تحليل شامل لتصنيف أنابيب الكربون الصلب غير الملحومة: من المعايير الوطنية إلى سيناريوهات الاستخدام

مقدمة: لماذا يُعد تصنيف الأنابيب الفولاذية الكربونية بدون لحام أمراً حاسماً؟

تلعب الأنابيب الفولاذية الكربونية بدون لحام، التي تُعتبر بمثابة «الأوعية الدموية» للصناعة، أدواراً محورية في نقل السوائل، ونقل الضغط، ودعم الهياكل في قطاعات مثل النفط والكيماويات والطاقة وتصنيع الآلات. وتفرض ظروف التشغيل المختلفة متطلبات أداءٍ متفاوتةٍ جداً على مواد الأنابيب — بدءاً من نقل السوائل العادية عند درجة حرارة وضغط عاديين، ووصولاً إلى خطوط أنابيب البخار العاملة في ظل درجات حرارة وضغوط مرتفعة، ومن الهياكل الإنشائية العامة إلى المعدات الأساسية في محطات الطاقة النووية. وإن الاختيار الصحيح لدرجة الأنبوب الفولاذي الكربوني بدون لحام لا يؤثر فقط في جودة المشروع وسلامته، بل ويؤثر أيضاً تأثيراً مباشراً في الجدوى الاقتصادية للاستثمار المشروع.

ستوضح هذه المقالة بشكل منهجي نظام التصنيف الخاص بالأنابيب الفولاذية الكربونية غير الملحومة، بدءًا من المعايير المُطبَّقة ودرجات المواد وعمليات التصنيع وحتى متطلبات الفحص، مما يساعدك على إيجاد أنسب مسار لاتخاذ القرارات العلمية في المتاهة المعقدة لاختيار المواد.

أولاً: أبعاد التصنيف الأساسية للأنابيب الفولاذية الكربونية غير الملحومة
يتجلى تصنيف الأنابيب الفولاذية الكربونية غير الملحومة أساسًا في أربعة أبعاد: درجة المعيار المُطبَّق، ودرجة المادة، ودرجة جودة التصنيع، ودرجة ظروف التشغيل.

١.١ التصنيف وفق المعايير المُطبَّقة
تتبع إنتاج واستخدام الأنابيب الفولاذية الكربونية غير الملحومة في بلادنا بشكل رئيسي المعايير الوطنية الأساسية التالية، والتي تشكِّل بحد ذاتها تصنيفًا مهمًّا:

رمز المعيار | الاسم الكامل للمعيار | الاستخدام الرئيسي

GB/T 8163 أنابيب فولاذية غير ملحومة لنقل السوائل | نقل السوائل العامة مثل النفط والغاز والنفط والماء والهواء وغيرها.

أنابيب فولاذية غير ملحومة وفق المعيار GB 3087 للغلايات ذات الضغط المنخفض والمتوسط | البخار الساخن الزائد، والماء المغلي، إلخ. في الغلايات ذات الضغط المنخفض والمتوسط

أنابيب فولاذية غير ملحومة عالية الضغط وفق المعيار GB 6479 لمعدات الأسمدة | معدات وأنابيب الأسمدة عالية الضغط، بما في ذلك الظروف منخفضة الحرارة

أنابيب فولاذية غير ملحومة وفق المعيار GB 9948 لوحدات تكسير النفط | وحدات تكسير النفط، حيث لا يناسب المعيار 8163 استخدامها

أنابيب فولاذية غير ملحومة وفق المعيار GB/T 5310 للغلايات عالية الضغط | أنابيب نقل البخار الساخن الزائد للغلايات عالية الضغط

أنابيب فولاذية غير ملحومة وفق المعيار GB/T 8162 للاستخدام الهيكلي | الهياكل العامة الهيكلية والميكانيكية، مثل أجزاء المباني والآلات

أنابيب فولاذية وفق المعيار GB/T 9711 لنقل النفط والغاز في قطاع النفط والغاز | خطوط أنابيب النفط والغاز لمسافات طويلة

جدير بالذكر أن المجالات الخاصة مثل محطات الطاقة النووية لها معايير تصنيف محددة. فعلى سبيل المثال، يحدد المعيار GB/T 24512.1 متطلبات التصنيف للأنابيب الفولاذية الكربونية غير الملحومة المستخدمة في محطات الطاقة النووية، وهو ينطبق على المعدات من الفئة ١ و٢ و٣.

