Что книги не говорят вам о стальных трубах: Заметки полевого инженера

Вы когда-нибудь брали в руки кусок трубы и задавались вопросом, откуда он взялся.? Я не имею в виду мельницу. Я имею в виду всю историю. Руда в земле. Доменная печь. Прокатный стан. Сварщик, который выполнил этот шов 2 Утро во вторник. Инспектор, который это сдал. Водитель грузовика, который его привез. Канава, в которой он сейчас лежит.

Я работаю с пайпом тридцать два года. Начинал разнорабочим на трубопроводной бригаде в Западном Техасе., обливание суставов дурманом при стоградусной жаре. Прошел путь до инспектора, затем инженер, потом парень, которому они звонят, когда что-то идет не так. Я видел трубу со всех сторон. Внутри, снаружи, под грязью, под водой, и однажды, к сожалению, полет по воздуху после того, как оторвалась компрессорная станция.

Это не учебник. Учебники расскажут вам, что должно произойти. Я расскажу вам, что на самом деле делает.

---

Проблема именования: DN, OD, ID, и почему никто не может согласиться

Первая работа после школы, Я стою на складе в Луизиане.. Бригадир протягивает мне список и говорит: “иди принеси мне пятьдесят футов четыре дюйма.” Достаточно просто, верно?

Я возвращаюсь с пятидесятью футами трубы внутренним диаметром четыре дюйма.. Он смотрит на меня как на идиотку. “Это не четырехдюймовая труба,” он говорит. “Это шестидюймовая труба с толстыми стенками.”

Мне понадобился час, чтобы понять, что он имел в виду. Четырехдюймовая труба ничего не измеряет в четыре дюйма.. Это номинал четыре дюйма. Это означает нечто совершенно разное в зависимости от того, кто это сделал и когда..

Стол 1: Что “Четыре дюйма” На самом деле означает

Посмотрите, что я имею в виду? Четыре дюйма — это то, что говорит производитель..

Вот правило, которое я усвоил: Для стальной трубы, всегда ориентируйтесь на внешний диаметр и толщину стенки. Номинальные размеры — это просто сокращение., и стенография доставляет людям неприятности.

Формула 1: Что вам действительно нужно знать

ИД = ВЫКЛ-(2×т)ИД = ВЫКЛ-(2×т)

Где:

• IDID = Внутренний диаметр (мм или дюймы)
• ODOD = Внешний диаметр (мм или дюймы)
• tt = Толщина стены (мм или дюймы)

Простой, верно? Вы будете удивлены, сколько людей облажались с этим.

Несколько лет назад у меня работал молодой инженер в Пенсильвании.. Он заказал клапаны по номинальному размеру.. Труба была 6-дюймовая по графику. 40. Появились клапаны с 6-дюймовыми фланцами. Но вот в чем дело — расписание 40 6-дюймовая труба имеет внешний диаметр 6.625 дюймы. Клапаны были расточены под 6-дюймовую трубу., что должно было быть 6.625. Но производитель использовал 6.000 как диаметр отверстия. Клапана не подошли. Материал на двадцать тысяч долларов, опоздание на три недели, и очень недовольный клиент.

Всегда проверяйте ОД. Всегда.

---

Две семьи: Сказка о двух трубках

Вот чему не учат в школе. Стальные трубы делятся на два семейства., и они не очень хорошо играют вместе.

Большая семья (Ипско)

Это то, что использует большая часть мира. Большой наружный диаметр для данного номинального размера. 12-дюймовая труба этого семейства имеет внешний диаметр 323,8 мм.. Это 12.75 дюймы для вас, имперских приверженцев.

Маленькая семья (Метрика)

Вот что происходит, когда европейцы решают быть логичными. Здесь 12-дюймовая труба имеет внешний диаметр 300 мм.. Это 11.8 дюймы.

Соедините их и что получите?? Фланцы, которые не совпадают. Прокладки, которые не герметичны. Фитинги, которые не подходят.

Стол 2: Две семьи – Общие размеры

*Некоторые размеры совпадают. Большинство не делают. Всегда проверяйте.

Я усвоил это на собственном горьком опыте в Таиланде., 2005. Мы подключали новый перерабатывающий комплекс к существующему трубопроводу.. Существующая линия была европейской спецификации., маленькая семья. Новый объект построен по американским стандартам., большая семья. Никто этого не заметил, пока мы не попытались установить связь.. Фланцы располагались на расстоянии 6 мм друг от друга в отверстиях под болты..

