Ұзақ қашықтықтағы табиғи газ тасымалдау үшін жолдық құбырлар қандай қысым рейтингін сақтауы керек?

Табиғи газ тасымалдау үшін жабдықталған құбырлардың қысым рейтингі қалай анықталады

Орталық табиғи газ операцияларындағы жабдықталған құбырдың рөлі

Құбырлар табиғи газды өндіру операцияларының ортаңғы сатылары арқылы тасымалдау үшін маңызды рөл атқарады, оны жерден шығарып алатын жерден өңдеуге жіберіп, содан кейін тұтынушыларға жеткізетін орындарға дейін тасымалдайды. Осындай жүйелерде пайдаланылатын болат құбырлар кейде 1000 psi-дан асатын ішкі қысымға төтеп беруі керек, сонымен қатар құбырлардың ұзындығы жүздеген шақырымдарға созылып жатса да, сынбай немесе бұзылмай ұстап тұруы тиіс. Қазіргі кездегі газ құбырлары жиі ерекше болаттан жасалған API 5L стандартына сәйкес келеді, оның X70 және X80 маркалары жиі пайдаланылады, себебі олар пайдалану кезінде көп кернеуге шыдайтын және орнату процесін жеңілдететін пісіру процесстеріне төтеп бере алады. Құбыр түрін таңдаған кезде инженерлер тек қана қысымға шыдамдылығын емес, сонымен қатар қоршаған орта факторларын да ескеруі тиіс, мысалы, жер астындағы топырақ немесе тау жынысының түрі мен маусымдық температура өзгерістері, себебі бұл факторлар құбырлардың ұзақ мерзімді пайдалануына әсер етеді.

Қысым рейтингін есептеу негізіндегі негізгі принциптер

Қысым рейтингін анықтауға үш негізгі фактор әсер етеді:

1. Материалдың аққыштық шегі : Жоғары сортты болаттар (X80—X120) қауіпсіздік шектерін сақтай отырып, қабырғалардың жұқа болуына мүмкіндік береді
2. Конструкциялық коэффициент : Қосылыстар мен материал ауытқуларын ескеріп, ASME B31.8 стандарты бойынша газ құбырлары үшін әдетте 0,72 тең
3. Температураны Компенсациялау : Әрбір 50°F температура көтерілуі көміртекті болат құбырларда рұқсат етілген кернеуді 3% азайтады

Формула P = (2 – S – t – F – E) / D төмендегілерге сәйкес негізгі талаптарды белгілейді:

Айнымалы	Анықтама	Типтік мән аралығы
P	Жұмыс қысымы (psi)	500—1,500
S	Көрсетілген ең аз аққыштық беріктігі	42,000—120,000 psi
t	Қабырға қалыңдығы (дюйм)	0.25—1.25
F	Конструкциялық коэффициент	0.6—0.8
E	Бойлық жалғау коэффициенті	1.0 шыбыс құбыр үшін
D	Сыртқы диаметр (дюйм)	12—48

Барлоу формуласы мен Қабырға қалыңдығы, Диаметр және Қысым арасындағы байланыс

Барлоу формуласы P тең 2St бөлінген D-ге тең болады, бұл құбыр желілерін жобалау кезінде қауіпсіз қысымдарды есептеудің негізі болып табылады. Мысалы, 36 дюймдік құбырды қарастырайық, оның қабырғасының қалыңдығы бір дюймнің үш ширегін құрайды, ал ол Х70 болаттан жасалған, оның әкету шегі 70 мың psi құрайды. Біз сол сандарды формуламен есептегенде, максималды жұмыс қысымы шамамен 1167 psi болады, бұл көбінесе трансмиссионды желілердің қажеттілігіне сәйкес келеді. Инженерлер сонымен қатар бұл математикалық негіздің барлығы жоғары қысымды жүйелердің соңғы жылдары 24-30 дюйм аралығындағы кіші құбырларды, бірақ қабырғалары кемінде бір дюйм қалыңдықта таңдауға бейімделіп отырғанын байқаған. Бұл көші өткен ғасырларда пайдаланылған 48 дюймдік құбырлардың орнына келеді. Пайдалану нәтижелері де шынайы қауіпсіздік артуда және компаниялар әрбір шақырым құбыр салған сайын материалдар бойынша 18-22 пайыз үнемдеуде.

