คุณลักษณะทางเทคนิค กระบวนการผลิต และสถานการณ์การใช้งานของท่อเหล็กเชื่อมตะเข็บตรง API 5L X120M

ในภาคการขนส่งน้ำมันและก๊าซท่อเหล็กเชื่อมตะเข็บตรง X120Mท่อเหล็กเชื่อมนี้ ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์เหล็กเกรดสูงสุดตามมาตรฐาน API 5L แสดงถึงเทคโนโลยีเหล็กสำหรับท่อส่งระดับสูงสุดในปัจจุบัน ท่อเหล็กเชื่อมที่มีความแข็งแรงสูงและมีความเหนียวสูงนี้ ไม่เพียงแต่ตรงตามข้อกำหนดที่เข้มงวดของการขนส่งพลังงานสมัยใหม่ในด้านประสิทธิภาพของวัสดุเท่านั้น แต่ยังแสดงให้เห็นถึงความน่าเชื่อถือที่โดดเด่นในการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงอีกด้วย

ประการแรก มาตรฐานทางเทคนิคและความก้าวหน้าด้านประสิทธิภาพของท่อเหล็กเชื่อมตะเข็บตรง API 5L X120M
ท่อเหล็กเชื่อมตะเข็บตรง X120M เป็นไปตามมาตรฐานสถาบันปิโตรเลียมแห่งอเมริกา (API) 5L อย่างเคร่งครัด ในชื่อ "X" หมายถึงเหล็กสำหรับท่อส่ง "120" แสดงถึงความแข็งแรงครากขั้นต่ำ 120 ksi (ประมาณ 827 MPa) และ "M" หมายถึงผ่านกระบวนการควบคุมทางความร้อนเชิงกล (TMCP) เหล็กเกรดนี้ก้าวข้ามขีดจำกัดความแข็งแรงของเหล็กท่อส่งแบบดั้งเดิม โดยมีข้อดีหลักสามประการ:
1. ความแข็งแรงสูงเป็นพิเศษ: ด้วยการออกแบบการผสมโลหะขนาดเล็กและกระบวนการรีดและการระบายความร้อนที่ควบคุมได้ ในขณะที่รับประกันพลังงานกระแทก ≥190J ที่อุณหภูมิ -20℃ ความแข็งแรงดึงสามารถสูงถึงกว่า 930MPa ซึ่งสูงกว่าเหล็กเกรด X80 ประมาณ 30%
2. ความทนทานเป็นเลิศ: ด้วยการใช้เทคโนโลยีการถลุงเหล็กบริสุทธิ์สูง ปริมาณกำมะถันและฟอสฟอรัสจึงถูกควบคุมให้ต่ำกว่า 0.002% ส่งผลให้ได้ความทนทานต่อแรงกระแทกแบบ Charpy V-notch ที่ดีที่สุดในระดับสากล
3. ความสามารถในการเชื่อม: ค่าเทียบเท่าคาร์บอน CEIIW ถูกควบคุมให้อยู่ในช่วง 0.38-0.42 ทำให้สามารถเชื่อมรอบวงได้ในสถานที่โดยไม่ต้องอุ่นก่อน เมื่อใช้ร่วมกับวัสดุเชื่อมเฉพาะทาง

ประการที่สอง การวิเคราะห์กระบวนการผลิตขั้นสูงของท่อเหล็กเชื่อมตะเข็บตรง API5LX120M
ท่อเหล็กเชื่อมตะเข็บตรง X120M สมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้กระบวนการขึ้นรูป UOE ซึ่งกระบวนการผลิตประกอบด้วยจุดสำคัญทางเทคนิคดังต่อไปนี้:
1. การเตรียมแผ่นเหล็ก: ใช้เทคโนโลยีการผลิตเหล็กสะอาดแบบครบวงจร ตั้งแต่การหลอมด้วยเตาแปลงสภาพ-การกลั่นด้วยแรงดันต่ำ-การไล่แก๊สด้วยสุญญากาศ-การหล่อแบบต่อเนื่อง เพื่อให้มั่นใจในความบริสุทธิ์ของเหล็ก ข้อมูลการผลิตจากบริษัทชั้นนำในประเทศแสดงให้เห็นว่าสามารถควบคุมปริมาณสารปนเปื้อนให้ต่ำกว่า 1.2 ppm ได้อย่างเสถียร
2. การรีดและการระบายความร้อนแบบควบคุม: ใช้กระบวนการรีดแบบควบคุมสองขั้นตอน โดยช่วงอุณหภูมิการรีดหยาบอยู่ที่ 1050-1100℃ และอุณหภูมิการรีดละเอียดอยู่ที่ 800±20℃ ตามด้วยการระบายความร้อนอย่างรวดเร็วจนถึง 450℃ ในอัตรา 15-25℃/วินาที
3. การขึ้นรูปและการเชื่อม: ความแม่นยำในการขึ้นรูปของ JCOE อยู่ที่ ±0.1 มม. โดยใช้เทคโนโลยีการเชื่อมแบบจุ่มอาร์คหลายเส้น (SAWL) ร่วมกับกระบวนการเชื่อมแบบคู่ขนาน ทำให้ความเหนียวของรอยเชื่อมสูงกว่า 90% ของวัสดุพื้นฐาน
4. การขยายขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง: ด้วยการขยายขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเชิงกลโดยรวม ท่อเหล็กจะได้รับรูปทรงเรขาคณิตที่แม่นยำ และความเค้นตกค้างลดลงมากกว่า 40%

