Камплексны аналіз маркіроўкі бесшовных труб з вугляроднай сталі: ад нацыянальных стандартаў да прыкладанняў

Уводзіны: чаму класіфікацыя бесшоўных труб з вугляродыстай сталі мае вырашальнае значэнне?

Бесшоўныя трубы з вугляродыстай сталі, якія выконваюць ролю «кравяносных сасудаў» прамысловасці, адыгрываюць важную ролю ў транспартаванні вадкасцей, перадачы ціску і падтрымцы канструкцый у такіх галінах, як нафтавая, хімічная, энергетычная прамысловасць і вытворчасць машын. Розныя ўмовы эксплуатацыі ставяць да матэрыялаў труб вельмі розныя патрабаванні ў плане эксплуатацыйных характарыстык — ад транспартавання звычайных вадкасцей пры нармальных тэмпературы і ціску да параправодных сістэм, якія працуюць пры высокіх тэмпературы і ціску, ад звычайных будаўнічых канструкцый да асноўнага абсталявання ў атамных электрастанцыях. Правільны выбар маркі бесшоўных труб з вугляродыстай сталі не толькі ўплывае на якасць і бяспеку праекта, але і непасрэдна вызначае эканамічную эфектыўнасць укладання сродкаў у праект.

Гэты артыкул сістэмна апіша сістэму маркіроўкі бясшовных труб з вугляродзістай сталі — ад стандартаў укаранення, марак матэрыялаў, тэхналогій вытворчасці да патрабаванняў да інспекцыі, што дапаможа вам знайсці самы навукова абгрунтаваны шлях пры прыняцці рашэнняў у складаным лабірынце выбару матэрыялаў.

I. Асноўныя вымернасці класіфікацыі бясшовых труб з вугляродзістай сталі
Маркіроўка бясшовых труб з вугляродзістай сталі адлюстроўваецца ў чатырох вымернасцях: класіфікацыя па ўкараненых стандартах, марка матэрыялу, клас якасці вытворчасці і клас умоваў эксплуатацыі.

1.1 Класіфікацыя па ўкараненых стандартах
Вытворчасць і прымяненне бясшовых труб з вугляродзістай сталі ў нашай краіне ў асноўным заснаваны на наступных асноўных нацыянальных стандартах, якія самі па сабе ўтвараюць важную класіфікацыю:

Код стандарта | Назва стандарта | Асноўная галіна прымянення

GB/T 8163 Бясшовныя сталёвыя трубы для транспартавання вадкасцей | Агульнае транспартаванне вадкасцей, напрыклад, нафты, нафтагазу, вады, паветра і г.д.

GB 3087 Бесшовныя сталёвыя трубкі для котлаў нізкага і сярэдняга ціску | Перагрэтая пара, кіпячая вада і г.д. у котлах нізкага і сярэдняга ціску

GB 6479 Бесшовныя сталёвыя трубкі вышыннага ціску для ўсталяванняў для вырабу мінеральных дабрываў | Усталяванні і трубаправоды вышыннага ціску для вырабу мінеральных дабрываў, у тым ліку ў ўмовах нізкіх тэмператур

GB 9948 Бесшовныя сталёвыя трубкі для нафтавага крышчэння | Устаноўкі нафтавага крышчэння, дзе стандарт GB 8163 не падыходзіць

GB/T 5310 Бесшовныя сталёвыя трубкі для котлаў вышыннага ціску | Трубаправоды перагрэтай пары для котлаў вышыннага ціску

GB/T 8162 Бесшовныя сталёвыя трубкі для канструкцыйнага выкарыстання | Агульныя канструкцыйныя і механічныя канструкцыі, напрыклад, будаўнічыя элементы і дэталі машын

GB/T 9711 Сталёвыя трубкі для транспартавання нафты і газу ў нафтагазавай прамысловасці | Дальнія нафтагазаправоды

Варта адзначыць, што ў спецыяльных галінах, такіх як атамныя электрастанцыі, існуюць спецыфічныя стандарты класіфікацыі. Напрыклад, стандарт GB/T 24512.1 вызначае патрабаванні да класіфікацыі бесшовных труб з вугляродзістай сталі, выкарыстоўваемых на атамных электрастанцыях, і прымяняецца да абсталявання класаў 1, 2 і 3.