١.٢ التصنيف حسب درجة المادة

تشمل الدرجات الشائعة للمواد المستخدمة في الأنابيب الفولاذية الكربونية غير الملحومة ما يلي:

سلسلة الفولاذ منخفض الكربون: الفولاذ رقم ١٠ ورقم ٢٠ – تُستخدم أساسًا في خطوط أنابيب نقل السوائل

سلسلة الفولاذ متوسط الكربون: الفولاذ رقم ٣٥ ورقم ٤٥ – تُستخدم أساسًا في أجزاء التصنيع الميكانيكي

سلسلة السبائك منخفضة التركيز: Q345 (16Mn)، و09MnV – تُستخدم في التطبيقات التي تتطلب مقاومة أعلى.

ثانيًا: تحليل متعمق لدرجات المعايير الأساسية

٢.١ الأنابيب الفولاذية غير الملحومة لنقل السوائل (GB/T 8163)

هذا هو المعيار الأساسي الأدنى للأنابيب الفولاذية الكربونية غير الملحومة، وينطبق على ظروف وسائط النفط والغاز والنفط والمرافق العامة، حيث تكون درجة حرارة التصميم أقل من ٣٥٠°م، والضغط أقل من ١٠,٠ ميجا باسكال.

درجات المواد: ١٠، ٢٠، Q345، وغيرها.

متطلبات الفحص: تحليل التركيب الكيميائي، واختبار الشد، واختبار التسطيح، واختبار الضغط الهيدروستاتيكي إلزامية. وقد يُشترط إجراء اختباري التوسيع والثني البارد وفقًا للاتفاق.

عملية التصنيع: تُصهر أساسًا في أفران الأبواب المفتوحة أو المحولات، مما يؤدي إلى وجود شوائب وعيوب داخلية نسبيًّا أكثر.

السياقات الملائمة للاستخدام: خطوط الأنابيب الصناعية العامة، وأنظمة معالجة المياه، ونقل السوائل ذات الضغط المنخفض.

2.2 الأنابيب الفولاذية غير الملحومة الخاصة بالغلايات ذات الضغط المنخفض والمتوسط (المعيار الصيني GB 3087): معيارٌ مُصمَّم خصيصًا لأنظمة الغلايات، ويُطبَّق على خطوط أنابيب البخار المحمَّص زائدًا والماكينة المغلية في الغلايات ذات الضغط المنخفض والمتوسط.

درجات المادة: 10، 20

متطلبات الفحص: بالإضافة إلى الاختبارات العامة، يُشترط إجراء اختبار الثني البارد.

عملية التصنيع: مشابهة لتلك الخاصة بالمعيار 8163، وتُصهر في أفران الأبواب المفتوحة أو المحولات، مع متطلبات أعلى نسبيًّا لمراقبة الجودة.

السياقات القابلة للتطبيق: خطوط أنابيب البخار العامة في الغلايات، ومحطات توليد الطاقة، وأنظمة التدفئة، والمنشآت البتروكيماوية.

2.3 الأنابيب الفولاذية غير الملحومة المستخدمة في تكسير النفط (المعيار GB 9948): مُصمَّمة خصيصًا لوحدات تكرير النفط، ومناسبة للتطبيقات التي لا تكون فيها الأنابيب الفولاذية حسب المعيار GB/T8163 مناسبة.

درجات المواد: 10، 20؛ وتشمل سلسلة فولاذ الكروم-الموليبدنوم: 12CrMo، 15CrMo، وغيرها.

متطلبات الفحص: بالإضافة إلى الاختبارات الأساسية، يُشترط إجراء اختبارات التوسيع (Flaring) واختبارات الصدم (Impact)، وتكون متطلبات الفحص صارمة جدًّا.

عملية التصنيع: تعتمد أساسًا على صهر الأفران الكهربائية مع تنقية الصهارة في الحوض (Ladle Refining)، ما يؤدي إلى عدد أقل نسبيًّا من العيوب التركيبية والداخلية.

