواصفات الخاصة بك. تعرف على درجات الحرارة لديك. اعرف ضغوطك.

---

مشكلة الاتصال: كيف ينضم الأنابيب

الأنبوب في حد ذاته مجرد أنبوب طويل. عديمة الفائدة حتى تقوم بتوصيله بشيء ما. وإليك كيف يحدث ذلك.

اتصالات مترابطة

أنبوب صغير, ضغط منخفض, ليست حرجة للغاية. 2-بوصة وتحت, في الغالب. قمت بقطع المواضيع في النهاية, المسمار على المناسب, ربما أضف بعض المخدر أو الشريط.

صيغة 4: مشاركة الموضوع

L2=0.8×DL2​=0.8×D

قاعدة تقريبية: يجب أن يكون طول الخطوبة حوالي 80% من القطر. لأنابيب 2 بوصة, هذا على وشك 1.6 بوصة من مشاركة الخيط.

رأيت فشل اتصال ملولب في نظام المياه في فلوريدا. لم يقم شخص ما بالمشاركة بما يكفي من المواضيع. فقط عدد قليل من المنعطفات. عندما ضغطوا, انفجر التركيب. أخرجت لوحة التحكم. تكلف خمسين ألفًا من الضرر.

اتصالات ملحومة

هذا هو المكان الذي كانت فيه معظم مسيرتي المهنية. أنت تلحم الأنابيب معًا. يبدو بسيطا. ليست كذلك.

الجدول 6: أنواع اللحام الشائعة للأنابيب

المفتاح مع اللحام مناسب. إذا كانت نهايات الأنابيب الخاصة بك لا تصطف, سوف يفشل اللحام الخاص بك. لا يهمني مدى جودة اللحام.

صيغة 5: اختلال المسموح به

ماكس = 0.1 × رMmax​=0.1×t أو 1/16″1/16″, أيهما أصغر

لجدار 0.5 بوصة, هذا 0.05 بوصة. حول سمك بطاقة الائتمان.

لقد شاهدت عامل لحام في تكساس يحاول لحام أنبوب مقاس 24 بوصة مع محاذاة غير صحيحة مقاس 3/16 بوصة. حجته: “سأملأه فقط بمعدن اللحام.” لا. هذا هو الناهض التوتر. هذا صدع في انتظار أن يحدث. وهذا فشل في خمس سنوات بدلاً من خمسين.

لقد قطعناها وقمنا بذلك. لم يكن سعيدا. لكن الأنبوب لم يفشل.

اتصالات ذات حواف

أنبوب كبير, الضغط العالي, أو عندما تحتاج إلى تفكيك الأشياء. لقد قمت بلحام شفة على كل طرف, اربطهم معًا بحشية بينهما.

الجدول 7: تقييمات ضغط شفة

هذا هو الشيء المتعلق بالفلنجات: الحشية مهمة أكثر من أي شيء آخر. مادة طوقا خاطئة? تسريب. عزم دوران الترباس خاطئ? تسريب. الأوساخ على سطح الختم? تسريب.

قضيت ثلاثة أيام على منصة بحرية في بحر الشمال أطارد تسربًا في الحافة. استبدلت الحشية مرتين. فحص البراغي. التحقق من المحاذاة. لا يزال تسربت.

أخيراً, ركضت إصبعي على طول وجه الشفة. شعرت بخدش صغير. ربما 0.002 بوصة عميقة. ولكن عبر سطح الختم بأكمله, كان كافيا. لقد لفنا الشفة, حشية جديدة, عزم الدوران للمواصفات. لا تسرب.

الشيطان يكمن في التفاصيل.

---

أوضاع الفشل: كيف يموت الأنابيب

الأنابيب لا تدوم إلى الأبد. وإليك كيف ستسير الأمور.

تآكل

هذا هو الشيء الكبير. الصدأ. يأكل الأنابيب من الداخل إلى الخارج, خارج في, أو كليهما.

صيغة 6: بدل التآكل

trequired=tpressure+tcorrosionمطلوب​=tضغط​+tتآكل​

الممارسة القياسية: يضيف 1/16 بوصة (1.6مم) للتآكل. أكثر إذا كان السائل سيئًا.

لقد فتشت خط غاز في غرب تكساس كان في الخدمة لمدة أربعين عامًا. كان الجدار الأصلي 0.250 بوصة. قمنا بقياسه عند 0.185. ضائع 65 الألف للتآكل. هذا 0.0016 بوصة في السنة. الحق في الموعد المحدد.

ولكن هنا هو المخيف. خط في خليج المكسيك, خدمة تعكر, 5% كبريتيد الهيدروجين. وكانت خسارة الجدار 0.010 بوصة في السنة. خمس مرات أسرع مما كان متوقعا. لماذا? البكتيريا. أدت البكتيريا التي تقلل الكبريتات في الماء إلى جعل التآكل أسوأ. لا أحد نموذج ذلك.

تعب

انحناءات الأنابيب, دورات الإجهاد, تنمو الشقوق. مؤخراً, فشل.

صيغة 7: حياة التعب (مبسط)

ن=ج×(س)-من=ج×(س)-م

حيث N هي دورات الفشل, Δσ هو نطاق الإجهاد, C و m ثوابت مادية.

