اختيار الأنابيب الفولاذية للاستخدام في درجات الحرارة العالية والمنخفضة: ASTM A671 مقابل ASTM A672

مقدمة

تعتمد خطوط الأنابيب الصناعية التي تعمل في ظروف درجات الحرارة القصوى، والمستخدمة في قطاعات النفط والغاز، وتوليد الطاقة، والتخزين في درجات حرارة منخفضة، والبنية التحتية البلدية، على أنابيب فولاذية ملحومة متينة لمقاومة التشقق الناتج عن الحرارة والتشوه الناجم عن الضغط. وتتطلب جميع مشاريع خطوط الأنابيب المخصصة للأعمال الشاقة الامتثال الصارم للمعايير الموحدة مواصفات الأنابيب المصنوعة من الفولاذ الكربوني, ، لأن الهشاشة عند درجات الحرارة تحت الصفر والزحف عند درجات الحرارة العالية هما سببان شائعان للفشل في ظل ظروف العمل القاسية. من المهم جدًا لمهندسي المشاريع وفرق المشتريات التمييز بين معياري أنابيب EFW ASTM A671 و ASTM A672، لأن كلا المعيارين يتم تصنيعهما وتوريداهما على نطاق واسع من قبل مصنعي أنابيب الفولاذ الكربوني المؤهلين في جميع أنحاء العالم.

يعتمد هذان المعياران الخاصان بأنابيب EFW على اللحام بالقوس المغمور على الألواح لإنتاج منتجات عالية الجودة أنابيب الصلب LSAW, ، ومع ذلك فقد صُممت لتتناسب مع ظروف درجات حرارة مختلفة تمامًا. ASTM A671 تركز على متانة الصدم عند درجات الحرارة المنخفضة، في حين تهدف المواصفة ASTM A672 إلى ضمان الاستقرار في ظروف الضغط العالي ودرجات الحرارة المتوسطة والعالية. توضح هذه المقالة الاختلافات بينهما في درجات المواد والمعالجة الحرارية وبروتوكولات الاختبار وسيناريوهات التطبيق، كما ترشد المستخدمين إلى اختيار مواصفات الأنابيب المطابقة للمعايير ومصنعي الأنابيب الموثوق بهم لمشاريع خطوط الأنابيب التي تعمل في ظروف درجات الحرارة القصوى.

1. فهم معيار ASTM A671: الأنابيب الفولاذية EFW المخصصة للاستخدام في درجات الحرارة المنخفضة

1.1 النطاق والغرض من التصميم

تغطي المواصفة ASTM A671 الأنابيب الفولاذية الملحومة بالصهر الكهربائي والمخصصة للاستخدام في الظروف الجوية العادية ودرجات الحرارة المنخفضة التي تتطلب صلابة عند الشق. ويولي التصميم الأساسي الأولوية لمتانة الشق عند درجات الحرارة المنخفضة لتجنب الكسر الهش في البيئات التي تقل فيها درجة الحرارة عن الصفر. وينطبق هذا المعيار على خطوط الأنابيب ذات القطر الكبير من NPS 16 فما فوق، بسمك جدار لا يقل عن 6 مم، ويستخدم على نطاق واسع في الأنظمة الصناعية التي تعمل في درجات حرارة منخفضة.

باعتباره منتجًا رئيسيًّا في مجال الاحتراف شركة مصنعة لأنابيب الفولاذ الكربونيفي منشآت الشركة، تُصنع الأنابيب الفولاذية ASTM A671 EFW عادةً باستخدام عمليات تشكيل الألواح واللحام بالقوس المغمور، بما في ذلك طريقة JCOE وطرق اللحام الطولي الأخرى. وتساهم الرقابة الصارمة على الشوائب الكيميائية في منع انتشار الشقوق الدقيقة بشكل فعال في ظل الصدمات الحرارية عند درجات الحرارة المنخفضة، وهو ما يتوافق مع المواصفات الدولية للأنابيب المستخدمة في الظروف الباردة.

1.2 الدرجات الشائعة وفئات المعالجة الحرارية

تتوافق درجات ASTM A671 مع ألواح فولاذية محددة مخصصة لأوعية الضغط، كما أنها تتوافق مع المواصفات الموحدة للأنابيب الصناعية.

