مواصفات أنابيب API 5L من الدرجة B （PSL1، PSL2）

مقدمة

In the global oil and gas business, API 5L is the most recognized standard for pipeline steel pipe. In this broad specification, API 5L Grade B (L245 also its ISO equivalent) has long been regarded as the “workhorse” of the industry- the most common baseline grade, owing to its good balance of performance and cost. Choosing the right pipe specification is not just a purchasing detail; it is an engineering decision that has substantial financial and public safety implications.

However, “Grade B” is not a homogeneous product. The complex specification system that is hinged on a crucial differentiation is known as Product Specification Level 1 (PSL1) and Product Specification Level 2 (PSL2). This is no small differentiation; it is what determines the chemical composition, mechanical properties, production process, required testing and final application of the pipe. Misunderstand here and you can end up with a financial black hole or, much worse, structural failures.

يهدف هذا المستند التعريفي التمهيدي إلى الغوص في التفاصيل الفنية لمواصفات API 5L Grade B. سنقوم بالغوص بعمق وراء الأرقام، وليس مجرد جداول بيانات بسيطة، وسيحلل هذا الدليل جميع الجوانب، بما في ذلك التركيب الكيميائي والخصائص الميكانيكية وعمليات التصنيع والاختبارات الإلزامية وغير ذلك، مع وضع المهندس والمشتري ومحترف الجودة في الاعتبار لمساعدتهم على التمييز بين الفروق الحرجة، والمكلفة في بعض الحالات، بين PSL1 و PSL2.

تحديد الدور: الصف B مقابل A106 B و A53 B

قبل مناقشة API 5L standard, we must begin by clarifying the most confusing part of this standard, how API 5L B relates to ASTM A106 B and ASTM A53 B. Although all three are regular carbon steel pipes with nearly the same minimum yield strength (35,000 psi / 245 Mpa), you can’t swap them out with each other.Their engineering objectives and applications are vastly different.

· API 5L درجة B (L245): مصممة خصيصاً للنقل في خطوط الأنابيب. تهتم هذه المواصفة القياسية (التي نشرها معهد البترول الأمريكي) بالكفاءة وقابلية اللحام والنقل الآمن للنفط والغاز والماء في خطوط الأنابيب عبر المسافات البعيدة، وتتمثل اهتماماتها الأساسية في كفاءة التدفق وقابلية اللحام الميداني للحامات الطوقية و(في PSL2) المتانة لمقاومة الكسور الهشة طويلة الأمد.

· ASTM A106 درجة B: مصممة حصرياً للخدمة في درجات الحرارة العالية. هذه المواصفة القياسية (من قبل ASTM International) هيRead More لدرجات الحرارة العالية ويجب أن تكون غير ملحومة. إن عدم وجود خط لحام يزيل نقطة فشل محتملة تحت الإجهاد الحراري والزحف وهو السبب في كونه الخيار المفضل لأنابيب البخار والغلايات والمعالجة في المصافي ومحطات الطاقة.

·. Its test requirements are much less rigorous and therefore it is not suitable for critical use.

مقارنة مقاصد التصميم الهندسي

الفجوة الحرجة: شرح PSL1 مقابل PSL2

هذا هو القسم الأكثر أهمية في مواصفات API 5L Grade B. ويؤثر الاختيار بين PSL1 و PSL2 على جودة المنتج وموثوقيته وسعر الأنبوب، حيث إن PSL2 أكثر إحكامًا من PSL1 في جميع الجوانب ذات الصلة.

PSL1 ：هذه هي الجودة القياسية النموذجية النموذجية لأنابيب الخطوط، وهي ضمان أداء أساسي وينطبق على غالبية أعمال خطوط الأنابيب العامة منخفضة المخاطر.

PSL2 ：وهذا المستوى مطور من مستوى المواصفات ومصمم لتلبية ظروف الخدمة الأكثر قسوة (مثل المناخ البارد أو الضغوطات الأعلى أو الخدمة الحامضة أو الموقع شديد الخطورة).PSL2 أكثر صرامة وأكثر تكلفة حيث يفرض عددًا من الشروط الإلزامية غير القابلة للتفاوض.

1. التركيب الكيميائي الأكثر صرامة

يضع PSL2 حدودًا قصوى أكثر صرامة على الكربون (C) والفوسفور (P) والكبريت (S).

