Tubo de Linha Sem Costura vs Soldado — Como Escolher

A escolha entre tubo de linha sem costura e soldado — e entre ERW, LSAW e SSAW dentro da categoria soldada — é determinada pelo OD e espessura de parede, pressão operacional, tipo de fluido e o que o código de gasoduto aplicável efetivamente permite para aquele serviço. Preferência não entra na equação. Uma equipe de compras que especifica ERW para uma linha de transmissão de gás de 20 polegadas e um engenheiro que especifica SSAW para um gasoduto troncal offshore de alta pressão cometeram o mesmo tipo de erro: selecionaram um método de fabricação sem ler o que o código exige para aquela combinação de diâmetro, pressão e fluido.

Na ZC Steel Pipe fornecemos tubo de linha sem costura, ERW, LSAW e SSAW sob API Specification 5L, 46.ª Edição, classes X52 a X80, PSL1 e PSL2. Os pedidos que recebemos para projetos de transmissão de gás na África Ocidental e no Oriente Médio são quase inteiramente LSAW PSL2 X65 ou X70 na faixa de 20 a 48 polegadas OD. Os pedidos de tubo sem costura vêm predominantemente de pacotes de tubulação de estações compressoras e fabricantes de carretéis submarinos que trabalham em tamanhos de 2 a 16 polegadas.

Como Cada Tipo É Fabricado

Sem costura — um tarugo de aço maciço é aquecido até a temperatura de laminação, furado em um laminador de mandril ou bancada de empurre para formar uma carcaça oca, e então alongado e laminado até o OD e espessura de parede alvo. Nenhuma costura soldada existe em qualquer parte da parede do tubo. O processo de furação introduz variação circunferencial na espessura de parede que os laminadores controlam mediante programas rígidos de passes de laminação; API 5L permite uma tolerância de espessura de parede de +20% / −12,5% para tubo sem costura, mais ampla que a tolerância para tubo soldado formado a partir de chapa de espessura conhecida. O OD prático de tubo sem costura para classes de tubo de linha vai de ½ polegada a aproximadamente 24 polegadas; acima disso, o rendimento de produção cai acentuadamente e o caso comercial para tubo sem costura desaparece.

ERW (Soldagem por Resistência Elétrica) — tira de aço é conformada a frio em um cilindro e as bordas adjacentes são fundidas por resistência elétrica de alta frequência — a corrente que flui pela interface gera calor que solda as bordas sem metal de adição. A solda ERW é estreita, completamente no estado sólido e percorre todo o comprimento do tubo. Quando ensaio ultrassônico de 100% da costura soldada é aplicado e o material da tira é limpo, ERW produz boas propriedades mecânicas. O caráter no estado sólido da costura é também sua fraqueza: trincas em gancho e defeitos de falta de fusão podem se formar nas bordas da costura se a geometria de conformação ou os parâmetros de potência derivarem, e esses defeitos podem ser invisíveis para END inadequado. Faixa prática: 2 a 24 polegadas OD, parede até aproximadamente 19 mm.

LSAW (Soldagem por Arco Submerso Longitudinal) — chapa de aço é pressionada em forma de U e depois em forma de O (o processo UOE) ou formada progressivamente pelo processo JCO, e a costura longitudinal é soldada interna e externamente por soldagem por arco submerso — um processo de alto aporte de calor usando um arco coberto por fluxo e arame de adição que produz uma solda de fusão profunda e estreita com excelentes propriedades mecânicas e uma grande ZAC que PWHT subsequente ou resfriamento controlado gerencia. LSAW é o padrão de engenharia para gasodutos de transmissão de gás de grande diâmetro e alta pressão. Faixa prática: 16 a 60 polegadas OD, parede até aproximadamente 50 mm.

SSAW (Soldagem por Arco Submerso em Espiral) — tira de aço é alimentada em ângulo em um cabeçote de conformação que a enrola em uma hélice; a costura em espiral é soldada por arco submerso, também interna e externamente. O processo SSAW produz tubo de qualquer diâmetro a partir de uma única largura de tira ajustando o ângulo de hélice, o que o torna flexível e econômico para grandes diâmetros. A orientação da costura — inclinada em relação ao eixo do tubo — tem consequências discutidas na seção de qualidade de solda abaixo. Faixa prática: 16 a 100 polegadas OD, embora acima de 60 polegadas seja raro para serviço de óleo e gás.

Faixas de Tamanho e Pressão

A tabela abaixo cobre a faixa de produção prática para cada método de fabricação. As zonas de sobreposição — particularmente 16 a 24 polegadas OD — são onde a decisão de seleção requer julgamento de engenharia em vez de uma simples regra de tamanho.

Na zona de sobreposição de 16 a 24 polegadas, tubo sem costura, ERW e LSAW podem produzir tubo na mesma classe API 5L. O guia prático: acima de 70 bar MAOP para gás, especifique LSAW ou tubo sem costura e confirme qual o código do projeto exige. Abaixo de 50 bar para serviço de líquidos, ERW nessa faixa de tamanho é comercialmente razoável onde o código do projeto permitir.