• CA55 / CB60: مصنوعة من ألواح فولاذية مطابقة لمعيار ASTM A442 (مواصفات تاريخية مشار إليها في المعيار)
• CC60 / CC65 / CC70: تُصنع من ألواح A516 Gr 60/65/70 ذات الحبيبات الدقيقة، وهي مثالية لأنظمة الأنابيب المبردة
• CD70 / CD80: يستخدم الفولاذ A537 المبرد والمُصلَّب في خطوط الأنابيب القطبية التي تعمل في درجات حرارة منخفضة للغاية

تحدد رموز الفئات (12، 22، 32) متطلبات المعالجة الحرارية والفحص بالأشعة (مصدر البيانات: مواصفات ASTM International):

1. الرقم الأول: معيار المعالجة الحرارية (1 = كما هي بعد اللحام، 2 = بعد تخفيف التوتر، 3 = بعد التوحيد)
2. الرقم الثاني: نطاق الفحص بالأشعة السينية لللحامات (2 = الكشف بالأشعة السينية على كامل طول اللحام 100%)

تُعد الفئة 22 هي الفئة الأكثر استخدامًا، وتتميز بمعالجة تخفيف الإجهاد وفحص شامل لللحامات بهدف التخلص من الإجهاد المتبقي ومنع حدوث التشققات عند درجات الحرارة المنخفضة.

1.3 التطبيقات الرئيسية

ASTM A671 أنابيب الصلب LSAW يُستخدم بشكل أساسي في التطبيقات ذات درجات الحرارة المنخفضة والتطبيقات المبردة:

• أنابيب نقل الغاز الطبيعي المسال وغاز البترول المسال والنيتروجين السائل في درجات حرارة منخفضة.
• شبكات جمع النفط والغاز وأنابيب النقل الرئيسية في القطب الشمالي.
• شبكات إمداد المياه البلدية وأنابيب العمليات الصناعية في المناطق الباردة.
• أنظمة نقل السوائل المستخدمة في التعدين والطاقة في درجات حرارة دون الصفر.

2. فهم معيار ASTM A672: الأنابيب الفولاذية EFW المخصصة للاستخدام في ظروف الضغط العالي ودرجات الحرارة المتوسطة إلى العالية

2.1 النطاق والغرض من التصميم

ASTM A672 يُطبق هذا المعيار على الأنابيب الفولاذية الملحومة بالانصهار الكهربائي والمخصصة للاستخدام في ظروف الضغط العالي عند درجات حرارة معتدلة. وعلى عكس تصميم A671 الذي يركز على الصلابة في درجات الحرارة المنخفضة، يعمل هذا المعيار على تحسين البنية المجهرية والتركيب الكيميائي للفولاذ من أجل الحفاظ على قوة شد مستقرة ومقاومة للزحف في ظل الإجهاد الحراري طويل الأمد عند درجات حرارة عالية.

أقام مصنع متخصص في أنابيب الفولاذ الكربوني عملية إنتاج مستقلة لمعيار A672 أنابيب الصلب الملحومة لتلبية معايير التشغيل في درجات الحرارة العالية. وهي تتوفر بنفس نطاق الأحجام الذي تتوفر به المواصفة A671، وتتيح مرونة في مطابقة الأحجام للمشاريع الصناعية التي تتطلب درجات حرارة عالية. وعادةً ما يتم تصنيع الأنابيب ذات القطر الكبير والجدران السميكة وفقًا للمواصفة ASTM A672 كمنتجات مخصصة مصنوعة بتقنية اللحام بالتيار المتردد (LSAW) لتلبية متطلبات التطبيقات الصناعية الصعبة.

2.2 الدرجات الشائعة وخصائص المواد

تركز الدرجة A672 على الاستقرار الهيكلي في درجات الحرارة العالية، وتتمثل المواد الرئيسية المستخدمة في صناعة الألواح فيما يلي:

• A45 / A50: صفائح من الفولاذ A 285 C منخفضة الكربون، مخصصة لأنابيب الضغط المنخفض ودرجات الحرارة المتوسطة
• B60 / B65: ألواح من الفولاذ A515 من الدرجة 60/65 المخصصة للأنابيب البخارية والحرارية ذات الضغط المتوسط
• C60 / C70: ألواح A516 من الدرجة 60/70 المخصصة للغلايات عالية الضغط وأنابيب العمليات الكيميائية

على الرغم من أن الدرجات الجزئية A671 وA672 تستخدمان نفس الألواح الأساسية، فإن المواصفات الصناعية للأنابيب الخاصة بهما تختلف اختلافًا كبيرًا من حيث معايير الاختبار. وعلى عكس المعيار ASTM A671، لا يشترط المعيار ASTM A672 عمومًا إجراء اختبار الصدم عند درجات الحرارة المنخفضة ما لم يُنص على ذلك في متطلبات المشروع.

2.3 التطبيقات الرئيسية

ASTM A672 أنابيب الصلب الملحومة تُستخدم في المجالات الصناعية التي تتسم بارتفاع الضغط وارتفاع درجة الحرارة:

• أنابيب توزيع البخار في غلايات محطات توليد الطاقة وأنابيب توصيل أجهزة التسخين الفائق.
• أنابيب نقل السوائل المستخدمة في العمليات ذات درجات الحرارة العالية في المصافي ومصانع المواد الكيميائية.
• أنابيب توزيع الطاقة الحرارية الأرضية وأنابيب التوزيع الرئيسية للتدفئة المركزية.
• أنظمة نقل الغاز المضغوط الصناعية ذات الضغط العالي.

