Độ dày, tiêu chuẩn vật liệu ống, phương pháp chế tạo, ứng dụng trong các hạng mục thi công đường ống

Trong công nghiệp, Piping là một hệ thống nhiều thành phần liên kết với nhau, bao gồm pipe, fitting, instruments ,bolts, gaskets, valves, supports… dùng để chuyển tải lưu chất từ điểm này tới điểm khác.
Piping được chia thành 3 loại chính (theo Size):

• Ống có đường kính lớn (Large bore pipe): thường bao gồm ống có đường kính lớn hơn 2 inch.
• Ống có đường kính nhỏ (Small bore pipe): thường bao gồm ống có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 2 inch.
• Tubing bao gồm các ống có đường kính lên đến 4 inch nhưng có độ dày thành
  ống nhỏ hơn hai loại trên và được kết nối với các compression fittings (instruments).
• Pipe
• Fittings (e.g. elbows, reducers, branch connections, etc.)
• Flanges, gaskets, bolting
• Valves
• Pipe supports

– Piping classcification

Có 7 class sau (Theo ASME/ANSI ): 150, 300, 400, 600, 900, 1500 và 2500. Chia Class của piping căn cứ vào dải áp suất-nhiệt độ của thành phần chịu áp yếu nhất. Piping được phân thành các class theo Rating Class của Flange. Các thành phần của Piping: pipe, pipe fitting, bolts, gaskets, valves, supports

– Kích thước của pipe
Pipe : Ống có mặt cắt tròn có kích thước phù hợp với tiêu chuẩn :

• ASME B36.10M: welded and seamless wrought steel pipe
• ASME B36.19M: Stainless steel pipe
• Kích thước của pipe: Được xác định bởi đường kính ngoài của Pipe (OD) và độ dầy pipe.

Norminal pipe size (NPS): Đây là kích thước danh nghĩa của pipe theo hệ inch.
Các NPS thường được sử dụng: 1/8”, ¼”, 3/8”, ½”, ¾”, 1”, 1 ½”, 2”, 3”, 4”, 6”, 8”, 10”,12”, 14”, 16”, 18”, 20”, 24”, 28”, 30”, 32”, 36”, 40”, 44”, 48”52”, 56”, 60”. Các NPS sau thường không được sử dụng: 1 ¼”, 2 ½”, 3 ½”, 5”.

Đối với các ống có NPS ≤ 12 thì OD ≥ NPS.
Đối với các ống có NPS ≥ 14 thì OD = NPS
Nominal diameter (DN): Đây cũng là đường kính danh nghĩa của pipe nhưng ghi trong hệ Mét (Metric).

Độ dày của Pipe : Được xác định bằng Schedule (SCH) hoặc chỉ chính xác độ dầy thành ống (WT – Wall thickness).
Schedule (SCH) được kí hiệu bởi dãy chữ số: 5, 5S, 10, 10S, 20, 20S, 30, 40, STD, 40S, 60, 80, XS, 80S, 120,140,160, XXS
STD: standard wall thickness, XS: extra, XXS: double extra
Kí hiệu S sau số SCH (10S, 20S…) chỉ ra rằng Pipe theo tiêu chuẩn ASME B36.19M, cho Stainless steel pipe.

Đối với các ống có NPS ≤ 10, SCH 40 = STD
Đối với các ống có NPS ≤ 8, SCH 80 = XS

Dựa vào NPS (DN) và SCH ta tra bảng ra chiều dầy của ống tương ứng.