Para as tabelas de classe completas com propriedades mecânicas e limites de composição química de PSL1 e PSL2, consulte as tabelas de especificação API 5L e o guia de seleção PSL1 vs PSL2.

Qualidade de Solda — ERW vs LSAW vs SSAW

As diferenças de qualidade de solda entre os três métodos de fabricação soldada importam mais em dois cenários: serviço de gás de alta pressão e carga de pressão cíclica. Para serviço de água de baixa pressão, os três métodos produzem qualidade de solda adequada com controle de qualidade apropriado.

Os modos de falha da costura ERW documentados pela indústria incluem trincas em gancho — inclusões alongadas na linha de solda que se abrem sob carga de tração ou pressão — e defeitos de falta de fusão nas bordas da costura, resultantes de aporte de calor insuficiente ou preparação inadequada das bordas. Ambos os tipos de defeito podem percorrer paralelos à costura, tornando-os difíceis de detectar com UT transversal apenas. O requisito PSL2 de API 5L para ensaio ultrassônico multi-ângulo de comprimento total da costura soldada aborda isso, mas a qualidade da costura em ERW é tão boa quanto a limpeza da tira e o controle do processo na estação de soldagem.

Costura LSAW — o processo de arco submerso deposita metal de adição em uma ranhura preparada e produz uma solda metalurgicamente sã com uma grande zona de fusão. O UT de comprimento total dos passes de solda interno e externo, combinado com END de reparo de solda e radiografia de extremidades, proporciona confiança de que a qualidade de solda LSAW sob PSL2 é consistente. O modo de falha em LSAW não é tipicamente um defeito de costura não detectado na produção — é a qualidade do reparo de solda. Reparos realizados para acessar um defeito e resoldar devem ser retestados ao mesmo padrão que a costura original, e os registros de reparo devem ser rastreáveis no MTC.

Falha da costura SSAW em serviço de pressão cíclica é a preocupação documentada: a costura em espiral introduz uma orientação de solda em relação à tensão de aro aplicada que é menos favorável para iniciação e propagação de trinca por fadiga que a costura longitudinal do LSAW. O mecanismo é geométrico — a costura em espiral é mais longa por unidade de comprimento de tubo, e a ZAC percorre em ângulo em relação à direção de tensão principal. Em serviço de líquidos com pressão sustentada constante, isso raramente é crítico. Em serviço de gás de alta pressão com ciclagem de partida-parada ou flutuação de pressão, a geometria de costura do SSAW é uma das razões pelas quais a maioria dos códigos de projeto o exclui da transmissão principal de gás.

Quando NÃO Usar Cada Tipo

Não use SSAW para gasodutos de transmissão de gás de alta pressão. Acima de aproximadamente 40 bar MAOP, a maioria dos códigos nacionais de gasodutos de gás e especificações de projeto dos principais operadores exclui SSAW do serviço de linha principal. A combinação de sensibilidade à fadiga da costura em espiral e a variabilidade dimensional inerente ao processo de conformação em espiral (tolerância de OD e parede é mais ampla para SSAW que para LSAW) torna SSAW inadequado para esta aplicação independentemente da classe especificada. SSAW tem um papel legítimo em transmissão de água, revestimento estrutural e troncos de distribuição de gás de baixa pressão — use-o ali.

Não use ERW acima de 24 polegadas. Os laminadores ERW não produzem tubo neste OD; o processo de conformação a frio não é prático em grandes diâmetros. Mais relevante é o limiar onde os códigos de projeto deixam de permitir ERW para serviço de alta pressão: a maioria dos códigos de gasodutos de gás limita ERW a 70 bar ou exige testes adicionais acima dessa pressão. Se o MAOP estiver acima de 70 bar para um gasoduto de gás na faixa de 8 a 24 polegadas, verifique o código aplicável antes de especificar ERW — o código pode exigir LSAW ou tubo sem costura.

Não especifique tubo sem costura acima de 24 polegadas para pedidos de volume. A produção de tubo sem costura acima de 24 polegadas OD está limitada a laminadores especializados e as quantidades comerciais disponíveis são pequenas. Se um projeto exige 100 km de tubo de 30 polegadas, tubo sem costura não é um método de fabricação viável independentemente do orçamento. A especificação correta para tubo de grande diâmetro e alta pressão é LSAW PSL2.

Não use tubo sem costura onde LSAW é o padrão de engenharia para aquele tamanho. Especificar tubo sem costura X65 PSL2 em 20 polegadas OD em vez de LSAW X65 PSL2 não é uma decisão conservadora — é um custo adicional desnecessário (tubo sem costura em 20 polegadas, onde existe, custa significativamente mais que LSAW) sem um ganho correspondente de confiabilidade. Para transmissão de gás de linha principal de grande diâmetro, LSAW com END de comprimento total sob PSL2 é a especificação de engenharia correta, não um compromisso.