السياقات القابلة للتطبيق: وسائط النفط والنفط والغاز ذات درجات حرارة التصميم التي تتجاوز 350°م أو الضغوط الأعلى من 10.0 ميجا باسكال؛ والأنابيب العاملة في بيئات قريبة من الهيدروجين؛ والبيئات المعرَّضة لتآكل الإجهاد.

2.4 أنابيب فولاذية غير ملحومة لتجهيزات الأسمدة ذات الضغط العالي (المعيار الوطني GB 6479): مناسبة لتجهيزات الأسمدة وخطوط الأنابيب ذات الضغط العالي، وتغطي ظروف التشغيل القاسية التي تتراوح درجة حرارتها بين -٤٠°م و٤٠٠°م، والضغط بين ١٠,٠ و٣٢,٠ ميجا باسكال.

درجات المواد: ١٠، ٢٠G، ١٦Mn، وغيرها.

متطلبات الفحص: اختبارات التوسيع واختبارات الصدم المفروضة إلزاميًّا وبصرامة، مع متطلبات خاصة تتعلق بمتانة الصدم عند درجات الحرارة المنخفضة.

عملية التصنيع: يحدد المعيار نفسه متطلبات تنقية الصلب في القدر (Ladle Refining)، مما يقلل من الشوائب والعُيوب الداخلية إلى أدنى حدٍّ ممكن، ويؤدي إلى الحصول على أعلى جودة ممكنة.

السياقات التطبيقية: البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة (أقل من -٢٠°م)؛ الوسائط الكيميائية ذات الضغط العالي؛ الحالات التي تتطلب متطلبات سلامة عالية جدًّا.

2.5 أنابيب فولاذية غير ملحومة للغلايات ذات الضغط العالي (المعيار الوطني GB/T 5310): معيارٌ متخصصٌ لأنظمة الغلايات ذات الضغط العالي، ويُطبَّق على وسائط البخار الساخن الزائد في الغلايات ذات الضغط العالي.

درجات المواد: ٢٠G؛ وسلسلة فولاذ الكروم-الموليبدنوم التي تشمل ١٥MoG، ٢٠MoG، ١٢CrMoG، ١٥CrMoG، وغيرها.

متطلبات الفحص: ما يعادل المعيار 6479، مع الالتزام الصارم باختبارات التوسيع والتأثير.

عملية التصنيع: تنقية بالملعقة، ونوعية ممتازة جدًّا للمواد.

المقارنة المرجعية الدولية: تتوافق درجة الفولاذ 20G حسب المعيار الصيني GB/T 5310 مع درجة الفولاذ ASME SA-106 Gr.B، ويمكن استخدامهما بشكل متبادل في المشاريع الهندسية الدولية.

2.6 الأنابيب الفولاذية غير الملحومة المستخدمة في الأغراض الإنشائية (GB/T 8162): على عكس التطبيقات المذكورة أعلاه الخاصة بنقل السوائل، فإن هذا النوع من المنتجات يُستخدم في الهياكل العامة والهياكل الميكانيكية.

درجات المواد: 10، 20، 35، 45، Q345، 20Cr، 40Cr، 15CrMo، إلخ.

الدقة الأبعادية: تصنَّف إلى أربعة مستويات D1–D4 وفقًا لانحراف القطر الخارجي، وتصل أعلى دقة إلى ±0.50% (بحد أدنى ±0.10 مم).

السياقات التطبيقية: الجسور، المباني، الأجزاء الميكانيكية، المكونات الحاملة للأحمال في المركبات، الدعامات الهيدروليكية، إلخ.

ثالثًا: تصنيف درجات جودة التصنيع ومنطق الاختيار

3.1 تصنيف درجات الجودة من الأدنى إلى الأعلى

استنادًا إلى عمليات الصهر ومتطلبات الفحص والأداء العملي في الاستخدام، فإن درجات جودة التصنيع لمعايير أنابيب الصلب المذكورة أعلاه مرتبة على النحو التالي:

GB/T 8163 < GB 3087 < GB 9948 < GB/T 5310 < GB 6479

ويتم الترتيب من الأدنى إلى الأعلى. ومن الجدير بالذكر أن معيار GB 6479 يحتل المرتبة الأولى بين درجات الجودة نظرًا لمتطلباته الخاصة المتعلقة بمدى مقاومة التأثير عند درجات الحرارة المنخفضة، وكذلك أكثر لوائح تنقية البوتجة صرامةً.