Bảng. Một số thông số của Pipe

Ví dụ: Với Pipe NPS 2; SCH STD sẽ có đường kính ngoài 2.375 inch, wall thickness 0.154 inch.
Pipe material specification
Vật liệu chế tạo pipe phải phù hợp với điều kiện làm việc (áp suất, nhiệt độ, điều kiện chống ăn mòn…). Trong các hệ thống đường ống ngoài khơi (offshore), 95% pipe được chế tạo từ vật liệu thuộc Grade B, phù hợp với ASTM A106 hoặc API 5L specification.
+ ASTM A106: Specification for seamless Carbon steel high temperate service.
Pipe với material specification ASTM A106 có thể làm việc ở nhiệt độ từ -290C đến 2040C, Đường kính ống từ 2 inch (50mm) tới 24 inch (609mm).
+ API SPEC 5L: Specification for line pipe
Line pipe với Spec 5L grade B được sử dụng phổ biến cho các đường pipe line, với đường kính lên tới 80 inch (2032mm). Specification API Spec 5L cũng bao gồm cả các đường High strength steel pipe như API 5L Grade X52, API 5L grade X65…(API 5L Grade X52 thì yield strength của pipe = 52 000 psi).
+ ASTM A333: Specification for seamless and welded steel pipe for low temperature service.
Sử dụng trong các đường ống làm việc ở nhiệt độ thấp, đặc biệt là tại các đường vent áp suât cao (Đường xả khí) do trong quá trình khí thoát ra ngoài (giảm áp đột ngột), nhiệt độ pipe sẽ bị giảm mạnh. Có thể làm việc ở nhiệt độ từ -460C đến 3430C, một số Grade có thể chịu được nhiệt độ tới -1960C.
+A312: Specification for seamless and welded Austenitic stainless steel pipe. Sử dụng cho các hệ đường ống làm việc trong môi trường có tính ăn mòn cao hoặc yêu cầu về độ sạch (ví dụ cho các hệ thống bơm hóa chất (chemical injection) hoặc đường hệ thống phân phối xăng cho sân bay (helifuel distribution system). Grade TP316L thường được sử dụng nhất.
+ ASTM A790 (Duplex): Specification for seamless and welded Ferritic/Austenitic stainless steel Tube for general service.
Pipe với spec ASTM A790 có độ cứng cao và chống ăn mòn tốt nên thường được sử dụng trong các đường ống dẫn dầu/khí có độ ăn mòn cao, các đường Subsea pipeline, hoặc weldhead manifolds, đặc biệt dùng cho các đường ống dẫn chất có độ chua lớn. Tuy nhiên ống loại này có giá thành rất đắt.
+CUNIFEER: là hợp kim của đồng và nikel với tỉ lệ 90/10, thường sử dụng trong các đường cứu hỏa, đường dẫn nước biển do có khả năng chống ăn mòn bởi nước biển tốt.
+Ống Gre: Dùng cho các hệ thống nước thải, (Open Drain System), hệ thống phòng chống cháy (fire system).

Piping material
1. Piping material.

Vật liệu pipe được chia thành hai nhóm chính:
– Vật liệu phi kim loại: PVC, Ceramic, rubber…
Vật liệu kim loại bao gồm hai nhóm:
– Nhóm vật liệu có chứa sắt: thép rèn, thép đúc…
Nhóm vật liệu không chứa sắt: đồng, nhôm và các hợp kim của chúng.
2.Pipe material specification
Vật liệu chế tạo pipe phải phù hợp với điều kiện làm việc (áp suất, nhiệt độ, điều kiện chống ăn mòn…). Trong các hệ thống đường ống ngoài khơi (offshore), 95% pipe được chế tạo từ vật liệu thuộc Grade B, phù hợp với ASTM A106 hoặc API 5L specification.
+ ASTM A106: Specification for seamless Carbon steel high temperate service. Pipe với material specification ASTM A106 có thể làm việc ở nhiệt độ từ -290C đến 2040C, Đường kính ống từ 2 inch (50mm) tới 24 inch (609mm).
+ API SPEC 5L: Specification for line pipe Line pipe với Spec 5L grade B được sử dụng phổ biến cho các đường pipe line, với đường kính lên tới 80 inch (2032mm).
Specification API Spec 5L cũng bao gồm cả các đường High strength steel pipe như API 5L Grade X52, API 5L grade X65…(API 5L Grade X52 thì yield strength của pipe = 52 000 psi).
+ ASTM A333: Specification for seamless and welded steel pipe for low temperature service. Sử dụng trong các đường ống làm việc ở nhiệt độ thấp, đặc biệt là tại các đường vent áp suât cao (Đường xả khí) do trong quá trình khí thoát ra ngoài (giảm áp đột ngột), nhiệt độ pipe sẽ bị giảm mạnh. Có thể làm việc ở nhiệt độ từ – 460C đến 3430C, một số Grade có thể chịu được nhiệt độ tới -1960C
+ A312: Specification for seamless and welded Austenitic stainless steel pipe
Sử dụng cho các hệ đường ống làm việc trong môi trường có tính ăn mòn cao hoặc yêu cầu về độ sạch ( ví dụ cho các hệ thống bơm hóa chất (chemical injection) hoặc đường hệ thống phân phối xăng cho sân bay (helifuel distribution system). Grade TP316L thường được sử dụng nhất.
+ ASTM A790 (Duplex): Specification for seamless and welded Ferritic/Austenitic stainless steel Tube for general service. Pipe với spec ASTM A790 có độ cứng cao và chống ăn mòn tốt nên thường được sử dụng trong các đường ống dẫn dầu/khí có độ ăn mòn cao, các đường Subsea pipeline, hoặc weldhead manifolds, đặc biệt dùng cho các đường ống dẫn chất có độ chua lớn. Tuy nhiên ống loại này có giá thành rất đắt.
+ CUNIFEER: là hợp kim của đồng và nikel với tỉ lệ 90/10, thường sử dụng trong các đường cứu hỏa, đường dẫn nước biển do có khả năng chống ăn mòn bởi nước biển tốt.
+ Ống Gre: Dùng cho các hệ thống nước thải, (Open Drain System), hệ thống phòng chống cháy (fire system).
*** Phương pháp chế tạo ống.
Ống thép thường được chế tạo bằng một trong các phương pháp sau: seamless, longitudinally welded hoặc spirally welded. Phương pháp seamless pipe thường được sử dụng cho ống có NPS ≤ 24. Phương pháp ongitudinally welded thường được sử dụng cho ống có NPS ≥ 16.

