Қоспалы құбырлар шекті жағдайларда жақсы көрсетіледі, 600 бардан астам қысым мен 1200 градус Цельсийге дейінгі температураға төзімді, мұнда кәдімгі болат әлсірейді. Қоспаға хром мен молибден қосу осы материалдар үшін ерекше әсер етеді. Бұл негізінде металдың ішіндегі ұсақ дәнекер құрылымдарын нығайтады, соның арқасында қайталанатын кернеу циклдеріне ұшыраған кезде олардың пішіні өзгеріп немесе бұзылып кетуін болдырмауға көмектеседі. Бұзылыс операцияларында 50 мың қысым циклінен өткізгеннен кейін қоспалы құбырлар өзінің бастапқы беріктігінің 98,7% сақтап қалатынын биыл шығарылған соңғы «Жоғары қысымды жүйелер» есебінен көруге болады. Бұл көрсеткіш көміртегі болатындағыдан әлдеқайда жоғары, ол ұқсас жағдайларда 76,4% ғана тұтастықты сақтап қалады.
| Қасиет | Көміртекті болат | Нержавеющая болат | Қосалқы құбыр |
|---|---|---|---|
| Созылу күші (Мпа) | 400–600 | 520–800 | 800–2,000 |
| Температура шегі | 300°C | 800°C | 1 200°C |
| Шаршауға қарсылық | 1× Базалық | 3× Жақсарту | 8× Жақсарту |
Бұл өнімділік артықшылығы қысымның тербелісі 350 бар/сағ-тан асатын жер асты жылу электр станциялары сияқты қиын сұраныстарды қанағаттандыру үшін қорытпалы құбырларды қолдануды тиімді етеді.
ASTM A335 P91 қорытпалы құбырлар шынында да қабырғаның қалыңдығын шамамен 30%-ға дейін азайта алады, бірақ газ тасымалдау жүйелері үшін маңызды 2000 psi қауіпсіздік ресівін сақтап тұрады. Бұл құбырларды ерекшелендіретіні - олардың кернеу коррозиясынан трещинкалардың пайда болуына қарсы тұратын ерекше фазалық тұрақты құрылымы. Бұл 4500 psi шамасындағы қысыммен жұмыс істейтін теңіз платформалары туралы сөз болғанда ерекше маңызды болып табылады. 2023 жылы құбырлардың сенімділігі туралы сынақтар нәтижелеріне қарағанда, мұнай қайта өңдеу қондырғыларында дәстүрлі көміртегі болатынан гөрі осындай қорытпалы құбырларды пайдаланған компаниялар қысыммен байланысты мәселелер бойынша шамамен 87% аз шағым тапсырды. Сандар өзінен-ақ куә, бірақ ең бастысы - бұл өнеркәсіп бойынша қауіпсіз операциялар мен тоқтаулардың азаюына қалай әсер ететінінде.
Хром мен молибден қосылған қорытпалы түтіктерге қосылғанда олар химиялық заттарға қарсы қорғаныш құрады. Бұл қорғаныш су күшіне, қышқыл әсеріне және тіпті күшті хлоридтерге қарсы жақсы төтеп береді, сондықтан да осындай түтіктер химиялық зауыттарда және теңізде, мұнда тұзды су барлық жерде кеңінен қолданылады. Сынақтар никель-хром қорытпаларының хлоридке бай ортада кәдімгі көміртегі болаттан ә существенно ұзақ өмір сүретінін көрсетті. Он жылдан кейін шамамен 85 пайызға аз тозу болады. Ал бұл практикада не нәрсені білдіреді? Апатты тоқтаулар санының азаюы. Жөндеу бригадалары апатты жағдайларды жою үшін 40-тан 60 пайызға дейін аз қажеттілік бар екенін хабарлайды, бұл жөндеу кезінде кеткен уақыт пен шығындарды қысқартады.