3.2 منطق اختيار النوع الأساسي

عند الاختيار الفعلي في المشاريع الهندسية، ينبغي اتباع مبادئ اتخاذ القرار التالية:

**مبدأ مطابقة ظروف التشغيل:** استخدم المعيار 8163 للظروف التشغيلية العامة، واستخدم المعيارين 9948 أو 6479 للظروف ذات درجات الحرارة والضغط المرتفعين.

**مبدأ أولوية درجة الحرارة:** عند تجاوز درجة حرارة التصميم 350°م أو انخفاضها دون 20-°م، يُختار مباشرةً المعيار ذي الدرجة الأعلى من حيث الجودة.

**مبدأ خصوصية الوسط المستخدم:** في العمليات المعرّضة للهيدروجين أو في البيئات المعرّضة لتآكل الإجهاد، يُفضَّل اختيار المعيارين 9948 أو 6479.

**مبدأ الامتثال التنظيمي:** يجب أن تُستخدم أنابيب البخار الداخلة في نطاق مراقبة الغلاية من النوع 3087 أو 5310.

**المبدأ الاقتصادي:** أنابيب الفولاذ عالية الجودة تكون أكثر تكلفة (على سبيل المثال، سعر النوع 9948 يفوق سعر النوع 8163 بنسبة تقارب 1/5)، مما يتطلب تحقيق توازنٍ بين الموثوقية والتكلفة.

3.3 القيود المهمة
وفقًا لمتطلبات المعايير مثل "اللوائح الفنية الخاصة بالإشراف على السلامة لأنابيب الضغط":

لا يجوز استخدام الأنابيب الفولاذية وفق المعيارين GB 3087 وGB 8163 في أنابيب الضغط من الدرجة GC1 (ما لم تخضع كل أنبوبة لاختبار بالموجات فوق الصوتية وتكون جودتها لا تقل عن الدرجة L2.5، وبشرط ألا يتجاوز ضغط التصميم 4.0 ميجا باسكال).

IV. التصنيف حسب الدرجات للمجالات الخاصة مثل بناء السفن والمحطات النووية

4.1 الأنابيب الفولاذية غير الملحومة المستخدمة في السفن (GB/T 5312)
يتم تصنيف أنظمة الأنابيب في السفن إلى ثلاث درجات: I وII وIII، استنادًا إلى ضغط ودرجة حرارة التصميم:

درجة الأنبوب | متطلبات ضغط ودرجة حرارة التصميم | الاستخدامات النموذجية

الدرجة الأولى | معاملات أعلى (مثل البخار >1.6 ميجا باسكال/300°مئوية) | أنابيب بخار عالي الضغط وأنابيب وقود زيتي

الدرجة الثانية | معاملات متوسطة | أنظمة متوسطة الضغط

الدرجة الثالثة | معاملات أقل | أنظمة مساعدة منخفضة الضغط
درجات الفولاذ هي: 320، و360، و410، و460، و490، حيث تمثِّل الأرقام الحد الأدنى لمقاومة الشد (بالميغا باسكال).

4.2 الأنابيب الفولاذية غير الملحومة لمصانع الطاقة النووية (GB/T 24512.1): تُصنَّف الأنابيب الفولاذية الكربونية غير الملحومة المستخدمة في محطات الطاقة النووية وفقًا لمستويات السلامة على النحو التالي:

المستوى 1: معدات السلامة النووية ذات المستوى الأعلى

المستوى 2: معدات سلامة هامة

المستوى 3: معدات سلامة عامة

غير نووي: الجزيرة التقليدية والأنظمة المساعدة

و. أحدث نظام لتصنيف الجودة وتقييمها بالإضافة إلى نظام التصنيف القياسي التقليدي، فقد أدخلت الصناعة في السنوات الأخيرة نظامًا أكثر دقةً لتصنيف الجودة وتقييمها. وفقًا للمعيار T/CAS ES470700003-2022 «قواعد تصنيف جودة المنتجات الصناعية وتقييمها – توصيلات الأنابيب غير الملحومة من الفولاذ الكربوني والفولاذ السبائكي»:

أبعاد التقييم:

مراجعة المؤهلات الأساسية (بند واحد يُلغي التقييم بالكامل)

تقييم قدرة ضمان الإنتاج (التقييم حسب بندٍ واحدٍ مع منح درجة)

اختبار أداء المنتج (التقييم حسب بندٍ واحدٍ مع منح درجة)

تصنيف درجات الجودة: ويتم التصنيف بناءً على مجموع درجات التقييم الشامل إلى ٩ درجات مرتبة من الأعلى إلى الأدنى:

AAA، AA، A (الدرجة الممتازة)

BBB، BB، B (الدرجة الجيدة)

CCC، CC، C (الدرجة المُؤهَّلة)

ويتيح هذا الأسلوب في التصنيف تقييمًا أكثر شمولًا لمستوى جودة المنتج الفعلي، كما يلبّي الاحتياجات المُتفاوتة للمستخدمين فيما يتعلق بجودة المنتج.

سادسًا. إرشادات اتخاذ قرار الاختيار والتصورات الخاطئة الشائعة

٦.١ منهجية الاختيار المكوَّنة من أربعة خطوات
توضيح مجال الاستخدام: هل يتعلَّق بنقل السوائل؟ أم بتوصيلات الغلايات؟ أم بالتحمل الإنشائي للأحمال؟

تقييم ظروف التشغيل: درجة الحرارة، والضغط، وخصائص الوسط الناقل، والظروف البيئية

مطابقة المعايير: اختيار المعايير الواجب تطبيقها استنادًا إلى التحليل السابق.

تحديد الدرجة: اختيار درجة المادة الأكثر اقتصادية ضمن النطاق المحدَّد في المعيار.

٦.٢ التصورات الخاطئة الشائعة عند الاختيار
التصوُّر الخاطئ الأول: «المعيار ٨١٦٣ متعدد الاستخدامات ويمكن استخدامه في جميع الحالات.»
التصحيح: يُمنع استخدام المعيار ٨١٦٣ صراحةً في ظروف تشغيل خاصة مثل درجات الحرارة العالية، أو الضغوط العالية، أو درجات الحرارة المنخفضة، أو التعرُّض للهيدروجين.

التصوُّر الخاطئ الثاني: «كلما ارتفعت درجة المعيار زادت درجة الأمان.»

التصحيح: يجب أن تتطابق الدرجة القياسية مع الاحتياجات الفعلية؛ فالاختيار المفرط يؤدي إلى الهدر (مثل استخدام الدرجة 5310 للأنابيب المائية العامة).

المفهوم الخاطئ ٣: «يُكتفى بالنظر إلى المعيار دون الانتباه إلى عملية الصهر.»

التصحيح: حتى عند تطابق المعيار نفسه، فإن الاختلافات في عمليات الصهر بين الشركات المصنِّعة المختلفة ستؤثِّر على الجودة الفعلية.

المفهوم الخاطئ ٤: «تجاهل الفروقات في متطلبات الفحص.»

التصحيح: تكمن الميزة الأساسية للمعايير عالية الجودة في متطلبات الفحص الأكثر صرامة.

الاستنتاج: الاختيار العلمي يُولِّد قيمة هندسية. وتُشكِّل درجات الأنابيب غير الملحومة من الفولاذ الكربوني نظامًا متكاملاً يمتد من الأساسيات إلى الطرازات المتقدمة، ومن الاستخدام العام إلى التخصصات الدقيقة. ويجب أن يستند الاختيار الصحيح للمواد إلى تقييم دقيق لظروف التشغيل، وفهم شامل للمعايير، ومتطلبات جودة معقولة، للوصول إلى أفضل توازن ممكن بين الموثوقية والاقتصاد.

عند مواجهة ظروف تشغيل معقدة أو حالات عدم يقين، يُوصى باستشارة مهندس متخصص في المواد والقيام باختبارات على نطاق صغير للتحقق من التوافق عند الضرورة. ففي النهاية، الخسائر الناجمة عن فشل خط أنابيب بسبب اختيار غير سليم للمواد تفوق بكثير الأجر الإضافي المعقول المدفوع مقابل تلك المادة.