1.2 Класіфікацыя па марцы матэрыялу

Пашыраныя маркі матэрыялаў для бесшовных труб з вугляродзістай сталі ўключаюць:

Серыя нізкаўглеродзістай сталі: сталь маракі 10, сталь маракі 20 — у асноўным выкарыстоўваюцца ў трубаправодах для транспартавання рэчываў

Серыя сярэднеўглеродзістай сталі: сталь маракі 35, сталь маракі 45 — у асноўным выкарыстоўваюцца ў дэталей механічнага вырабу

Серыя нізкалегіраванай сталі: Q345 (16Mn), 09MnV — выкарыстоўваюцца ў прыкладаннях, дзе патрабуецца павышаная міцнасць.

II. Падрабязны аналіз асноўных стандартных марак

2.1 Бесшовныя сталёвыя трубы для транспартавання рэчываў (GB/T 8163)

Гэта найбольш базавы стандарт для бесшовных труб з вугляродзістай сталі, які прымяняецца ў ўмовах перадачы нафты, нафтагазу і камунальных рэчываў пры праектнай тэмпературы ніжэй 350 ℃ і ціску ніжэй 10,0 МПа.

Маркі матэрыялаў: 10, 20, Q345 і інш.

Патрабаванні да інспекцыі: абавязковыя аналіз хімічнага складу, выпрабаванні на разрыв, сплюшчванне і гідраўлічны ціск. Выпрабаванні на разгортванне і халоднае загінанне могуць быць патрабаваны ў адпаведнасці з пагадненнем.

Тэхналогія вытворчасці: у асноўным плаўленне ў адкрытых печах або канвертарах, што прыводзіць да адносна большай колькасці шкодных прымесей і ўнутраных дэфектаў.

Вобласці прымянення: агульныя прамысловыя трубаправоды, сістэмы ачысткі вады і транспартаванне вадкасцей пад нізкім ціскам.

2.2 Бесшовныя сталёвыя трубкі для котлаў нізкага і сярэдняга ціску (GB 3087) — стандарт, распрацаваны спецыяльна для котельных сістэм і прымяняемы для трубаправодаў перагрэтай пары і кіпячонай вады ў котлах нізкага і сярэдняга ціску.

Маркі матэрыялу: 10, 20

Патрабаванні да інспекцыі: акрамя агульных выпрабаванняў, патрабуецца выпрабаванне на халоднае загінанне.

Тэхналогія вытворчасці: падобная да 8163, плаўленне ў адкрытых печах або канвертарах пры крыху больш строгіх патрабаваннях да кантролю якасці.

Прымяняецца ў наступных выпадках: грамадскія паравыя трубаправоды ў котлах, электрастанцыях, сістэмах цэнтралізаванага ацяплення і нафтахімічных заводах.

2.3 Бесшовныя сталёвыя трубы для перапрацоўкі нафты (GB 9948). Спецыяльна распрацаваныя для ўстаноўкаў перапрацоўкі нафты, прыдатныя для прымяненняў, дзе сталёвыя трубы паводле стандарта GB/T8163 не з’яўляюцца падыходнымі.

Маркі матэрыялу: 10, 20; Серыя храм-малібдэнавай сталі ўключае маркі 12CrMo, 15CrMo і іншыя.

Патрабаванні да інспекцыі: У дадатак да асноўных выпрабаванняў патрабуюцца выпрабаванні на разгортванне і ўдарную ўстойлівасць; патрабаванні да інспекцыі вельмі строгія.