Сутегі сульфиді (H2S) және көміртегі диоксиді (CO2) құрамы бар қызмет көрсету ортасында жұмыс істегенде қоспалы болат құбырлар кернеу коррозиясының трещинкаларына қарсы көбірек төзімді болып табылады. 2023 жылы жүргізілген соңғы өрістік сынақтар теңіздің терең жерлерін бұралау барысында қызықты нәтиже көрсетті: екі фазалы аустенитті-ферритті болат қоспалары сульфидті сутегі трещинкаларын 15000 psi қарқынды қысымға дейін көтере алады. Алайда, стандартты API 5L көміртекті болат ұқсас жағдайларда 12-18 айдан кейін жарамсыз болып қалады. Бұл қоспалардың беріктігі неде? Олардың ерекше тұрақты аустенитті-ферритті микрояпрағы осында үлкен рөл атқарады. Бұл құрылым жүйедегі H2S деңгейі миллиондағы 50 бөлікке дейін көтерілген кезде де сутегілік әлсіздік мәселелеріне төзімді тұрады. Терең ұңғымалар жобалары бойынша жұмыс істейтін инженерлер үшін осындай материалдық өнімдердің айырмашылығы ұзақ мерзімді жөндеу жоспарлауында үлкен рөл атқарады.
Балқыту құбырлары көміртегі болаттан 30–50% қымбаттау болса да, олардың қызмет ету мерзімі 25 жылдан асады, соның нәтижесінде циклдік шығындар 70% төмендейді. Мұнай өңдеу және жержылы жылу энергетикасы салаларындағы операторлар құбырлардың ауыстырылуын азайтып және ақаулар салдарынан болатын өндіріс шығындарын азайтып, 3–5 жыл ішінде күтілетін нәтижеге қол жеткізеді.
Қысымы 10 000 psi асатын мұнай мен газ операцияларында құбырлардың қауіпсіздік буферін қамтамасыз ететін қоспалар стандартты материалдармен сәйкес келмейді. Бұл арнайы құбырлар әдетте 70k-пен 120k psi аралығындағы аққыштық беріктігіне ие, яғни құбырларда қысым кенет көбейген кезде төтеп бере алады. Олардың кейбір қолданыстар үшін одан әрі жақсы екені сутегі сульфидіне бай ортада жиі кездесетін сульфидті коррозиялық трещинадан қорғайтын хром мен молибден элементтерін қосу арқылы артады. Стандартты көміртекті болат 800 градус Фаренгейт (шамамен 427 Цельсий) температурадан жоғары болса өзгеріп, пішіні бұзылады, соның нәтижесінде жүйенің маңызды нүктелеріндегі тығыздықтарда, мысалы, ұңғыма төбесі мен компрессорлық станцияларда әртүрлі мәселелер туындайды. Нақты осы тұрақтылық өте ауыр жағдайларда ұзақ мерзімді сенімділігі үшін көптеген операторлар қоспа құбырларды таңдайды.
Қоспалы құбырлар 15 000 psi-дан асатын қысымға төт бере алатын және тұзды су коррозиясынан зиян келтіретін субсеа жабдықтарында, мысалы, құбырларды үзгіштер мен жаңа жыл ағаштарында маңызды рөл атқарады. Құрлықтық операциялар да гидр түрде 9000-15000 psi аралығында жұмыс істейтін және стандартты бөлшектерді тозытатын өте қатты тозуға тұрақты фрекинг сұйықтарымен тәжірибе жасайды. Мұнай өрістерінен соңғы деректер қоспа құбырлары бар бұрғылау қондырғылары дәстүрлі көміртегі болатынан 40 пайызға аз күтпеген тоқтап тұрғанын көрсетеді. Негізгі себеп? Бұрғылау операциялары кезінде қайта-қайта келіп тұратын кернеу циклдарына қоспалардың төт бере алатындығы.
2021 жылы Луизиана жағалауында болған оқиға компаниялар қышқыл газ құбырлары үшін қорытпалы құбырларды пайдаланбаса не болатынын көрсетті. Сулы сутегі сульфидін тасымалдайтын көміртегі болатынан жасалған құбырлар жұмыс істеуге кіріскеннен кейін 18 ай өткен соң проблемалар көрсетті. Сутегі индукциялық коррозияның салдарынан компанияның барлығын апатты жағдайда ауыстыру үшін шамамен сегіз миллион доллар жұмсауына тура келді. Металлургтер зерттеген кезде осындай құбырлардың тек қана коррозияның әсерінен салмағының 0,35% кемігенін анықтады. Бұл шынында да қорытпалы болат опциялары үшін әдетте болатыннан үш есе көп. Аймақтағы басқа да кәсіпорындарды қарастырған кезде қорытпалы құбырларды пайдаланғандарында нәтижелердің әлдеқайда жақсы екенін байқауға болады. Олардың жыл сайынғы коррозиялық шығындары он жыл бойы үздіксіз жұмыс істегеніне қарамастан 0,1% төмен болып қалды.
