Was die Bücher Ihnen nicht über Stahlrohre sagen: Notizen eines Außendiensttechnikers

Es kommt vor, dass Sie ein Stück Pfeife in die Hand nehmen und sich fragen, wo es herkommt? Ich meine nicht die Mühle. Ich meine die ganze Geschichte. Das Erz im Boden. Der Hochofen. Das Walzwerk. Der Schweißer, der diese Naht ausgeführt hat 2 Morgens an einem Dienstag. Der Inspektor, der es bestanden hat. Der LKW-Fahrer, der es transportiert hat. Der Graben, in dem es jetzt liegt.

Ich arbeite seit zweiunddreißig Jahren in der Pipe-Branche. Begann als Arbeiter bei einem Pipeline-Team in West-Texas, bei 100 Grad Hitze Drogen auf die Gelenke werfen. Habe mich zum Inspektor hochgearbeitet, dann Ingenieur, dann der Typ, den sie anrufen, wenn etwas schief geht. Ich habe Pfeifen aus jedem Blickwinkel gesehen. Im Inneren, draußen, unter Schmutz, unter Wasser, und einmal, Leider, durch die Luft fliegen, nachdem eine Kompressorstation losgelassen wurde.

Dies ist kein Lehrbuch. Lehrbücher sagen einem, was passieren soll. Ich sage Ihnen, was tatsächlich funktioniert.

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Das Namensproblem: DN, OD, ID, und warum niemand zustimmen kann

Erster Job außerhalb der Schule, Ich stehe auf einem Versorgungshof in Louisiana. Der Vorarbeiter gibt mir eine Liste und sagt “Hol mir fünfzig Fuß von vier Zoll.” Ganz einfach, Rechts?

Ich komme mit fünfzig Fuß Rohr zurück, das einen Innendurchmesser von vier Zoll hat. Er sieht mich an, als wäre ich ein Idiot. “Das ist kein 4-Zoll-Rohr,” sagt er. “Das ist ein 15 cm langes Rohr mit dicken Wänden.”

Ich brauchte eine Stunde, um herauszufinden, was er meinte. Ein 4-Zoll-Rohr misst nichts in 4 Zoll. Es ist nominal vier Zoll groß. Das bedeutet etwas völlig anderes, je nachdem, wer es wann gemacht hat.

Tabelle 1: Was “Vier Zoll” Eigentlich bedeutet

Sehen Sie, was ich meine? Vier Zoll ist, was der Hersteller angibt.

Hier ist die Regel, die ich gelernt habe: Für Stahlrohr, Gehen Sie immer nach Außendurchmesser und Wandstärke. Nenngrößen sind nur Abkürzungen, und Stenographie bringt Menschen in Schwierigkeiten.

Formel 1: Was Sie eigentlich wissen müssen

ID=OF−(2×t)ID=OF−(2×t)

Wo:

• IDID = Innendurchmesser (mm oder Zoll)
• ODOD = Außendurchmesser (mm oder Zoll)
• TT = Wandstärke (mm oder Zoll)

Einfach, Rechts? Sie wären überrascht, wie viele Leute das vermasseln.

Vor ein paar Jahren hatte ein junger Ingenieur einen Job in Pennsylvania. Er bestellte Ventile nach Nennweite. Das Rohr war 6-Zoll-Schedule 40. Es gab Ventile mit 6-Zoll-Flanschen. Aber hier ist die Sache: Zeitplan 40 6-Zollrohr hat einen Außendurchmesser von 6.625 Zoll. Die Ventile waren für 6-Zoll-Rohre gebohrt, was hätte sein sollen 6.625. Aber der Hersteller verwendet 6.000 als Bohrungsdurchmesser. Ventile würden nicht passen. Material im Wert von zwanzigtausend Dollar, drei Wochen zu spät, und ein sehr unzufriedener Kunde.

Überprüfen Sie immer den Außendurchmesser. Stets.

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Die zwei Familien: Eine Geschichte von zwei Pfeifen

Hier ist etwas, was sie in der Schule nicht lehren. Stahlrohre gibt es in zwei Familien, und sie spielen nicht gut zusammen.

Die große Familie (Ipsco)

Dies ist es, was die meisten Menschen auf der Welt verwenden. Großer Außendurchmesser für eine gegebene Nenngröße. Ein 12-Zoll-Rohr dieser Familie hat einen Außendurchmesser von 323,8 mm. Das ist 12.75 Zoll für Sie imperiale Verweigerer.