Тэхналогія вытворчасці: У асноўным выкарыстоўваецца плаванне ў электрычнай печы з дапаўняльнай рафінацыяй у ковшы, што забяспечвае адносна меншую колькасць хімічных і ўнутраных недахопаў.

Прымяняецца ў наступных выпадках: нафта і нафтагазавыя сродкі пры праектных тэмпературах вышэй 350 °C або пры ціску больш за 10,0 МПа; трубаправоды, якія працуюць у блізкай блізкасці да вадароду; умовы, спрыяльныя для карозіі пад уздзеяннем напружання.

2.4 Бесшовныя сталёвыя трубы для высаканапорнага ўдзельнага абсталявання (GB 6479). Прымяняюцца ў вышынапорным удзельным абсталяванні і трубаправодах, прыдатныя для жорсткіх умоваў эксплуатацыі ад −40 °C да 400 °C і пры ціску ад 10,0 да 32,0 МПа.

Маркі матэрыялаў: 10, 20G, 16Mn і інш.

Патрабаванні да кантролю: строга прадпісаныя выпрабаванні на разгортванне і ўдар, з асобнымі патрабаваннямі да ўдарнай вязкасці пры нізкіх тэмпературах.

Тэхналогія вытворчасці: сам стандарт вызначае патрабаванні да рафінавання ў кавшы, што дазваляе мінімізаваць прымесі і ўнутраныя дэфекты, забяспечваючы найвышэйшую якасць.

Галіны прымянення: нізкатэмпературныя ўмовы (ніжэй −20 °C); вышынапорныя хімічныя сродкі; выпадкі, дзе пастаўлены экстрэмальна высокія патрабаванні да бяспекі.

2.5 Бесшовныя сталёвыя трубкі для высаканапорных котлаў (GB/T 5310). Спецыялізаваны стандарт для высаканапорных котлаў, прыдатны для перагрэтай пары ў высаканапорных котлах.

Маркі матэрыялаў: 20G; серыя храм-малібдэнавых сталёў, у тым ліку 15MoG, 20MoG, 12CrMoG, 15CrMoG і інш.

Патрабаванні да інспекцыі: эквівалентна стандарту 6479, строга дотрымліваюцца тэстаў на разгортванне і ўдар.

Тэхналогія вытворчасці: рафінаванне ў кавшы, выключна высокая якасць матэрыялу.

Міжнароднае параўнанне: сталь 20G паводле стандарта GB/T 5310 адпавядае сталям ASME SA-106 Gr.B, і іх можна ўзаемазамяняць у міжнародных інжынерных праектах.

2.6 Бесшовныя сталёвыя трубкі для канструкцыйнага выкарыстання (GB/T 8162). У адрозненне ад прымяненняў у транспартаванні вадкасцей, апісаных вышэй, гэты тып прадукцыі выкарыстоўваецца ў агульных канструкцыях і механічных канструкцыях.

Класы матэрыялаў: 10, 20, 35, 45, Q345, 20Cr, 40Cr, 15CrMo і г.д.

Дакладнасць памераў: класіфікавана на чатыры класы D1–D4 па адхіленні знешняга дыяметра, пры гэтым найвышэйшая дакладнасць складае ±0,50 % (мінімум ±0,10 мм).

Галіны прымянення: масты, будынкі, механічныя дэталі, аўтамабільныя несучыя кампаненты, гідравлічныя апоры і г.д.

III. Ранжыроўка і логіка выбару класаў вытворчай якасці

3.1 Ранжыроўка класаў якасці ад нізкага да вышэйшага

На аснове працэсаў плаўлення, патрабаванняў да інспекцыі і практычных паказчыкаў эксплуатацыі якасныя клясы вытворчасці вышэйзгаданых стандартаў на сталевыя трубкі ранжыруюцца ў наступным парадку:

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

Ранжыроўка адбываецца ад нізкай да высокай. Варта адзначыць, што стандарт GB 6479 займае найвышэйшае становішча ў ранжыроўцы якасных кляс у сувязі з асобнымі патрабаваннямі да ўдарнай вязкасці пры нізкіх тэмпературах і самай строгай рэгуляцыяй рафінацыі ў кавшах.