Мы потратили две недели с четвертью миллиона долларов на специальные адаптеры.. Клиент остался недоволен. Я тоже не был.

---

Игра «Толщина стены»: Почему расписание имеет значение

Вы когда-нибудь задумывались, почему трубы одного и того же диаметра бывают разной толщины?? Я скажу тебе. давление.

Формула 2: Формула Барлоу (Самое важное уравнение в трубопроводах)

P=2×S×tODP=OD2×S×t​

Где:

• PP = Разрывное давление (пси)
• SS = Предел текучести материала (пси)
• tt = Толщина стены (дюймы)
• ODOD = Внешний диаметр (дюймы)

Это уравнение, которое удерживает трубу от взрыва. Двойная толщина стенок, удвоить номинальное давление. Простой.

Но вот здесь все сложнее. Номера расписания.

Стол 3: Общие спецификации для 6-дюймовых труб (168.3мм наружный диаметр)

Сам номер расписания? Это примерно 1000×P/S.1000×П/С, где P — рабочее давление, а S — допустимое напряжение.. Но, честно говоря, никто этим не пользуется. Мы просто знаем это расписание 40 является стандартным, Расписание 80 тяжелый, и расписание 10 легкий.

Я работал в Мексиканском заливе, где кто-то заказал Расписание. 10 для газопровода высокого давления. Думали, что они экономят вес. Сэкономленный вес, все в порядке. Пока труба не раскололась во время гидроиспытаний. Повезло, что рядом никого не было.

---

Проблема веса: Почему вам нужно знать, сколько весит труба

Вы когда-нибудь пытались поднять 40-футовый сустав 24-дюймового 60? У меня есть. Он весит около 12,000 фунты. Это шесть тонн. Ваш кран должен это знать. Ваши подъемные стропы должны знать это. Ваша распорка должна это знать.

Формула 3: Расчет веса трубы

W=0,02466×t×(ОД-т)×ЛW=0,02466×t×(ОД-т)×Л

Где:

• WW = Вес (кг)
• tt = Толщина стены (мм)
• ODOD = Внешний диаметр (мм)
• LL = Длина (m)

Или для вас, имперские люди:
Ш=10,69×т×(ОД-т)×ЛШ=10,69×т×(ОД-т)×Л
Где t и OD указаны в дюймах, L в футах, Вт в фунтах.

Стол 4: Вес на фут для обычных размеров (Расписание 40)

Вот история. Северная Дакота, 2014, зима. Натягиваем трубу для газопровода 20 дюймов.. Грузовик появляется с кучей суставов. Бригадир смотрит на отгрузочные документы, смотрит на трубу, снова смотрит на бумаги. “Это неправильно,” он говорит.

Я делаю математику в голове. В газете написано Расписание 40, 20-дюйм. Это 62 фунтов на фут. Каждый сустав является 80 ноги. Это 5,000 фунтов на сустав.

Я хватаю рулетку. Измерьте стену. Его 0.375 дюймы. Это расписание 30. Вес 53 фунтов на фут. Разница 9 фунтов на фут, 720 фунтов на сустав.

Завод отправил не ту трубу. Было бы нормально из-за давления — Расписание 30 все еще соответствует спецификации. Но подрядчик уже составил план подъема с учетом более тяжелого веса.. Их краны были рассчитаны на 5,000 фунтов за выбор. С более легкой трубкой, они могли бы выбрать сразу два косяка. Двойная производительность. Но они не знали, пока я не проверил.

Всегда проверяйте. Никогда не доверяйте документам.

---

Тайна маркировки: Что на самом деле означают эти цифры

Смотришь на кусок трубы и видишь кучу марок. Что они означают? Позвольте мне расшифровать один для вас.

Пример: API 5L X52 PSL2 12″ СЧ 40 АКРЕ 12345 12-21

• API 5L = спецификация Американского института нефти для трубопроводов.
• X52 = Минимальный предел текучести 52,000 пси
• PSL2 = Уровень спецификации продукта 2 (более жесткие допуски, больше испытаний)
• 12″ = Номинальный размер (но помни, это 12,75″ OD)
• СЧ 40 = Толщина стены (0.406″ для 12-дюймового)
• ВПВ = электросварка сопротивлением (как это сделано)
• 12345 = Номер плавки (для отслеживания)
• 12-21 = декабрь 2021 (дата изготовления)

Стол 5: Общие характеристики труб

У меня была работа в Альберте, где клиент указал A106 для низкотемпературного применения.. Минус сорок дизайн. A106 хорош при комнатной температуре.. В минус сорок, оно хрупкое как стекло. Должен был быть А333. Трубу еще не проложили — поймал во дворе. Спас их катастрофический провал.