Құбыр желісінің қысымдық өткізгіштігіне әсер ететін маңызды факторлар

Жоғары қысымды айдау құбыры үшін материалдың беріктілігі мен сынып таңдау

Болат сыныбының таңдауы құбыр қандай қысымға шыдайтынын анықтайды. Көбінесе заманауи құбырлар 70 000 psi-дан асатын ақпарат беру шегі бар материалдар болғандықтан API 5L X70 немесе X80 сыныптарын таңдайды. Бұл жоғары беріктік болаттарының құндылығы олардың қабырғалары жұқа болса да өзінің өнімділігін сақтауында, табиғи газ жүйелерінде 1500 psi-дан жоғары қысқыш қысымды сақтап тұруға мүмкіндік береді. Бірақ бұл күшейтілген сыныптармен жұмыс істегенде инженерлерге қосылыстардың сапасын тексеру мен материалдың коррозияға тұрақтылығын қамтамасыз ету керек. Егер газ көміртегі сульфидінің 0,05 миллионға дейінгі концентрациясынан асатын болса, бұл әсіресе маңызды болып табылады.

Айдау құбырының бүтіндігіне жұмыс істеу температурасының әсері

Температура өзгерістері құбырлардың өзгерісіне әсер етеді, кейде материалдық сипаттамаларды 2023 жылы NACE International жүргізген зерттеу нәтижесінде 15% дейін өзгертеді. Нағыз суық болғанда, мысалы, Фаренгейт бойынша -40 градусқа дейін, көміртекті болат сынғыш болып бастайды және қысымды көтере алмайды, кейбір сынақтар қысымға төзімділіктің 20-30 пайызға дейін төмендеуін көрсетеді. Керісінше, температура 120 градус Фаренгейттен жоғары көтерілгенде құбыр жүйелеріндегі кернеулі коррозиялық жарылуды жылдамдататыны белгілі. Әдемі жағдайда, қазіргі уақытта құбырлардың температурасын тұрақты ұстайтын арнайы жылу оқшаулау қаптамалары бар, әдетте сыртта болып жатқан температурадан плюс немесе минус 25 градус шегінде ұстайды. Бұл Түркия аумағында үш мың мильден астам созылып жатқан Транс-Анатолиялық құбыр сияқты үлкен қашықтықтардағы бүкіл жүйені қорғауға көмектеседі.

Ұзақ қашықтықты құбыр өткізу жобалауындағы диаметр мен қабырға қалыңдығының ерекшеліктері

Барлоу формуласы P=2St/D негізінде бізге қабырғаның қалыңдығы, түтік диаметрі және қысымның бір-біріне қалай байланысты екенін көрсетеді. Нақты сандарға назар салайық: 36 дюймдік түтік пен қабырғаның қалыңдығы бар болса, ол 1200 фунт/квадрат дюйм қысымға шыдайды, бұл өнімнің үлкен көлемін тасымалдау үшін өте жақсы. Бірақ қабырғаның қалыңдығы сол болып 12 дюймдік түтікке өтсек, қысым 3600 psi-ға дейін көбейеді. Көп жағдайда магистралды құбырлар диаметрінің қабырға қалыңдығына қатынасы 40:1 мен 60:1 аралығында болады, себебі осы аралықта қысымды ұстап тұру мен болаттың артық шығындалмауының арасындағы тиімді тепе-теңдік орнайды. Ал Rockies Express Pipeline таулы аймақтар арқылы өткенде қысымның өсуіне байланысты қабырғаның қалыңдығын шамамен 18 пайызға арттырған. Бұл түсінікті де, өйткені ешкім еріксіз жағдайлар кезінде құбырдан су ағуын қаламайды.

Табиғи газ тасымалдау үшін құбырлардың жұмыс қысымының көп тараған аралығы (500—1500 psi)

500—1500 psi Қашықтықты газ құбырлары үшін Стандартты диапазон болып табылатын себептері

Көпшілік табиғи газ желілері 500-ден 1,500 psi-ға дейінгі аралықта жұмыс істейді, себебі олардың тасымалдау қабілеті мен құбырларды салу және пайдалану тиімділігін салыстырғанда оптималды нүкте ретінде қабылданған. Компаниялар қысымды көтерген кезде газдың бірдей көлемін тасымалдау үшін нақты 30% кішірек диаметрлі құбырлар қажет болады. Бірақ бұл жолмен 1,700-2,000 psi аралығынан өткен кезде материалдар мен қауіпсіздік шаралары қымбаттау болып кетеді. Бұл жағдайда операторлар негізінен пайдаланатын API 5L Grade X60-X70 болатын сыналатын аралық жақсы сәйкес келеді. Бұл болаттар өзінің ақпараттық шегінен 1,8-2,2 есе артық қауіпсіздік шегін сақтап, инженерлердің маңызды жүйелерді жобалау кезінде оңай жұмыс істеуіне мүмкіндік береді.