· الكربون (C) ومكافئ الكربون (CEq): تنص PSL2 على حد أقصى أقل لمحتوى الكربون، والأهم من ذلك، حد أقصى لمكافئ الكربون (CEq). يعتبر انخفاض مكافئ الكربون هو العامل الوحيد الأكثر أهمية بالنسبة إلى قابلية اللحام الميداني. فهو يقلل من صلابة الفولاذ، مما يقلل من خطر التشقق الناجم عن الهيدروجين وغالبًا ما يقلل أو يلغي الحاجة إلى إجراءات التسخين المكلفة أثناء اللحام.

· الكبريت (S) والفوسفور (P): هذه العناصر عبارة عن شوائب تضعف بنية حبيبات الفولاذ. ومن خلال فرض مستويات منخفضة للغاية من S وP، يضمن فولاذ PSL2 فولاذ “أنظف”. هذه النظافة هي المسؤولة المباشرة عن تفوقه في الصلابة, حيث يمنع الشوائب من أن تصبح مواقع لبدء التشقق.

2. اختبار التصادم الإلزامي على شكل حرف V- نوتش (CVN)

هذا هو الفرق الأساسي. PSL1 لا تتطلب اختبار التصادم. PSL2 التفويضات اختبار صدمة شاربي V-Notch لجميع الأنابيب.

· ما أهمية ذلك: يقيس هذا الاختبار مقدار الطاقة التي يمكن أن يمتصها الأنبوب عند درجة حرارة منخفضة واحدة (على سبيل المثال، 0 درجة مئوية / 32 درجة فهرنهايت) قبل أن ينكسر. هذه القدرة، التي تسمى المتانة، هي خط الدفاع الأول ضد الكسر الهش. يمكن لخط أنابيب الغاز منخفض الصلابة وعالي الضغط أن يتعرض لكسر هش كارثي و“ينفصل” لأميال. ويضمن اختبار CVN أيضًا فشل الأنبوب بطريقة “مطاطة” (تمزق) مما يحصر الضرر. وهذا هو السبب الرئيسي الذي يجعل اختبار PSL2 يُستبعد في أنابيب الغاز الأساسية أو أنابيب الطقس البارد.

3. الاختبار غير المتلف الإلزامي (NDT)

تشمل PSL1 بعض الإصلاحات بدون اختبار عدم الكشف عن العيوب الكامنة. مطلوب PSL2 NDT (بالموجات فوق الصوتية أو الأشعة السينية) لجميع الأنابيب للتحقق من عدم وجود عيوب كامنة في المادة من التصنيع. وهذا يعطينا ضمانًا أساسيًا بأن جسم الأنبوب ودرزات اللحام (إن وجدت) صلبة قبل إرسالها إلى الحقل.

4. نطاقات الملكية الأكثر صرامة

تحدد PSL2 الحد الأدنى وكذلك الحد الأقصى لقوة الخضوع. هذه المعلومات ضرورية لمهندسي اليوم الذين يقومون بتصميم خطوط الأنابيب على أساس الإجهاد في المناطق الزلزالية ومناطق الهبوط، لأنها توفر ضمانًا بإمكانية توقع استجابة الأنبوب.

حالة التصنيع والتسليم (أحرف لاحقة)

تنطبق مواصفة API 5L Grade B القياسية على جميع العمليات التي ينطوي عليها إنتاج الأنبوب الفولاذي. بالإضافة إلى ذلك، يستخدم المعيار أحرف لاحقة للإشارة إلى حالة التسليم (المعالجة الحرارية) للأنبوب والتي تعتبر مهمة لخصائصه النهائية:

· R: كما هو مدلفن. الحالة الأقل تحكمًا، حيث تعتمد الخصائص على درجة حرارة التشطيب في المطحنة.

· N: التطبيع (التطبيع أو التشكيل الطبيعي). وهي طريقة معالجة حرارية يتم فيها تسخين المادة فوق درجة الحرارة الحرجة وتبريدها بالهواء، مما يؤدي إلى تكسير بنية الحبيبات لإنتاج أنبوب أكثر اتساقًا وحبيبات دقيقة مع قوة وصلابة أكبر بكثير من الحالة “المدرفلة”.