Знай свои характеристики. Знайте свою температуру. Знайте свое давление.

---

Проблема с подключением: Как соединяется труба

Сама по себе труба представляет собой просто длинную трубку.. Бесполезно, пока вы не подключите его к чему-то.. Вот как это происходит.

Резьбовые соединения

Маленькая труба, низкое давление, не слишком критично. 2-дюйм и ниже, по большей части. Вы обрезаете нити на конце, привинтить фитинг, возможно, добавь немного травки или скотча.

Формула 4: Взаимодействие с потоками

L2=0,8×ДL2=0,8×Д

Грубое правило: продолжительность помолвки должна составлять около 80% диаметра. Для 2-дюймовой трубы, это примерно 1.6 дюймы зацепления резьбы.

Я видел выход из строя резьбового соединения в системе водоснабжения во Флориде.. Кто-то задействовал недостаточно тем. Всего несколько поворотов. Когда они оказали давление, фитинг оторвался. Снял панель управления. Стоимость ущерба пятьдесят тысяч.

Сварные соединения

Здесь прошла большая часть моей карьеры. Вы свариваете трубы вместе. Звучит просто. Это не.

Стол 6: Распространенные типы сварных швов для труб

Ключом к сварке является подгонка. Если концы труб не совпадают, ваша сварка не удастся. Меня не волнует, насколько хороший сварщик.

Формула 5: Допустимое смещение

Ммакс=0,1×tМмакс​=0,1×t или 1/16″1/16″, в зависимости от того, что меньше

Для стены толщиной 0,5 дюйма, это 0.05 дюймы. О толщине кредитной карты.

Я видел, как сварщик из Техаса пытался сварить 24-дюймовую трубу с перекосом 3/16 дюйма.. Его аргумент: “Я просто залью его сварочным металлом.” нет. Это источник стресса. Это трещина, ожидающая своего часа. Это провал за пять лет вместо пятидесяти.

Мы вырезали это и сделали это заново. Он не был счастлив. Но труба не провалилась.

Фланцевые соединения

Большая труба, высокого давления, или когда тебе нужно разобрать вещи. Вы привариваете фланец на каждом конце., скрепите их вместе с прокладкой между ними.

Стол 7: Номинальное давление фланцев

Вот что касается фланцев: прокладка важнее всего. Неправильный материал прокладки? Утечка. Неправильный момент затяжки болтов? Утечка. Грязь на уплотнительной поверхности? Утечка.

Я провел три дня на морской платформе в Северном море в поисках утечки во фланце.. Два раза менял прокладку. Проверил болты.. Проверил выравнивание. Все еще слили.

Окончательно, Я провел пальцем по поверхности фланца. Почувствовал крошечную царапину. Может быть 0.002 дюймов глубиной. Но по всей уплотняющей поверхности, этого было достаточно. Мы притерли фланец, новая прокладка, затянут согласно спецификации. Нет утечки.

Дьявол кроется в деталях.

---

Режимы отказа: Как умирает трубка

Труба не вечна. Вот как это происходит.

Коррозия

Это большой. Ржавчина. Ест трубку изнутри наружу, снаружи внутри, или оба.

Формула 6: Допуск на коррозию

trequired=tдавление+tкоррозиятребуется=tдавление+tкоррозия​

Стандартная практика: добавлять 1/16 дюйм (1.6мм) от коррозии. Больше, если жидкость противная.

Я осмотрел газопровод в Западном Техасе, который прослужил сорок лет.. Оригинальная стена была 0.250 дюймы. Мы измерили его в 0.185. Потерянный 65 тысячные доли от коррозии. Это 0.0016 дюймов в год. Точно по графику.

Но вот что страшно. Линия в Мексиканском заливе, кислое обслуживание, 5% H2S. Потеря стены была 0.010 дюймов в год. В пять раз быстрее, чем прогнозировалось. Почему? Бактерии. Сульфатредуцирующие бактерии в воде усугубили коррозию.. Никто это не моделировал.