Die kleine Familie (Metrik)

Das passiert, wenn die Europäer beschließen, logisch zu sein. Ein 12-Zoll-Rohr hat hier einen Außendurchmesser von 300 mm. Das ist 11.8 Zoll.

Setzen Sie sie zusammen und was erhalten Sie? Flansche, die nicht ausgerichtet sind. Dichtungen, die nicht abdichten. Beschläge, die nicht passen.

Tabelle 2: Die zwei Familien – Gängige Größen

*Einige Größen passen. Die meisten nicht. Überprüfen Sie immer.

Das habe ich in Thailand auf die harte Tour gelernt, 2005. Wir haben eine neue Verarbeitungsanlage in eine bestehende Pipeline eingebunden. Die bestehende Linie war nach europäischer Spezifikation, kleine Familie. Die neue Anlage wurde nach amerikanischen Standards gebaut, große Familie. Niemand hat es bemerkt, bis wir versucht haben, die Verbindung herzustellen. Die Flansche hatten an den Schraubenlöchern einen Abstand von 6 mm.

Wir haben zwei Wochen und eine Viertelmillion Dollar für maßgeschneiderte Adapter ausgegeben. Der Kunde war nicht zufrieden. Ich auch nicht.

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Das Wandstärkenspiel: Warum der Zeitplan wichtig ist

Sie haben sich jemals gefragt, warum Rohre bei gleichem Durchmesser unterschiedliche Dicken haben?? Ich werde es dir sagen. Druck.

Formel 2: Barlows Formel (Die wichtigste Gleichung in der Rohrleitungstechnik)

P=2×S×tODP=OD2×S×t​

Wo:

• PP = Berstdruck (psi)
• SS = Materialstreckgrenze (psi)
• TT = Wandstärke (Zoll)
• ODOD = Außendurchmesser (Zoll)

Dies ist die Gleichung, die verhindert, dass das Rohr explodiert. Wandstärke verdoppeln, doppelte Druckstufe. Einfach.

Aber hier wird es kompliziert. Fahrplannummern.

Tabelle 3: Gemeinsame Zeitpläne für 6-Zoll-Rohre (168.3mm Außendurchmesser)

Die Zeitplannummer selbst? Es beträgt ungefähr 1000×P/S1000×P/S, Dabei ist P der Arbeitsdruck und S die zulässige Spannung. Aber ehrlich, das nutzt niemand. Wir kennen nur diesen Zeitplan 40 ist Standard, Zeitplan 80 ist schwer, und Zeitplan 10 ist leicht.

Ich habe einen Job im Golf von Mexiko gehabt, wo jemand Schedule bestellt hat 10 für eine Hochdruck-Gasleitung. Dachte, sie sparen Gewicht. Gewicht gespart, in Ordnung. Bis das Rohr beim Hydrotest platzte. Zum Glück stand niemand in der Nähe.

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Das Gewichtsproblem: Warum Sie wissen müssen, wie viel Rohr wiegt

Sie haben jemals versucht, ein 40-Fuß-Gelenk eines 24-Zoll-Schedules anzuheben 60? Ich habe. Es wiegt ca 12,000 Pfund. Das sind sechs Tonnen. Das muss Ihr Kran wissen. Das müssen Ihre Hebegurte wissen. Das muss Ihre Spreaderbar wissen.

Formel 3: Berechnung des Rohrgewichts

W=0,02466×t×(OD−t)×LW=0,02466×t×(OD−t)×L

Wo:

• WW = Gewicht (kg)
• TT = Wandstärke (mm)
• ODOD = Außendurchmesser (mm)
• LL = Länge (m)

Oder für euch, kaiserliche Leute:
W=10,69×t×(OD−t)×LW=10,69×t×(OD−t)×L
Wobei t und OD in Zoll angegeben sind, L in Fuß, W in Pfund.

Tabelle 4: Gewicht pro Fuß für gängige Größen (Zeitplan 40)

Hier ist eine Geschichte. North Dakota, 2014, Winter. Wir verlegen Rohre für eine 20-Zoll-Gasleitung. Der LKW taucht mit einer Ladung Joints auf. Der Vorarbeiter schaut sich die Versandpapiere an, schaut auf das Rohr, blickt zurück auf die Papiere. “Das fühlt sich nicht richtig an,” sagt er.