لأنابيب الصلب, م على وشك 3. مضاعفة نطاق التوتر, وينخفض ​​عمر التعب بعامل 8.

رأيت هذا في محطة ضاغط في ولاية بنسلفانيا. كان الأنبوب يهتز. اهتزازات صغيرة, ربما 0.1 السعة بوصة. لكن 60 مرات في الثانية الواحدة. هذا 5 مليون دورة في اليوم. بعد ستة أشهر, ظهرت الشقوق. بعد ثمانية أشهر, تسرب.

لقد قمنا بإصلاحه عن طريق إضافة الدعم. تغير التردد الطبيعي. توقفت عن الاهتزاز. لكن الصدع كان موجودا بالفعل.

الأضرار الميكانيكية

شخص ما يضرب الأنبوب بحفارة. تسقط عليه صخرة. شاحنة تمر فوقه. الخدوش, الحفر, الخدوش.

صيغة 8: شدة دنت

دنت٪ = قطر العمق × 100دنت٪ = عمق القطر × 100

إذا عمق دنت > 2% من القطر, لديك مشكلة. لأنابيب 30 بوصة, هذا 0.6 بوصة. أي شيء أعمق من ذلك, تحتاج إلى التحقيق.

لقد قمت بالتحقق من وجود انبعاج في خط غاز مقاس 36 بوصة في أوهايو. لقد أسقط شخص ما شجرة عليها أثناء البناء. كان دنت 1.2 بوصة عميقة. 3.3% من القطر. قال التحليل أنه آمن عند ضغط التشغيل. لكن بعد خمس سنوات, بدأ صدع عند حافة الانبعاج. لقد اكتشفناها أثناء تشغيل ILI قبل أن تفشل.

أحيانا “آمنة” ليست آمنة إلى الأبد.

---

الاشياء الجديدة: إلى أين نتجه

فولاذ عالي القوة

X70, X80, حتى X100 الآن. الصلب الأقوى يعني جدران أرق, أنبوب أخف, تركيب أرخص.

الجدول 8: مقارنة درجات الصلب

ولكن هنا تكمن المشكلة: من الصعب لحام الفولاذ الأقوى. المزيد من الحرارة المسبقة. المزيد من المعالجة الحرارية بعد اللحام. إجراءات أكثر حذرا.

لقد شاهدت أحد المقاولين وهو يحاول لحام X80 بإجراءات X52. الشقوق الباردة في كل مكان. كان لقطع عشرات المفاصل. كلفهم مليون دولار.

الطلاءات

الأيام الخوالي: مينا قطران الفحم. فوضوي, سامة, لكنها عملت.

حاليا: ثلاث طبقات من البولي ايثيلين, الايبوكسي المستعبدين الانصهار, البولي يوريثين.

الجدول 9: أنواع الطلاء

لقد قمت بفحص خط في الصحراء حيث فشل طلاء FBE بعد خمس سنوات. التعرض للأشعة فوق البنفسجية. طبختها الشمس. قال المواصفات أنها كانت جيدة لمدة عشرين. لم يكن كذلك.

تقتيش

الخنازير الذكية. يشتري. بالموجات فوق الصوتية. تسرب التدفق المغناطيسي. يمكننا أن نرى داخل الأنابيب أفضل من أي وقت مضى.

ولكن هذا هو الشيء: التفتيش يجد مشاكل. لا يصلح لهم. وكل مشكلة تجدها تكلف أموالاً لإصلاحها. يتوقف بعض المشغلين عن البحث لأنهم لا يريدون العثور على أي شيء.

هكذا تحدث الإخفاقات.

---

ما تعلمته

بعد ثلاثين عاما, هذا ما أعرفه عن الأنابيب:

إنه مجرد أنبوب. لكنه أنبوب تحت الضغط, مليئة بالأشياء التي يمكن أن تقتلك, مدفونة في الأرض حيث لا يمكنك رؤيتها.

احترم الارقام. تحقق من كل شيء. ثق ولكن تحقق.

الأنبوب لا يهتم بجدولك الزمني أو ميزانيتك. يهتم بالإجهاد والتآكل والتعب. يهتم بالفيزياء.

والفيزياء تفوز دائمًا.

لقد رأيت أنبوبًا يفشل من نقطة الصفر التي بالكاد تستطيع رؤيتها. لقد رأيت الأنابيب تدوم مائة عام في أسوأ الظروف. لقد رأيت قرارات جيدة وأخرى سيئة. لقد صنعت كلاهما.

الفرق بين المهندس الجيد والمهندس السيئ هو عدم معرفة الصيغ. إنها معرفة متى تثق بهم ومتى تستجوبهم.

هذا الخط في غرب تكساس الذي ذكرته? الواحد مع 65 الألف من التآكل? لا يزال قيد التشغيل. لقد قمنا بالحسابات, وأضاف عامل الأمان, وقررت أن يكون لها عشر سنوات أخرى.

ربما يفعل. ربما لا. سنكتشف ذلك.

هذا هو الشيء المتعلق بالأنابيب. يبقيك على التخمين.