3. الاختلافات الرئيسية: ASTM A671 مقابل ASTM A672

يلخص الجدول أدناه الاختلافات الأساسية وفقًا لمعايير ASTM الرسمية ومواصفات الأنابيب الصناعية:

4. عمليات تصنيع الأنابيب الفولاذية بتقنيتي EFW وLSAW

4.1 سير العمل القياسي في الإنتاج

معتمد شركة مصنعة لأنابيب الفولاذ الكربوني تقوم مصانع مثل «ألاند» بإنتاج الأنابيب الفولاذية الملحومة من طرازي A671 وA672 من خلال عمليات التشكيل JCOE القياسية وعمليات اللحام بالقوس المغمور، بما يتوافق تمامًا مع مواصفات الأنابيب الصناعية:

1. فحص الألواح الخام والتحقق من أبعادها.
2. القطع الدقيق، والقطع بالقالب، وطحن الحواف.
3. الانحناء المسبق للصفائح والتشكيل الأسطواني باستخدام تقنية JCOE.
4. اللحام المسبق للخط الطولي، واللحام بالقوس المغمور الداخلي والخارجي.
5. التقويم، والشطف، والمعالجة الحرارية حسب الطلب.
6. الكشف عن العيوب بالموجات فوق الصوتية، والاختبار الهيدروستاتيكي، والفحص بالأشعة.
7. إزالة المغناطيسية، ووضع العلامات، والطلاء المضاد للتآكل (يمكن اختيار 3 أنواع من طلاء LPE/FBE).

4.2 الأنابيب المصنوعة بتقنية EFW مقارنةً بالأنابيب التقليدية المصنوعة بتقنية LSAW

أنابيب EFW والأنابيب التقليدية أنابيب الصلب LSAW تشترك في نفس تقنية التشكيل واللحام عالية الدقة، مما يضمن جودة لحام موحدة وأداءً ميكانيكيًا متسقًا. ويكمن الاختلاف الجوهري في قواعد الاختبار المخصصة التي تحددها المواصفات الصناعية المختلفة للأنابيب. تتطلب المواصفة A671 إجراء اختبارات صدمية صارمة في درجات حرارة منخفضة، وتفرض كلتا المواصفتين معالجات حرارية محددة بعد اللحام (PWHT)، في حين أن منتجات LSAW العادية قد تخضع فقط لفحوصات روتينية في درجة حرارة الغرفة.

4.3 المعايير الأساسية لمراقبة الجودة

مؤهل أنابيب الصلب الملحومة يجب أن تخضع الأنابيب المخصصة للاستخدام في درجات الحرارة القصوى لاختبارات غير مدمرة صارمة، وفحص جودة اللحام، والتحقق من الأداء الميكانيكي. وتلتزم الشركات المتخصصة في تصنيع أنابيب الفولاذ الكربوني بتنفيذ المعالجات الحرارية والاختبارات الميكانيكية التي تنص عليها معايير ASTM بدقة، وذلك لتجنب تعطل الأنابيب في ظل درجات الحرارة والضغط القصوى.

5. كيفية اختيار مصنع مؤهل لأنابيب الصلب الكربوني

5.1 قائمة مراجعة مؤهلات الموردين

التوريد المتوافق مع معيار A671/A672 أنابيب الصلب الملحومة تُلزم الموردين بالالتزام بالمعايير الفنية الأساسية التي تتوافق مع المواصفات الرسمية للأنابيب في هذا القطاع:

• إمكانية تتبع المواد الخام بشكل كامل وشهادات الاختبار الرسمية الصادرة عن المصنع.
• خطوط إنتاج متطورة للأنابيب الفولاذية من نوع LSAW من شركة JCOE، ومعدات متخصصة للمعالجة الحرارية.
• مختبرات مستقلة لاختبارات الكشف غير التدميري (NDT) تشمل الاختبار الإشعاعي (RT) والاختبار بالموجات فوق الصوتية (UT) واختبار الصدم
• صالح API 5L, ، شهادات الاعتماد الدولية الصادرة عن منظمة التوحيد القياسي الدولية (ISO) والمعهد الأمريكي لاختبارات المواد (ASTM)
• خدمات طلاء مخصصة لمقاومة التآكل وخدمات معالجة الأنابيب حسب الطلب.