Ich rechne im Kopf. In der Zeitung steht Zeitplan 40, 20-Zoll. Das ist 62 Pfund pro Fuß. Jedes Gelenk ist 80 Füße. Das ist 5,000 Pfund pro Gelenk.

Ich schnappe mir ein Maßband. Messen Sie die Wand. Es ist 0.375 Zoll. Das ist Zeitplan 30. Gewicht ist 53 Pfund pro Fuß. Unterschied von 9 Pfund pro Fuß, 720 Pfund pro Gelenk.

Die Mühle hat das falsche Rohr geschickt. Wäre für den Druck in Ordnung gewesen – Zeitplan 30 erfüllte immer noch die Spezifikation. Aber der Auftragnehmer hatte seinen Hebeplan bereits auf der Grundlage des höheren Gewichts erstellt. Ihre Kräne wurden für bewertet 5,000 Pfund pro Pick. Mit der leichteren Pfeife, Sie hätten zwei Joints gleichzeitig auswählen können. Verdoppeln Sie die Produktivität. Aber sie wussten es nicht, bis ich es überprüfte.

Überprüfen Sie immer. Vertrauen Sie niemals dem Papierkram.

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Das Markierungsgeheimnis: Was diese Zahlen tatsächlich bedeuten

Sie schauen auf ein Rohrstück und sehen ein paar Briefmarken. Was bedeuten sie?? Lassen Sie mich eines für Sie entschlüsseln.

Beispiel: API 5L X52 PSL2 12″ SCH 40 ACRE 12345 12-21

• API 5L = Spezifikation des American Petroleum Institute für Leitungsrohre
• X52 = Mindeststreckgrenze 52,000 psi
• PSL2 = Produktspezifikationsebene 2 (engere Toleranzen, weitere Tests)
• 12″ = Nenngröße (aber denken Sie daran, das sind 12,75″ OD)
• SCH 40 = Wandstärke (0.406″ für 12-Zoll)
• ERW = elektrisch widerstandsgeschweißt (wie es gemacht wird)
• 12345 = Hitzezahl (für die Rückverfolgbarkeit)
• 12-21 = Dezember 2021 (Herstellungsdatum)

Tabelle 5: Allgemeine Rohrspezifikationen

Ich hatte einen Auftrag in Alberta, bei dem der Kunde A106 für eine Anwendung bei niedrigen Temperaturen spezifizierte. Minus vierzig Design. A106 ist bei Raumtemperatur in Ordnung. Bei minus vierzig, es ist spröde wie Glas. Hätte A333 sein sollen. Das Rohr war noch nicht installiert – es hatte sich im Hof ​​verfangen. Hat ihnen einen katastrophalen Misserfolg erspart.

Kennen Sie Ihre Spezifikationen. Kennen Sie Ihre Temperaturen. Kennen Sie Ihren Druck.

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Das Verbindungsproblem: Wie Rohre verbunden werden

Das Rohr selbst ist nur ein langes Rohr. Nutzlos, bis man es an etwas anschließt. So passiert das.

Gewindeverbindungen

Kleine Pfeife, niedriger Druck, nicht allzu kritisch. 2-Zoll und darunter, meistens. Am Ende schneidet man die Fäden ab, eine Armatur anschrauben, Vielleicht etwas Dope oder Klebeband hinzufügen.

Formel 4: Thread-Engagement

L2=0,8×DL2=0,8×D

Grobe Regel: Die Verlobungsdauer sollte ca. betragen 80% Durchmesser. Für 2-Zoll-Rohr, das ist ungefähr 1.6 Zoll Gewindeeingriff.

Ich habe gesehen, wie in einem Wassersystem in Florida eine Gewindeverbindung versagt hat. Jemand hat nicht genügend Threads aktiviert. Nur ein paar Umdrehungen. Als sie Druck machten, die Armatur ist weggeflogen. Nahm ein Bedienfeld heraus. Es hat einen Schaden von fünfzig Riesen gekostet.

Schweißverbindungen

Hier verbrachte ich den größten Teil meiner Karriere. Sie schweißen Rohre zusammen. Klingt einfach. Das ist es nicht.

Tabelle 6: Gängige Schweißarten für Rohre

Der Schlüssel mit Schweißen ist passgenau. Wenn Ihre Rohrenden nicht ausgerichtet sind, Ihre Schweißnaht wird scheitern. Es ist mir egal, wie gut der Schweißer ist.

