در خلال ۳۰ سال گذشته، به دلیل پیشرفت مواد، توسعه زیادی در صنعت لوله سازی صورت گرفته است. مهمترین مساله در خطوط لوله انتقال نفت و گاز، انتقال حجم بیشتر در کوتاهترین زمان ممکن می باشد. به منظور برطرف کردن این نیاز، فولاد خط لوله باید دارای استحکام و تافنس بالایی باشد. فولادهای خط لوله به صورت بدون درز تولید شده و برای انتقال نفت و گاز به کار می رود. فولاد خط لوله یا لوله انتقال تحت استاندارد API با مشخصات ۵L و CSA ساخته شده و بر اساس حداقل استحکام تسلیم (برحسب ksi) نام گذاری می شود. در فرآیند جوشکاری این لوله ها، ابتدا ورق به صورت استوانه در آمده و درز طولی یا مارپیچ آن به وسیله یکی از فرآیندهای جوشکاری مقاومت الکتریکی، جوشکاری پیوسته، جوشکاری ذوبی و جوشکاری قوسی زیرپودری دو طرفه جوشکاری می شوند. خواص مکانیکی لوله API به ترتیب در جداول زیر آورده شده است.
| استحکام کششی (MPa) | استحکام کششی (ksi) | استحکام تسلیم (MPa) | استحکام تسلیم (ksi) | |
|---|---|---|---|---|
| A | ۳۳۰ | ۴۸ | ۲۰۷ | ۳۰ |
| B | ۴۱۵ | ۶۰ | ۲۴۰ | ۳۵ |
| X42 | ۴۱۳ | ۶۰ | ۲۸۹ | ۴۲ |
| X46 | ۴۳۵ | ۶۳ | ۳۱۷ | ۴۶ |
| X52 | ۴۵۵ | ۶۶ | ۳۵۸ | ۵۲ |
| X56 | ۴۸۹ | ۷۱ | ۳۸۵ | ۵۶ |
| X60 | ۵۱۷ | ۷۵ | ۴۱۳ | ۶۰ |
| X65 | ۵۳۰ | ۷۷ | ۴۵۰ | ۶۵ |
| X70 | ۵۶۵ | ۸۲ | ۴۸۲ | ۷۰ |
| X80 | ۶۲۰ | ۹۰ | ۵۵۲ | ۸۰ |
لوله های فولادی با قطر زیاد (حاوی گاز با فشار بالا بین ۱۰ تا ۱۵ مگاپاسکال) در سامانه انتقال بین شهری گاز به کار می روند. در چنین فشار کاری بالایی سازه باید از جهت ایمنی و بی نقص بودن در شرایط بسیار مطلوبی قرار داشته باشد. در برخی از گریدهای این فولادها مقادیر کمی از عناصر آلیاژی نیوبیوم، آلومینیوم، وانادیوم و تیتانیوم به منظور افزایش استحکام افزوده می شود. این گریدها تحت عنوان فولادهای کم آلیاژ پر استحکام نامیده می شوند. این فولادها علاوه بر داشتن مقاومت حداقلی باید دارای قابلیت جوشکاری عالی و چقرمگی بالا باشند. دسته ای از این فولادها که در ساخت لوله های انتقال نفت و گاز کاربرد دارند و توسط موسسه نفت آمریکا (API) استاندارد شده اند، فولادهای API می باشند. استحکام بالا، قابلیت جوش پذیری مناسب، چقرمگی ضربه بالا و دمای انتقال شکست نرم به ترد پایین از ویژگی های اصلی این فولادها می باشد.
معرفی لوله گاز API
از آنجایی که منابع گاز طبیعی کشف شده در حال حاضر در مکان های دور قرار گرفته اند، دسترسی به گاز طبیعی فقط از طریق خطوط لوله امکان پذیر می باشد. بنابراین، خطوط لوله با استحکام و چقرمگی بالا و هزینه کم، در سیستم عرضه انرژی در قرن ۲۱ میلادی ضروری خواهد بود. ذخایر گازی شناخته شده ایران؛ معادل ۱۷۶ میلیارد بشکه نفت خام می باشد. این رقم در مقایسه با ۱۳۶ میلیارد بشکه ذخیره نفت خام کشور، قابل توجه و دارای اهمیت زیادی است. ایران با ۱۵.۵ درصد گاز طبیعی، پس از روسیه رتبه دوم جغرافیایی گاز جهانی را دارد.
جدیدا خطوط لوله فولادی انتقال گاز طبیعی در ایران از جنس فولاد API X65 و API X70 می باشد، لذا لازم است تا در مورد این دو نوع فولاد اطلاعاتی نظیر خواص مکانیکی (چقرمگی، استحکام تسلیم، استحکام کششی و …)، ریزساختار، ترکیب شیمیایی و … به دست آورده شود. در فناوری ساخت لوله در طول ۴۰ سال گذشته، نورد گرم معمولی و نرمالیزه کردن، جای خود را به روش ترمومکانیکال (TMCP) در اواسط دهه ۷۰ داد. با این فناوری و با اضافه کردن میکروآلیاژهای نیوبیوم و وانادیوم و با کاهش درصد کربن، فولاد با درجه API X70 حاصل شد. سپس برای رسیدن به درجه های بالاتر، روش سرد کردن سریع بعد از نورد در سال ۱۹۸۰ توسط دانشمندان ژاپنی به کار گرفته شد که باعث بهبود در ریزساختار فولاد و کاهش درصد کربن شد. روند رو به رشد استفاده از فولادهای با استحکام بالا در نمودار زیر نشان داده شده است.
مزایا و کاربرد لوله API
- قابلیت استفاده در خطوط طولانی نفت و گاز و آب به دلیل هزینه پایین
- مقاومت به پیشرفت ترک در خطوط لوله
- قابلیت استفاده در سیستم های ترش
معرفی استاندارد API
استاندارد API استاندارد موسسه نفت آمریکا می باشد. هدف از این استاندارد فراهم کردن پارامترهای استاندارد شده برای لوله های انتقال نفت و گاز می باشد. این استاندارد پارامترهای مرتبط با فولادهای پراستحکام، نظیر ترکیب شیمیایی، استحکام تسلیم، استحکام شکست، شرایط جوشکاری، فرآیند ساخت، نحوه انجام آزمون های مکانیکی و … را بیان می کند.
نظری نیست.