Жоғары қысымды сына жүйелерінде ағын тиімділігі мен қауіпсіздікті тепе-теңдікте ұстау

Операторлар бірнеше негізгі тәжірибелер арқылы қысымды тиімді қолданады:

• Ағын жылдамдығын басқару : ASME B31.8 ұсынған 50 фут/сек шамасынан төмен жылдамдықты ұстау эрозияны азайту үшін
• Қысым циклін шектеу : Қатты әсер етуді болдырмау үшін 10% артық ауытқуларды шектеу
• Коррозияға рұқсат етілетін қосымшалар : Жоғары қауіп аймақтарында 0,125—0,250 дюйм қосымша қабырға қалыңдығын қосу

Қазіргі заманғы құбыр өткізу желілері талаптардың өсуі немесе температура өзгерістері кезінде ағындарды нақты уақытта бейге қою арқылы 1200 psi қысымда 98,7% қолжетімділікке қол жеткізеді.

Зерттеу жағдайы: Құрамындағы Қысымның Өнімділігі Ұлттық және Трансконтиненталды Құбыр өткізу желілерінде

Трансконтиненталдық құбырөткізгіш 1,800 мильдік аумақты қамтиды, ол 0,75 дюйм қалыңдығы бар Х70 болат құбырларын пайдаланып шамамен 1,480 psi қысыммен жұмыс істейді. Бұл жүйе он бес жылдан астам уақыт бойы температура минус жиырма градустан 120 градусқа дейін тербеліп тұрса да, 99,4 пайызын құрайтын қысымды ұстап тұру көрсеткішін сақтап келеді. Бұл нәтижелер 500-ден 1,500 psi аралығындағы құбырлардың ұзақ уақыт бойы қаншалықты жақсы жұмыс істей алатынын көрсетеді. Кезең-кезең сайынғы тексерулер қабырғаның қалыңдығы жылына бар болғаны 0,003 пайызға дейін кеміп жатқанын анықтады, бұл қабылданған материалдың 12,5 пайызын ASME B31.8 стандарты белгілеп берген шектік мәннен анағұрлым төмен. Мұндай аз тозу құбырөткізгіштің барлық өмір сүру кезеңінде пайдаланылған материалдардың сапасы мен жөндеу жұмыстарының дұрыс орындалуын көрсетеді.

Құбыр Қысымының Белгіленуі Бойынша Стандарттар Мен Сәйкестік

ASME B31.8 және API 5L: Табиғи Газ Қолданысы Үшін Құбырлар Үшін Негізгі Стандарттар

Америкалық механика инженерлер қоғамының ASME B31.8 стандарты табиғи газ тасымалдау үшін қолданылатын жолдық құбырлардың жобалау ережелерін, қажетті материалдарды және сынау тәсілдерін анықтайды. Бұл стандартқа сәйкес, су сынақтары кезінде құбырлар өзінің қалыпты жұмыс қысымынан 1,25 есе артық қысымға төтеп беруі тиіс, бұл қателіктерге жол беріп, қауіпсіздікті қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, болат құбырлардың химиялық құрамы мен беріктік қасиеттеріне назар аударатын API 5L стандарты да бар. X70 және X80 маркалы құбырлар нақты түрде 80 000 фунт/квадрат дюйм (psi) қысымға дейінгі кернеуге төтеп бере алады. Бұл екі нұсқаулық жиынтығы пісіру кезінде металдардың дұрыс балқып жатқанын, кернеу кезінде жарылымдардың таралу ықтималдығын және қысымның жоғары болған жерлерде құбыр қабырғаларындағы коррозияны тоқтату жолдарын қарастыруға көмектеседі.

Халықаралық құбыр өткізу жобаларындағы аймақтық айырмашылықтар мен сәйкестік қиындықтары

Халықаралық шекаралардан өтетін құбырлармен жұмыс істейтін компаниялар әртүрлі аймақтардағы әртүрлі стандарттарға бейімделуі тиіс. Мысалы, Еуропаның EN 14161 стандарты Азияның GB/T 9711 стандартымен салыстырғанда нақтырақ болып табылады. Еуропалық стандарт API 5L спецификацияларында қажеттіліктен гөрі жоғары пластикалық қасиетті талап етеді. API 5L сынған кезде шамамен 18% ұзаруға рұқсат ететін болса, EN 14161 кем дегенде 25% ұзаруды талап етеді. Бұл инженерлердің материалдарды таңдау кезінде оларды түзетуіне әкеледі. Бұл тек материалдар ғана емес, сонымен қатар қысымды сынау процедуралары да әртүрлі болып келеді. Еуропа пайдаланудың гидравликалық сынақтан өткеннен кейін 30 минут құбырлардың тұрақтылығын сақтауды талап етеді, бұл басқа аймақтардағы қысқа уақыт күтумен салыстырғанда қарсы қойылады. Барлық осындай ретсіз талаптар жобаның мерзімін шамамен 15-20 пайызға ұзартады. Бірақ осы қосымша қадамдардың арқасында құбырлар жұмыс істейтін жерде жергілікті қауіпсіздік талаптары мен экологиялық нормаларға сәйкестілік қамтамасыз етіледі.