Exemplo de Cálculo de Espessura de Parede (ASME B31.8)

Um gasoduto LSAW X65 PSL2 de 20 polegadas (508 mm OD) com pressão máxima de operação permissível (MAOP) de 10 MPa em uma localização Classe 1. Espessura de parede mínima sob ASME B31.8 (Tubulação de Transmissão e Distribuição de Gás):

Fórmula:

t = (P × D) / (2 × SMYS × F × E × T)

Variáveis:

• P = 10 MPa (MAOP)
• D = 508 mm (OD nominal)
• SMYS = 450 MPa (escoamento mínimo X65 por API 5L, 46.ª Edição)
• F = 0,72 (fator de projeto, localização Classe 1 por ASME B31.8 Tabela 841.114A)
• E = 1,0 (fator de junta longitudinal para LSAW por ASME B31.8 Tabela 841.115A)
• T = 1,0 (fator de redução por temperatura, temperatura ambiente)

Cálculo:

t = (10 × 508) / (2 × 450 × 0,72 × 1,0 × 1,0)

t = 5.080 / 648

t = 7,84 mm

Arredondar para a espessura de parede comercialmente disponível mais próxima: 8,0 mm, ou confirmar com o programa de espessura de parede padrão do projeto. Para LSAW em 20 polegadas, 9,5 mm e 12,7 mm são paredes em estoque comuns na cadeia de fornecimento do Oriente Médio e da África Ocidental; a espessura de parede mínima de 8,0 mm deixa uma margem que a maioria dos operadores aceita.

A mesma fórmula se aplica de forma idêntica ao tubo sem costura X65 PSL2 — o SMYS é o mesmo e o cálculo não muda. A diferença prática é que o tubo sem costura em 20 polegadas OD não está disponível comercialmente nas quantidades exigidas para um gasoduto de linha principal na maioria dos mercados. A especificação para uma linha de gás de alta pressão de 20 polegadas nesses mercados é LSAW X65 PSL2, não tubo sem costura — não porque a fórmula seja diferente, mas porque a cadeia de fornecimento não suporta tubo sem costura nesse tamanho para pedidos de volume.

Para executar este cálculo com os parâmetros específicos do seu gasoduto, use a Calculadora de Projeto de Gasoduto.

Armadilha de Compras — Especificação Contraditória

Um pedido de compra ou folha de dados do projeto que especifica "tubo sem costura LSAW X65 PSL2" não é uma especificação conservadora — é uma especificação contraditória. Tubo sem costura e LSAW são métodos de fabricação mutuamente exclusivos. O tubo sem costura não tem costura soldada; o tubo LSAW tem uma costura de solda por arco submerso longitudinal. Um tubo não pode ser ambos.

Quando contratantes recebem um pedido de compra com termos de método de fabricação contraditórios, resolvem a ambiguidade em seu favor — o que tipicamente significa a opção mais barata. Se LSAW for menos caro no OD exigido (o que geralmente ocorre acima de 16 polegadas), o laminador produz LSAW e o envia contra o pedido de compra. O MTC indicará "LSAW" porque foi isso que foi fabricado. Se a inspeção de recebimento do comprador sinalizar que o MTC não diz "tubo sem costura", a disputa começa.

A linguagem correta do pedido de compra é uma destas — não ambas:

• "API 5L, Classe X65, PSL2, Sem Costura, [OD] × [parede]..." — para aplicações de pequeno diâmetro, alta pressão ou sensíveis à fadiga abaixo de 16 polegadas
• "API 5L, Classe X65, PSL2, LSAW, [OD] × [parede]..." — para gasodutos troncais de transmissão de gás de grande diâmetro

Vemos essa contradição com mais frequência em especificações elaboradas a partir de uma folha de dados de projeto anterior que misturou requisitos de diferentes itens de linha. Leve a revisão do método de fabricação até o pedido de compra explicitamente — não deixe para o laminador resolver.

Uma segunda armadilha comum: especificar "tubo sem costura ou equivalente" sem definir o que constitui um equivalente. Os laminadores interpretarão "equivalente" como qualquer método de fabricação soldada, incluindo SSAW para grandes diâmetros. Se tubo sem costura é exigido, o pedido de compra deve dizer "tubo sem costura" apenas.

Fornecimento

Fornecemos tubo de linha sem costura de ½ polegada a 16 polegadas OD, LSAW de 16 a 48 polegadas OD, ERW de 2 a 16 polegadas OD, e SSAW de 20 a 60 polegadas OD para serviço de água e aplicações estruturais. PSL2 é nosso padrão para todas as consultas de transmissão de gás em qualquer método de fabricação — PSL1 está disponível sob pedido para aplicações de especificação inferior.

A maioria dos pedidos LSAW para projetos de gás na África Ocidental e no Oriente Médio é despachada em X65 ou X70 PSL2 com ensaio Charpy V-notch a −20°C e MTC EN 10204 3.2 (testemunhado por terceiros). Para pacotes de tubulação de estações compressoras, tubo sem costura X65 ou X70 PSL2 em 6 a 16 polegadas OD é uma compra padrão. SSAW fornecemos para projetos de transmissão de água e revestimento estrutural onde a especificação do projeto permite explicitamente tubo espiral.

Para mais informações sobre os requisitos de PSL1 vs PSL2 e qual condição de entrega é apropriada para o seu projeto, consulte o guia de seleção PSL1 vs PSL2, as especificações X65 PSL2 e as especificações X70 PSL2.