Усталость

Изгибы труб, циклы стресса, трещины растут. В конце концов, это терпит неудачу.

Формула 7: Усталость жизни (Упрощенный)

Н=С×(Дс)−мН=С×(Дс)−м

Где N — количество циклов до отказа, Δσ - диапазон напряжений, C и m — материальные константы..

Для стальной трубы, м о 3. Двойной диапазон стресса, и усталостная долговечность снижается в разы. 8.

Я видел это на компрессорной станции в Пенсильвании.. Труба вибрировала. Небольшие вибрации, может быть 0.1 дюймовая амплитуда. Но 60 раз в секунду. Это 5 миллион циклов в день. Через шесть месяцев, появились трещины. Через восемь месяцев, утечка.

Мы исправили это, добавив опоры. Изменена собственная частота. Остановил вибрацию. Но трещина уже была.

Механические повреждения

Кто-то ударяет по трубе экскаватором. На него падает камень. Грузовик переехал его. Вмятины, выбоины, царапины.

Формула 8: Серьезность вмятин

Вмятина%=ГлубинаДиаметр×100Вмятина%=ДиаметрГлубина×100

Если глубина вмятины > 2% диаметра, у тебя проблема. Для 30-дюймовой трубы, это 0.6 дюймы. Что-нибудь глубже этого, вам нужно расследовать.

Я исследовал вмятину на 36-дюймовом газопроводе в Огайо.. Во время строительства кто-то уронил на него дерево.. Дент был 1.2 дюймов глубиной. 3.3% диаметра. Анализ показал, что он безопасен при рабочем давлении.. Но пять лет спустя, трещина началась с края вмятины. Мы поймали это во время проверки ГПЗ до того, как она потерпела неудачу..

Иногда “безопасно” небезопасно навсегда.

---

Новые вещи: Куда мы направляемся

Высокопрочные стали

Х70, х80, даже х100 сейчас. Более прочная сталь означает более тонкие стенки., зажигалка, более дешевая установка.

Стол 8: Сравнение марок стали

Но вот в чем загвоздка: более прочную сталь труднее сваривать. Больше предварительного нагрева. Дополнительная термообработка после сварки. Более бережные процедуры.

Я видел, как подрядчик пытался сварить X80 по процедурам X52.. Холодные трещины повсюду. Пришлось вырезать десяток суставов. Это обошлось им в миллион долларов.

Покрытия

Старые времена: каменноугольная эмаль. Неряшливый, токсичный, но это сработало.

Сейчас: трехслойный полиэтилен, наплавленная эпоксидная смола, полиуретан.

Стол 9: Типы покрытия

Я осматривал линию в пустыне, где покрытие FBE вышло из строя через пять лет.. УФ-воздействие. Солнце приготовило это. Спец сказал, что это хорошо для двадцати. Это не было.

Инспекция

Умные свиньи. КУПИТЬ. Ультразвуковой. Утечка магнитного потока. Мы можем видеть внутреннюю часть трубы лучше, чем когда-либо.

Но вот в чем дело: проверка обнаруживает проблемы. Это их не исправляет. И каждая проблема, которую вы обнаружите, стоит денег, чтобы исправить. Некоторые операторы перестают искать, потому что не хотят ничего находить.

Вот так случаются неудачи.

---

Что я узнал

Спустя тридцать лет, вот что я знаю о трубе:

Это просто трубка. Но это трубка под давлением, полно вещей, которые могут тебя убить, зарыт в землю, где ты его не увидишь.

Уважайте цифры. Проверьте все. Доверяй, но проверяй.

Трубе нет дела до вашего графика или вашего бюджета.. Он заботится о стрессе, коррозии и усталости.. Его волнует физика.

И физика всегда побеждает.

Я видел, как труба выходила из строя из-за царапины, которую едва можно было увидеть. Я видел, как трубы прослужили сто лет в худших условиях.. Я видел хорошие решения и плохие. Я сделал оба.

Разница между хорошим инженером и плохим не в знании формул. Он знает, когда им доверять, а когда задавать вопросы..

Та линия в Западном Техасе, о которой я упоминал.? Тот, с 65 тысячные доли коррозии? Он все еще работает. Мы сделали математику, добавил фактор безопасности, и решил, что у него есть еще десять лет.

Может быть, это так. Может быть, это не так. Мы узнаем.

В этом вся суть трубы. Это заставляет вас гадать.