Сызықтық құбыр қысымы технологиясындағы тенденциялар мен болашақ даму

Энергетикалық сұранысты қанағаттандыру және әсер ету дәрежесін арттыру үшін құбыр өткізу жүйесін басқару әдістері дәстүрлі шектеулерден тыс дамып келеді. Жаңа материалдарды дамыту мен қысымды ұстап тұру қабілетін арттыруға бағытталған жаңалықтар енгізілуде.

Құбыр өткізгіштің әсер ету дәрежесі мен өткізу мүмкіндігін арттыру үшін қысым рейтингін көтеру

Қазіргі кезде құбырлар 1500-ден 2000 psi дейінгі қысымда жұмыс істейді, бұл 2010 жылдардың көп бөлігінде біз 500-ден 1500 psi аралығында көрген жағдайға қарағанда анағұрлым жоғары. Сонымен қатар, қызықты нәрсе – бірдей құбыр өлшемі арқылы 18-22 пайызға артық ағын өткізу мүмкіндігі пайда болды. Жоғары қысым өндірістік орындарға тасымалдау үшін материалдарды тасымалдау қашықтығын арттырады. Құбырлардың материалдарын зерттеген кейбір соңғы зерттеулер де айтарлықтай нәтижелер берді. Инженерлер құбырдың жалпы диаметріне қатысты қабырға қалыңдығын дұрыс есептеп шыққан жағдайда, X80 және X100 болат маркалары осы жоғары қысым жағдайларында өте жақсы көтереді. Бұл тұжырымды соңғы бір жыл ішінде жарияланған бірнеше материалтану ғылымының мақалалары да растады.

Жоғары жұмыс қысымы үшін құбыр материалдары мен жобалаудағы жаңалықтар

Құбыр өткізу жолын салуды қайта пішіндеуге үш технологиялық жаңалық әсер етуде:

• Жоғары энтропиялық қорытпалар : Сутегінің әлсіреуіне 40% төзімділігі жоғары хром-никель-кобальт қоспаларын көрсету
• Құрама ылғалдайтын жіктер : Кернеу концентрациясының қаупін 31% азайтатын шыны талшын қосылған материалдар
• Ақылды қалыңдық карталары : Өндіріс кезінде қабырға қалыңдығын динамикалық түрде реттейтін жасанды интеллект жүйелері

Бұл инновациялар сынақтық құбырөткізгіштердің сутегі тасымалдау сынақтарында 2500 psi астам қысымды қауіпсіз ұстап тұруына мүмкіндік берді және декарбонизация мақсаттарын қауіпсіздікті бұзбай қолдайды.

Жиі қойылатын сұрақтар

1. Табиғи газ құбырларының әдеттегі жұмыс қысымы қандай?
Табиғи газ құбырларының әдеттегі жұмыс қысымы әдетте 500-1500 psi аралығында болады. Бұл аралық энергия тасымалдау тиімділігі мен жөндеу шығындарын теңестіру үшін таңдалған.

2. Неліктен құбырларда Х70 және Х80 сияқты жоғары беріктік болат маркалары қолданылады?
Құбырлардың өз бетінде қалыңдығы аз болса да, жоғары қысымға төтеп бере алатын және өнімділікті сақтауға мүмкіндік беретін X70 және X80 сияқты жоғары беріктік болатын маркалар қолданылады.

3. Температура құбырлардың бүтіндігіне қалай әсер етеді?
Температураның тербелісі құбырлардың материалдық сипаттамаларын өзгертуі мүмкін. Өте суық немесе ыстық температура құбырлардың сығылғыштығын немесе кернеулі коррозиялық жарылуын үдетуі арқылы жалпы бүтіндікке әсер етуі мүмкін.

4. Құбырлар материалындағы заманауи жаңалықтарға нелер жатады?
Заманауи жаңалықтарға жоғары энтропиялық қорытпалар, композитті арматуралы дәнекерлер және қысымдық сыйымдылықты максималдандыру мен құбырлардың қауіпсіздігін арттыруға бағытталған ақылды қалыңдықты карталап шығу кіреді.

5. Құбырлар салу мен қауіпсіздікті реттейтін негізгі стандарттар қандай?
ASME B31.8 стандарты мен API 5L стандарты құбырларды салу, қауіпсіздік сынақтарын және материалдық талаптарды жүргізуге нұсқау беретін негізгі реттеушілер болып табылады.