ประการที่สาม ระบบควบคุมคุณภาพที่เข้มงวดของท่อเหล็กเชื่อมตะเข็บตรง API5LX120M
- การทดสอบแบบไม่ทำลาย: ตรวจจับข้อบกพร่องจากการเชื่อมด้วยรังสีเอ็กซ์ได้ 100% + การตรวจจับอัตโนมัติด้วยคลื่นอัลตราโซนิค โดยมีความไวในการตรวจจับข้อบกพร่องเทียบเท่าขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.8 มม.
- การตรวจสอบทางกล: จะมีการสุ่มตัวอย่างท่อ 1 ชุดจากทุกๆ 50 ท่อ เพื่อทำการทดสอบแรงดึง แรงกระแทก ความแข็ง และ DWTT (การทดสอบความทนทานต่อน้ำ)
- การตรวจสอบขนาดเต็มรูปแบบ: ใช้เครื่องสแกน 3 มิติแบบเลเซอร์ โดยควบคุมความคลาดเคลื่อนของเส้นผ่านศูนย์กลางให้อยู่ภายใน ±0.5%D และความเบี่ยงเบนของความหนาของผนัง ≤±7.5%t
- การป้องกันการกัดกร่อน: ผนังด้านนอกเคลือบด้วยสารเคลือบ PE สามชั้น (FBE + กาว + โพลีเอทิลีน) โดยมีการหลุดลอกด้วยวิธีแคโทดิก ≤8 มม. (65℃/48 ชม.)

ประการที่สี่ กรณีการใช้งานทางวิศวกรรมทั่วไปของท่อเหล็กเชื่อมตะเข็บตรง API5LX120M
1. โครงการอาร์กติก: ณ วงกลมอาร์กติกที่อุณหภูมิ -60℃ ได้มีการใช้ท่อเหล็ก X120M ในการก่อสร้างท่อส่งก๊าซขั้วโลกความยาว 483 กิโลเมตร โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1420 มิลลิเมตร และแรงดันออกแบบ 15 MPa
2. การใช้งานท่อส่งในทะเลลึก: ในการพัฒนาแหล่งน้ำมันใต้ทะเลลึกของบราซิล ท่อเหล็ก X120M ประสบความสำเร็จในการใช้งานที่ระดับความลึก 2400 เมตร โดยสามารถทนต่อแรงดันสูงถึง 30 MPa และแรงกระแทกแบบไดนามิกได้
3. โครงการสาธิตภายในประเทศ: ส่วนทดสอบของท่อส่งก๊าซธรรมชาติใช้ท่อเหล็ก X120M ซึ่งช่วยลดความหนาของผนังท่อลง 18% และปรับปรุงประสิทธิภาพการเชื่อมได้ 25% สำหรับปริมาณการไหลเท่าเดิม

ประการที่ห้า ความท้าทายทางเทคนิคและแนวโน้มการพัฒนาของท่อเหล็กเชื่อมตะเข็บตรง API5LX120M
1. การจับคู่รอยเชื่อมตามแนวเส้นรอบวงที่ไม่แน่นหนา: ค่าสัมประสิทธิ์ความแข็งแรงของรอยเชื่อมตามแนวเส้นรอบวงในพื้นที่จำเป็นต้องเพิ่มขึ้นจาก 0.85 ในปัจจุบันเป็น 0.95
2. การควบคุมการหยุดการแตกร้าว: ภายใต้แรงดันออกแบบ 8 MPa อัตราการลุกลามของรอยแตกร้าวจะต้องไม่เกิน 200 ม./วินาที
3. การเพิ่มประสิทธิภาพด้านต้นทุน: ปัจจุบัน ต้นทุนต่อตันของท่อสูงกว่า X80 ประมาณ 35% และจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องลดต้นทุนนี้ลงผ่านการผลิตในปริมาณมาก
ทิศทางการพัฒนาในอนาคตมีลักษณะเด่น 3 ประการดังนี้:
- นวัตกรรมวัสดุ: การสำรวจเหล็กเสริมความแข็งแรงด้วยนาโนพรีซิปิเทชัน โดยมีเป้าหมายเพื่อเพิ่มความแข็งแรงให้ถึงระดับ 140 กิโลไซเคิล (ksi)
- ท่ออัจฉริยะ: การบูรณาการเซ็นเซอร์ใยแก้วนำแสงเพื่อให้สามารถตรวจสอบพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น ความเครียดและอุณหภูมิได้แบบเรียลไทม์
- การผลิตที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม: กระบวนการโลหะวิทยาด้วยไฮโดรเจนสามารถลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนได้ถึง 60%

ด้วยการวางแผนโครงการวางท่อขนาดใหญ่ เช่น ท่อส่งก๊าซธรรมชาติสายที่สอง และท่อส่งก๊าซเอเชียกลางดี ในช่วงแผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติฉบับที่ 14 ท่อเหล็กเชื่อมตะเข็บตรง X120M จะมีบทบาทที่ขาดไม่ได้ในการก่อสร้างท่อส่งที่ใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีแรงดันสูง ความจุขนาดใหญ่ และสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมชี้ว่า การพัฒนาเทคโนโลยี X120M ให้เชี่ยวชาญอย่างเต็มที่ จะทำให้ประเทศของเราก้าวขึ้นเป็นผู้นำของโลกด้านความสามารถในการก่อสร้างท่อส่งภายใน 5-8 ปี ซึ่งเป็นการรับประกันความมั่นคงด้านพลังงานอย่างมั่นคง ในอนาคต จำเป็นต้องปรับปรุงระบบมาตรฐานในด้านการใช้งาน เช่น การรับรองกระบวนการเชื่อม และข้อกำหนดการก่อสร้างในสถานที่ เพื่อส่งเสริมการใช้งานท่อคุณภาพสูงนี้ในวงกว้าง