5.2 حلول الأنابيب الاحترافية من Allland

بصفتي محترفًا شركة مصنعة لأنابيب الفولاذ الكربوني تقع شركة «ألاند» في مدينة تسانغتشو (مركز صناعة الأنابيب في الصين)، وتمتلك خطي إنتاج للأنابيب الفولاذية بتقنية LSAW من شركة JCOE و5 ورشات متخصصة في مقاومة التآكل، ويبلغ إنتاجها السنوي 200,000 طن من المنتجات الملحومة القياسية. تتوافق جميع المنتجات بشكل صارم مع المواصفات الصناعية لـ ASTM، مما يدعم الإنتاج المخصص للأنابيب A671 المخصصة لدرجات الحرارة المنخفضة وA672 المخصصة لدرجات الحرارة المرتفعة.

تقدم شركة «ألاند» تقارير اختبار شاملة للدفعات، ووثائق MTC، وشهادات الامتثال، وتقدم خدماتها لعملاء عالميين من بينهم شركة CNPC، وشركة CNOOC، وشركة ADNOC، وشركة Petrobras. كما توفر منتجات خطوط الأنابيب المستقرة والمتوافقة مع المعايير لمشاريع التبريد الفائق، وتوليد الطاقة، والبتروكيماويات في جميع أنحاء العالم.

6. الأسئلة الشائعة (FAQ))

السؤال 1: هل يمكن لـ A672 استبدال الأنبوب بـ A671 للاستخدام في الظروف المبردة ذات درجات الحرارة المنخفضة؟

A: A672 أنابيب الصلب الملحومة لا توجد متطلبات إلزامية لإجراء اختبارات التأثير في درجات الحرارة المنخفضة، كما أن تركيبتها المادية غير مصممة لمقاومة الكسر الهش في درجات الحرارة تحت الصفر. ووفقًا للمواصفات القياسية الصناعية للأنابيب، فإن الأنابيب الفولاذية من نوع A671 الفئة 22/32 المصنوعة بتقنية اللحام الطولي (LSAW) هي الوحيدة التي تتوافق مع متطلبات مشاريع خطوط الأنابيب المبردة.

السؤال 2: ماذا تعني الفئات 12 و22 و32 بالنسبة لـ A671/A672 الأنابيب؟

ج: تمثل رموز الفئات معايير المعالجة الحرارية والفحص (مصدر البيانات: مواصفات ASTM International). يشير الرقم الأول إلى أنواع المعالجة الحرارية، بينما يحدد الرقم الثاني نطاق الفحص الإشعاعي لللحامات. وتُعد الفئة 22 أكثر الفئات الصناعية تنوعًا، حيث تتضمن معالجة لتخفيف الإجهاد وفحصًا كاملاً لللحامات، وهي مخصصة لأنابيب النقل التي تعمل في درجات حرارة قصوى.

السؤال 3: كيف تتوافق درجة جودة الصفيحة الفولاذية مع الدرجة النهائية للأنبوب الفولاذي المصنوع بتقنية EFW؟

ج: جميع درجات أنابيب النقل مستمدة من مواصفات ASTM المحددة لألواح أوعية الضغط، والتي تشكل جزءًا أساسيًا من المواصفات الموحدة للصناعة الخاصة بأنابيب النقل. تتوافق A671 CC60/CC70 مع ألواح A516 Gr 60/70 المخصصة لدرجات الحرارة المنخفضة، بينما يتم تصنيع A672 C60/C70 وB60 من ألواح أوعية الضغط A516 وA515 على التوالي للتكيف مع بيئات التشغيل المختلفة.

7. الخاتمة

يكمن الاختلاف الأساسي بين المعيارين ASTM A671 و A672 في درجات الحرارة التشغيلية المستهدفة والمواصفات الصناعية المخصصة لكل منهما. ASTM A671 أنابيب الصلب الملحومة تم تصميمه لمقاومة درجات الحرارة المنخفضة والتقصف الناتج عن درجات الحرارة المنخفضة، في حين أن المعيار A672 مناسب للأنظمة الصناعية التي تعمل تحت ضغط عالٍ ودرجات حرارة متوسطة إلى عالية. ويستخدم كلا المعيارين تقنية اللحام بالقوس المغمور التي أثبتت كفاءتها، لكنهما يتطلبان إجراءات مختلفة للمعالجة الحرارية والاختبار وفقًا لظروف التشغيل المقصودة.

اختيار محترف ومعتمد شركة مصنعة لأنابيب الفولاذ الكربوني يضمن الامتثال التام لمعايير ASTM، مما يحد من مخاطر سلامة خطوط الأنابيب الناجمة عن الإنتاج والاختبار غير المطابقين للمعايير. وبالنسبة لمشاريع خطوط الأنابيب التي تعمل في ظروف درجات الحرارة القصوى في جميع أنحاء العالم، فإن اختيار المعيار المناسب لخطوط الأنابيب والمورد الموثوق به هو مفتاح التشغيل المستقر على المدى الطويل لأنظمة البنية التحتية.