3.2 Лагіка выбару асноўных параметраў

Пры фактычным інжынерным выбары неабходна дотрымлівацца наступных прынцыпаў прыняцця рашэнняў:

**Прынцып адпаведнасці ўмовам эксплуатацыі:** выкарыстоўваць стандарт 8163 пры агульных умовах эксплуатацыі і стандарты 9948 або 6479 пры высокай тэмпературы і ціску.

**Прынцып прыярытэту тэмпературы:** пры праектных тэмпературах вышэй за 350 ℃ або ніжэй за –20 ℃ непасрэдна выбіраць больш высокую якасную клясу.

**Прынцып спецыфікі асяроддзя:** пры эксплуатацыі ў водародным асяроддзі і ў умовах напружанай карозіі выбіраць стандарты 9948 або 6479.

**Принцып адпаведнасці рэгулятарным патрабаванням:** Параўныя трубаправоды ў межах кантрольнай зоны котла павінны выкарыстоўваць сталевыя трубы марак 3087 або 5310.

**Эканамічны прынцып:** Сталевыя трубы вышэйшага класу якасці коштуюць больш (напрыклад, марка 9948 на 1/5 даражэй за марку 8163), таму неабходна знайсці баланс паміж надзейнасцю і коштам.

3.3 Важныя абмежаванні
Згодна з патрабаваннямі стандартаў, такіх як «Правілы па тэхнічным наглядзе за ціскавымі трубаправодамі»:

Сталевыя трубы па стандарту GB 3087 і сталевыя трубы па стандарту GB 8163 не могуць выкарыстоўвацца ў ціскавых трубаправодах класа GC1 (за выключэннем выпадкаў, калі кожная труба падвяргаецца ультразвукаваму кантролю, якасць якой не ніжэй за ўзровень L2.5, і праектны ціск не перавышае 4,0 МПа).

IV. Класіфікацыя па ступенях для спецыяльных галін, такіх як суднабудаванне і атамныя электрастанцыі

4.1 Бесшовныя сталевыя трубы для суднаў (GB/T 5312)
Судновыя трубаправодныя сістэмы класіфікуюцца на тры ступені: I, II і III — у залежнасці ад праектнага ціску і тэмпературы:

Клас трубаправоду | Патрабаванні да праектнага ціску/тэмпературы | Тыпавыя прымяненні

Клас I | Павышенныя параметры (напрыклад, пара >1,6 МПа/300 °C) | Высоканапорныя паравыя і нафтаправодныя сістэмы

Клас II | Сярэднія параметры | Сярэднянапорныя сістэмы

Клас III | Паніжаныя параметры | Нізканапорныя дапаможныя сістэмы
Маркі сталі: 320, 360, 410, 460 і 490; лічбы паказваюць мінімальную межу працягвальнасці (МПа).

4.2 Бесшовныя сталёвыя трубы для атамных электрастанцый (GB/T 24512.1). Бесшовныя вугляродныя сталёвыя трубы для атамных электрастанцый класіфікуюцца па ўзроўнях бяспекі наступным чынам:

Узровень 1: Атамнае абсталяванне найвышэйшага ўзроўню бяспекі

Узровень 2: Важнае абсталяванне бяспекі

Узровень 3: Агульнае абсталяванне бяспекі

Неатамны клас: Традыцыйны востраў і дапаможныя сістэмы

V. Найноўшая сістэма ацэнкі і класіфікацыі якасці У дадатак да традыцыйнай сістэмы стандартнай класіфікацыі, у апошнія гады ў галіне ўведзена больш дакладная сістэма ацэнкі і класіфікацыі якасці. Згодна з T/CAS ES470700003-2022 «Правілы ацэнкі і класіфікацыі якасці прамысловых вырабаў — бязшоўныя фітінгі для труб з вугляродзістай і лёгіраванай сталі»:

Вымярэнні ацэнкі:

Агляд асноўных кваліфікацыйных патрабаванняў (пункт з правам адмены)

Ацэнка здольнасці забяспечыць вытворчасць (па пунктах)

Выпрабаванне эксплуатацыйных характарыстык выраба (па пунктах)

Класіфікацыя па ўзроўні якасці: на аснове агульнай ацэнкі выніковы бал падзяляецца на 9 катэгорый ад самай высокай да самай нізкай:

AAA, AA, A (выдатны ўзровень)

BBB, BB, B (добры ўзровень)

CCC, CC, C (задавальняючы ўзровень)

Гэты метад класіфікацыі дазваляе больш камплексна адлюстраваць сапраўдны ўзровень якасці выраба і задаволіць дыферэнцыяваныя патрэбы карыстальнікаў у адносінах да якасці выраба.

VI. Падыходы да прыняцця рашэнняў аб выбары і распаўсюджаныя памылковыя ўяўленні

6.1 Чатырохэтапны метад выбару
Уточненне прымянення: перакачка вадкасці? Трубаправод котла? Нагружаны канструкцыйны элемент?

Ацэнка ўмоваў эксплуатацыі: тэмпература, ціск, характарыстыкі асяроддзя, умовы навакольнага асяроддзя

Падбор стандартаў: выбар дзеючых стандартаў на аснове вышэйпрыведзенага аналізу.

Вызначэнне маркі: выбар найбольш эканомічнай маркі матэрыялу ў межах дзеючага стандарта.

6.2 Распаўсюджаныя памылковыя ўяўленні пры выбары
Памылковае ўяўленне 1: «Сталь 8163 універсальная і можа выкарыстоўвацца ў любых умовах».
Выпраўленне: сталь 8163 строга забаронена ў спецыяльных умовах эксплуатацыі, такіх як высокая тэмпература, высокі ціск, нізкая тэмпература і кантакт з водародам.

Памылковае ўяўленне 2: «Чым вышэй клас стандарта, тым больш бяспечна».

Выпраўленне: Стандартны клас павінен адпавядаць сапраўдным патрэбам; надмерны выбар прыводзіць да страт (напрыклад, марка 5310 выкарыстоўваецца для агульных водаправодных труб).

Памылковае ўяўленне 3: «Аглядзецца толькі на стандарт, а не на працэс плаўлення».

Выпраўленне: Нават пры адным і тым жа стандарце розныя працэсы плаўлення ў розных вытворцаў уплываюць на сапраўднае якасць выраба.

Памылковае ўяўленне 4: «Ігнараванне адрозненняў у патрабаваннях да кантролю».

Выпраўленне: Асноўная перавага высокаякасных класаў стандартаў заключаецца ў больш суворых патрабаваннях да кантролю.

Вывад: Навукова абгрунтаваны выбар стварае інжынерную каштоўнасць. Класіфікацыя бясшовных труб з вугляродзістай сталі — гэта поўная сістэма, якая расцягваецца ад базавых да высокакласных вырабаў, ад агульных да спецыялізаваных. Правільны выбар матэрыялу павінен асновацца на дакладнай ацэнцы ўмоваў эксплуатацыі, поўным разуменні стандартаў і абгрунтаваных патрабаваннях да якасці, каб знайсці аптымальны баланс паміж надзейнасцю і эканомічнасцю.

Пры ўзнікненні складаных умоваў эксплуатацыі або нявызначанасцей рэкамендуецца пракансульціравацца з прафесійным інжынерам па матэрыялах і, пры неабходнасці, правесці прабнае выпрабаванне ў малым маштабе для праверкі. У канчатковым выніку страты ад аварыі трубаправода, выкліканай няправільным выбарам матэрыялу, значна перавышаюць разумны надбаўку, што плаціцца за матэрыял.