· Q: مروي ومقوّى. هذه معالجة حرارية من خطوتين. يتم تسخين الأنبوب ثم تبريده بسرعة (مروي) لتكوين بنية صلبة وقوية للغاية ولكن هشة (مارتينسيت). ثم يتم تسخينها مرة أخرى إلى درجة حرارة منخفضة (مخففة) لتخفيف الضغوط و“تليينها” بما فيه الكفاية وينتج عن ذلك بنية مجهرية دقيقة الحبيبات مثالية تنتج أعلى قوة مع صلابة جيدة وغالبًا ما تكون ضرورية لأنابيب الخدمة عالية الجودة أو الحامضة.

المتطلبات الخاصة: الخدمة الحامضة (H2S)

في المحاليل المائية التي تحتوي على كبريتيد الهيدروجين (H2S)، والتي يشار إليها باسم “الخدمة الحامضة”، يكون الفولاذ الكربوني الطري عرضة “للتشقق الناتج عن إجهاد الكبريتيد (SSC)”، وهو نمط فشل كارثي.

H2S هو حمض ضعيف عندما ينفصل في الماء ويطلق الهيدروجين الذري (H). تخترق ذرات الهيدروجين الدقيقة هذه حبيبات الفولاذ. في المواقع “الصلبة” أو عالية الإجهاد (مثل اللحامات أو البقع الصلبة في الفولاذ)، تتجمع ذرات الهيدروجين وتسبب التقصف، مما يؤدي إلى حدوث شرخ تلقائي دون وجود قوة خارجية.

بالنسبة لهذه التطبيقات، تحدد API 5L (غالبًا ما تستخدم مع NACE MR0175) أنابيب خاصة. بالنسبة للصف B، تصبح التسمية BNS أو BQS أو BMS (على سبيل المثال، API 5L BNS). وتحقق هذه الأنابيب مقاومتها لـ SSC من خلال:

1. رقابة كيميائية صارمة: منخفضة للغاية S وP، وعناصر أخرى خاضعة للرقابة.

2. المعالجة الحرارية المتخصصة: غالبًا ما يتم إخماده وتلطيفه (Q) لإنشاء بنية مجهرية “أكثر ليونة” وأكثر تجانسًا ومقاومة للتقصف الهيدروجيني.

صحائف بيانات المواصفات

لفهم الاختلافات عملياً، فإن جداول البيانات ضرورية لفهم الاختلافات عملياً. (تستند جميع البيانات إلى الإصدار 46 من API 5L)

الجدول 1: التركيب الكيميائي ل API 5L الرتبة B (PSL1 مقابل PSL2) يشير هذا الجدول إلى المتطلبات الكيميائية الأكثر صرامة لـ PSL2 وهي بالخط العريض. هذه هي الحدود غير القابلة للتفاوض، وهي ما يجعل PSL2 يتمتع بقابلية لحام وصلابة كبيرة.

الجدول 2: الخواص الميكانيكية ل API 5L الرتبة B (PSL1 مقابل PSL2) وترد الاختلافات في الخواص الميكانيكية في هذا الجدول، وتعتبر إضافة قوة الخضوع القصوى واختبار الصلابة الإلزامي لـ PSL2 من النقاط الرئيسية.

الخاتمة

إن معيار API 5L من الدرجة B (L245) ليس معيارًا سلعيًا بسيطًا ولكنه معيار متعدد الأوجه يحتوي على متطلبات العديد من مستويات الخدمة وأنواع التصنيع. إنها مزيج “مجرب وحقيقي” من الأداء الذي يمكن الاعتماد عليه والفعالية من حيث التكلفة.

بالنسبة لمهندسي خطوط الأنابيب والمشترين، فإن فهم الاختلافات الأساسية بين PSL1 وPSL2 وما يعنيه ذلك بالنسبة لخطوط الأنابيب الخاصة بهم، بخلاف قائمة الأرقام، هو نصف المعركة في سلامة خطوط الأنابيب وطول عمرها وامتثالها. يوفر PSL1 نوعية جيدة متسقة للاستخدام للأغراض العامة. ومن ناحية أخرى، تُعد PSL2 حلاً هندسيًا أفضل يضمن الحد الأدنى الإلزامي من مستويات المتانة وقابلية اللحام وإمكانية التتبع. وتمثل التكلفة الإضافية لـ PSL2 مساهمة ملموسة في موثوقية وسلامة الأصول، خاصةً في الخدمة الحرجة.