Formel 5: Zulässige Fehlausrichtung

Mmax=0,1×tMmax​=0,1×t oder 1/16″1/16″, je nachdem, welcher Wert kleiner ist

Für 0,5-Zoll-Wand, das ist 0.05 Zoll. Etwa so dick wie eine Kreditkarte.

Ich habe einem Schweißer in Texas dabei zugesehen, wie er versuchte, 24-Zoll-Rohre mit einer Fehlausrichtung von 3/16 Zoll zu schweißen. Sein Argument: “Ich werde es einfach mit Schweißgut füllen.” Nein. Das ist ein Stressfaktor. Das ist ein Knaller, der darauf wartet, passiert zu werden. Das ist ein Misserfolg in fünf statt in fünfzig Jahren.

Wir haben es herausgeschnitten und noch einmal gemacht. Er war nicht glücklich. Aber das Rohr hat nicht versagt.

Flanschverbindungen

Große Pfeife, hohem Druck, oder wenn Sie Dinge auseinandernehmen müssen. An jedem Ende schweißt man einen Flansch an, Schrauben Sie sie mit einer dazwischenliegenden Dichtung zusammen.

Tabelle 7: Flanschdruckwerte

Hier ist die Sache mit den Flanschen: Die Dichtung ist wichtiger als alles andere. Falsches Dichtungsmaterial? Leck. Falsches Schraubendrehmoment? Leck. Schmutz auf der Dichtfläche? Leck.

Ich verbrachte drei Tage auf einer Offshore-Plattform in der Nordsee und suchte nach einem Flanschleck. Die Dichtung wurde zweimal ausgetauscht. Habe die Schrauben überprüft. Habe die Ausrichtung überprüft. Immer noch durchgesickert.

Endlich, Ich fuhr mit dem Finger über die Flanschfläche. Habe einen kleinen Kratzer gespürt. Vielleicht 0.002 Zoll tief. Allerdings über die gesamte Dichtfläche, es war genug. Wir haben den Flansch geläppt, neue Dichtung, auf Spezifikation angezogen. Kein Leck.

Der Teufel steckt im Detail.

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Die Fehlermodi: Wie Pfeife stirbt

Pfeifen halten nicht ewig. So geht es.

Korrosion

Das ist das Große. Rost. Isst Pfeife von innen nach außen, draußen drinnen, oder beides.

Formel 6: Korrosionszuschlag

treerforderlich=tDruck+tKorrosiontreerforderlich​=tDruck​+tKorrosion​

Standardpraxis: hinzufügen 1/16 Zoll (1.6mm) für Korrosion. Mehr, wenn die Flüssigkeit unangenehm ist.

Ich habe eine Gasleitung in West-Texas inspiziert, die seit vierzig Jahren in Betrieb war. Ursprüngliche Wand war 0.250 Zoll. Wir haben es gemessen 0.185. Verloren 65 Tausendstel zur Korrosion. Das ist 0.0016 Zoll pro Jahr. Genau im Zeitplan.

Aber hier ist das Beängstigende. Eine Linie im Golf von Mexiko, saurer Service, 5% H2S. Mauerverlust war 0.010 Zoll pro Jahr. Fünfmal schneller als vorhergesagt. Warum? Bakterien. Sulfatreduzierende Bakterien im Wasser verstärkten die Korrosion. Niemand hat das modelliert.

Ermüdung

Rohrbögen, Stresszyklen, Risse wachsen. Letztlich, es scheitert.

Formel 7: Ermüdungsleben (Vereinfacht)

N=C×(Ds)−mN=C×(Ds)−m

Wobei N für die Zyklen bis zum Versagen steht, Δσ ist der Spannungsbereich, C und m sind Materialkonstanten.

Für Stahlrohr, m ist ungefähr 3. Verdoppeln Sie den Spannungsbereich, und die Ermüdungslebensdauer sinkt um den Faktor 8.

Ich habe das auf einer Kompressorstation in Pennsylvania gesehen. Das Rohr vibrierte. Kleine Vibrationen, Vielleicht 0.1 Zoll-Amplitude. Aber 60 Mal pro Sekunde. Das ist 5 Millionen Zyklen pro Tag. Nach sechs Monaten, Es traten Risse auf. Nach acht Monaten, ein Leck.

Wir haben es durch das Hinzufügen von Stützen behoben. Eigenfrequenz geändert. Die Vibration wurde gestoppt. Aber der Riss war schon da.