Materials Science Today журналы өткен жылы хабарлағандай, қазіргі жаңа құбырлар енді ерекше болат құрылымдары мен хром мен молибденнің тиімді тепе-теңдік мөлшерін пайдаланып жасалынуда, бұл кәдімгі көміртекті болатқа қарағанда шамамен 30-50 пайызға артық беріктік көрсетеді. Бұл дегеніміз өндірушілердің өзгерістерге ұшырайтын материалдарды өңдеу процесін бақылау мүмкіндігін алады, сондықтан 15 000 psi қысымнан асқан жағдайда құбырлардың кенет сынбайтындығын қамтамасыз етеді. Биылдың басында Advanced Engineering Materials журналында жарияланған зерттеу қызықты нәтиже көрсетті: титанмен тұрақтандырылған кейбір қорытпалар минус 50 градус Цельсий температурада да иілгіш қалпын сақтайды. Сонымен қатар, сутегі әсерінен жарылмайды, оларды Арктик аймақтарындағы температураның үнемі төмен болуына байланысты құбыр өткізу жолдары үшін ерекше тиімді таңдауға мүмкіндік береді.
Қоспа түтіктер шынында 600 градустан жоғары температура әсер еткен кезде ползуге қарсы тұру қабілеті жағынан кәдімгі болатқа қарағанда 40 пайызға дейін жақсырақ болып келеді. Бұл қасиет олардың кеңеюін қысқартады, өйткені кейбір элементтер, мысалы, ванадий мен ниобий карбидтер түзеді, олар инженерлердің дән шекараларының сырғанауы деп атайтын құбылысқа қарсы тұрады. Нақты тұрғыдан қарағанда, электр станциялары үшін осындай қоспа түтіктер стандартты материалдармен салыстырғанда әлдеқайда ұзақ қызмет етеді, өйткені көптеген өнеркәсіптік орталарда қазіргі таңда кездесетін тұрақты температура циклдары нәтижесінде олар он екіден он сегіз айға дейін ғана қызмет етеді.
Қорытпалы құбырлардың қабырғасының қалыңдығын тиімді ету қысымды ұстап тұруға және материалдың тиімділігіне әсер етеді. Сұйық динамикасы журналы (2023) 5000 psi жағдайында қабырғаның қалыңдығын 12% арттыру жарылу қаупін 34% кемітетінін көрсетеді. Негізгі жобалау ерекшеліктеріне кіреді:
Жұқа қабырғалар тұрақты, төменгі тұтқырлы сұйықтарға сәйкес келеді, ал үйкеліс тудыратын қоспалар қалың қабырғаларды талап етеді. Құбырдың әрбір сызықтық футының материалдық құнын 18–22% арттыратын шығындарды артық есептеу қауіпсіздікті нақты жақсартпайды.
Қорытпалы болат құбырлардың металлургиялық бүтіндігін сақтау үшін арнайы пісіру қажет. Жоғары көміртегі эквиваленттері (CE ≤ 0,45) сутегі трескінін болдырмау үшін 300–400°F дейін алдын ала қыздыруды талап етеді. Жергілікті деректер келесіні көрсетеді:
| Фактор | Ақау пайызының азаюы |
|---|---|
| Басқарылатын аралық температура | 41% |
| Соңғы пісіру өңдеуі | 29% |
Жиі кездесетін жасалу кемшіліктері:
Дұрыс жұмыс әдістерін бекіту жазбалары (PQR) жоғары қысымды қызмет көрсету бойынша ASME B31.3 стандарттарына сәйкестікті қамтамасыз етіп, осындай қауіптерді тиімді түрде болдырмауға көмектеседі.
Қорытпалы құбырлардың басымдылығы олардың жоғары беріктігі, экстремалды температураға төзімділігі және көміртегі болат құбырлармен салыстырғанда жоғары қысымды көтере алу қабілетінде.
Хром мен молибден сияқты элементтерді қосу қорытпалы құбырлардың тұрақтылығы мен коррозияға төзімділігін арттырады.
Қорытпалы құбырлар әлсіреуге және коррозияға аз бейім, сондықтан жөндеу жиі қажет емес және жұмыс үзілістері азаяды.
Негізгі қиыншылықтар металлургиялық бүтіндікті сақтау үшін арнайы дәнекерлеу процесстерін қолдануды және сутегі трескіні сияқты мәселелерден құтылу қажеттілігінде.
EN