Phương pháp chế tạo ống seamless

Phương pháp spirally welded là phương pháp chế tạo ống phổ biến nhất và rẻ nhất. Tuy nhiên nó chỉ được sử dụng cho các hệ thống ống dẫn lưu chất không độc hại, áp suất thấp và có đường kính ống rất lớn.
Các loại đầu ống và các kiểu liên kết ống.
Các thành phần trong piping liên kết với nhau theo một số cách chính sau :
+Threaded: sử dụng trong Utility Systems với áp suất làm việc thấp hoặc có thể
cho các đường ống dẫn dầu/khí với đường kính ống không vượt quá 2 inch (50mm). +Socket welded: Sử dụng cho các đường ống utility system với đường kính ống không vượt quá 3 inch (75mm) hoặc cho các đường ống dẫn dầu, khí với đường kínhống không vượt quá 2 inch (50mm)
+Butt welded: sử dụng rộng rãi trong các hệ thống đường ống, có thể chịu được áp suất làm việc cao. Mối hàn butt welded yêu cầu phải đảm bảo chất lượng mối hàn cao và thường phải được kiểm tra không phá hủy (NDT) sau khi hàn. Ống có thể bao gồm các kiểu đầu ống sau:

• Plain ends có đầu ống tạo thành tiết diện tròn, vuông góc với đường sinh ống và được khoét bỏ các vết cháy ở hai đầu.
• Loại đầu ống này được sử dụng trong mechanical couplings, socket weld fittings hoặc slip-on flange. Beveled ends được yêu cầu với các mối hàn butt weld.
• Threaded ends thường được sử dụng với các mối nối ren.
• Kiểu liên kết Butt Welded: sử dụng rộng rãi trong các hệ thống đường ống, có thể chịu được áp suất làm việc cao. Mối hàn butt welded yêu cầu phải đảm bảo chất lượng mối hàn cao và thường phải được kiểm tra không phá hủy (NDT) sau khi hàn

• Kiểu liên kết Socket Welded: Sử dụng cho các đường ống Utility System với đường kính ống không vượt quá 3 inch (75mm) hoặc cho các đường ống dẫn dầu, khí với đường kính ống không vượt quá 2 inch (50mm).

 

 

• Kiểu liên kết threaded: sử dụng trong Utility Systems với áp suất làm việc thấp hoặc có thể cho các đường ống dẫn dầu/khí với đường kính ống không vượt quá 2 inch (50mm).