Mechanischer Schaden

Jemand schlägt mit einem Bagger auf das Rohr. Ein Stein fällt darauf. Ein Lastwagen fährt darüber. Dellen, Furchen, Kratzer.

Formel 8: Schwere der Delle

Delle%=Tiefendurchmesser×100Delle%=DurchmesserTiefe×100

Wenn Dellentiefe > 2% Durchmesser, Du hast ein Problem. Für 30-Zoll-Rohr, das ist 0.6 Zoll. Alles, was tiefer geht, Sie müssen nachforschen.

Ich habe eine Delle in einer 36-Zoll-Gasleitung in Ohio untersucht. Während der Bauarbeiten hatte jemand einen Baum darauf fallen lassen. Dent war 1.2 Zoll tief. 3.3% Durchmesser. Die Analyse ergab, dass es bei Betriebsdruck sicher ist. Aber fünf Jahre später, Am Rand der Delle begann ein Riss. Wir haben es bei einem ILI-Lauf entdeckt, bevor es fehlschlug.

Manchmal “sicher” ist nicht für immer sicher.

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Das Neue: Wohin wir gehen

Hochfeste Stähle

X70, X80, jetzt sogar X100. Stärkerer Stahl bedeutet dünnere Wände, leichtere Pfeife, günstigere Installation.

Tabelle 8: Vergleich der Stahlsorten

Aber hier ist der Haken: Stärkerer Stahl ist schwieriger zu schweißen. Mehr Vorheizen. Mehr Wärmebehandlung nach dem Schweißen. Sorgfältigere Verfahren.

Ich habe einem Auftragnehmer dabei zugesehen, wie er versuchte, X80 mit X52-Verfahren zu schweißen. Überall kalte Risse. Musste ein Dutzend Verbindungen herausschneiden. Hat sie eine Million Dollar gekostet.

Beschichtungen

Alte Zeiten: Kohlenteer-Email. Unordentlich, giftig, aber es hat funktioniert.

Jetzt: dreischichtiges Polyethylen, schmelzgebundenes Epoxidharz, Polyurethan.

Tabelle 9: Beschichtungsarten

Ich habe eine Linie in der Wüste inspiziert, bei der die FBE-Beschichtung nach fünf Jahren versagte. UV-Belastung. Die Sonne hat es gekocht. Spec sagte, es reichte für zwanzig. Das war es nicht.

Inspektion

Intelligente Schweine. KAUFEN. Ultraschall. Magnetischer Streufluss. Wir können besser als je zuvor in das Rohrinnere sehen.

Aber hier ist die Sache: Inspektion findet Probleme. Es repariert sie nicht. Und jedes Problem, das Sie finden, kostet Geld, um es zu beheben. Manche Betreiber hören auf zu suchen, weil sie nichts finden wollen.

So passieren Misserfolge.

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Was ich gelernt habe

Nach dreißig Jahren, Hier ist, was ich über Pipe weiß:

Es ist nur eine Röhre. Aber es ist eine Röhre, die unter Druck steht, voller Zeug, das dich töten kann, im Boden vergraben, wo man es nicht sehen kann.

Respektiere die Zahlen. Überprüfen Sie alles. Vertrauen, aber überprüfen.

Die Pipe kümmert sich nicht um Ihren Zeitplan oder Ihr Budget. Es kümmert sich um Stress, Korrosion und Ermüdung. Es geht um die Physik.

Und die Physik gewinnt immer.

Ich habe gesehen, wie Rohre von Grund auf versagten, man konnte es kaum sehen. Ich habe gesehen, dass Rohre unter den schlechtesten Bedingungen hundert Jahre halten. Ich habe gute und schlechte Entscheidungen gesehen. Ich habe beides gemacht.

Der Unterschied zwischen einem guten und einem schlechten Ingenieur besteht nicht darin, dass er die Formeln kennt. Es geht darum zu wissen, wann man ihnen vertrauen und wann man sie in Frage stellen sollte.

Diese Linie in West-Texas, die ich erwähnt habe? Der mit 65 Tausendstel Korrosion? Es läuft immer noch. Wir haben nachgerechnet, einen Sicherheitsfaktor hinzugefügt, und entschied, dass es noch zehn Jahre dauern würde.

Vielleicht tut es das. Vielleicht nicht. Wir werden es herausfinden.

Das ist die Sache mit der Pfeife. Es lässt Sie raten.