LNGタンク

LNGタンクの設計、材料の選択、および用途に関する詳細ガイド

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導入

液化天然ガス (LNG) は、効率的な輸送と保管を容易にするために極低温で保管される、世界のエネルギー インフラストラクチャに不可欠な要素です。LNG タンクの設計と材料の選択は、安全性、耐久性、およびパフォーマンスを確保する上で重要です。タンクの設計と材料の検討に加えて、エネルギー分野における LNG タンクの役割を十分に理解するには、LNG タンクのさまざまな用途を理解することが不可欠です。

LNGタンク設計の理解

LNG タンクは、約 -162°C (-260°F) の温度で天然ガスを液体の状態で保管するように設計されています。極寒、圧力変動、潜在的な熱応力に対応する必要があります。主なタンクの種類と重要な設計上の考慮事項について詳しく説明します。
タンクタイプ:
単一封じ込めタンク: これらのタンクは、外側がコンクリート構造の単層の鋼鉄製です。安全マージンが低いため、通常は小規模な貯蔵容量に使用され、大規模な用途にはあまり使用されません。
二重封じ込めタンク: これらのタンクは、内側に鋼鉄製のタンクがあり、外側にコンクリートまたは鋼鉄製の封じ込め層があります。潜在的な漏れを管理し、追加の保護層を提供することで、安全性を高めます。
完全封じ込めタンク: これらのタンクは、内部の LNG コンテナと二次封じ込めシステムを備え、あらゆる潜在的な漏れに対処できるように設計されており、大規模な LNG 貯蔵の標準となっています。
設計上の考慮事項:
断熱性: パーライト、真空、ポリウレタンフォームなどの高度な断熱材は、熱の侵入を防ぎ、LNG を極低温に維持します。
圧力制御システム: 安全弁と監視システムは、内部圧力を管理し、安全な操作を確保するために不可欠です。
耐震性と構造の健全性: タンクは地震活動やその他の構造的ストレスに耐える必要があるため、多くの場合、鉄筋コンクリートと詳細な構造解析が組み込まれます。

LNGタンク設計

LNGタンク設計

LNGタンクの材料選定

LNG タンクの性能と寿命を延ばすには、適切な材料を選択することが重要です。一般的に使用される材料は次のとおりです。
内タンク材質:
9% ニッケル鋼 (ASTM A553): この材料は、内部底板、内部シェル、または壁板に最適で、極低温での高い靭性と脆性破壊耐性を備えています。
低温炭素鋼: これは、極端な極低温特性がそれほど重要ではないコンポーネントに、9% ニッケル鋼と組み合わせて使用されることがあります。
外側タンク材質:
コンクリート： 二重および完全封じ込めタンクの外側封じ込め層に使用され、堅牢な構造サポートと追加の断熱性を提供します。
鋼鉄： 外部タンクの高応力領域で使用される場合があり、腐食に耐えるようにコーティングまたは処理されていることが多いです。
タンク屋根の材質:
ASTM A516 グレード70: この炭素鋼はタンクの天板に適しており、低温でも強度と靭性を発揮します。
断熱材:
パーライト: 極低温に対する絶縁に効果的です。
ガラス繊維とエアロゲル: 優れた断熱性を発揮する先進的な素材ですが、コストが高くなります。

LNGタンクの用途

LNG タンクは、エネルギー分野のさまざまな用途で重要な役割を果たします。その利用方法は次のとおりです。
LNG輸入・輸出ターミナル:
輸入ターミナル: 輸入ターミナルの LNG タンクは船舶から LNG を受け取り、再ガス化されて地元のガスネットワークに供給される前に貯蔵します。
輸出ターミナル: LNGタンクは、液化天然ガスを船に積み込んで国際輸送する前に、輸出ターミナルで貯蔵します。
LNG貯蔵および配送:
公益事業会社: 公益事業会社は、住宅用および商業用の天然ガスを LNG タンクに貯蔵および分配し、需要がピークとなる時期でも安定した供給を確保します。
産業用途: 産業界では、一貫性と信頼性のある燃料源を必要とするプロセスに天然ガスを貯蔵および供給するために LNG タンクを使用しています。
燃料としてのLNG:
海上輸送: LNG タンクは LNG で稼働するように設計された船舶で使用され、従来の船舶燃料に比べて排出量を削減します。
大型車両: LNG タンクは液化天然ガスで動くトラックやバスに使用され、ディーゼル燃料よりもクリーンな代替燃料を提供します。
緊急バックアップとピークカット：
バックアップ電源: LNG タンクは、電力供給が不安定な地域にバックアップ電源ソリューションを提供し、停電時に発電用に天然ガスを利用できるようにします。
ピークシェービング: LNG 貯蔵は、需要の少ない時期に余剰ガスを貯蔵し、需要の多い時期に放出することで、ピーク需要の管理に役立ちます。
LNG生産施設:
液化プラント: LNG タンクは生産施設で液化製品を保管します。そこで天然ガスは冷却され、凝縮されて液体となり、効率的な保管と輸送が行われます。

設計と安全性に関する考慮事項

LNG タンクの安全性と効率性を確保するには、次の点を考慮してください。
熱ストレス管理: 極端な温度変化によって生じる熱応力を管理するには、適切な断熱材と伸縮継手が必要です。
安全機能: LNG 貯蔵に関連する潜在的なリスクに対処するために、漏れ検出システム、防火システム、緊急停止システムを組み込みます。
企業コンプライアンス： アメリカ石油協会 (API)、全米防火協会 (NFPA)、国際標準化機構 (ISO) などの組織による業界標準および規制を遵守します。

結論

LNG タンクの設計と材料の選択は、タンクの安全で効率的な運用を保証する上で不可欠です。エンジニアは、極低温部品に 9% ニッケル鋼、屋根に ASTM A516 グレード 70 などの適切な材料を選択することで、過酷な条件下でも確実に機能するタンクを作成できます。輸入および輸出ターミナルから産業用途や緊急バックアップまで、LNG タンクの多様な用途を理解することで、世界のエネルギー インフラストラクチャにおける LNG タンクの重要な役割が明らかになります。慎重な設計、材料の選択、安全基準の遵守は、LNG の貯蔵と利用の継続的な成功と安全性をサポートします。正確な仕様と現在の価格については、 お問い合わせ 特定のプロジェクトのニーズを満たすために常に推奨されます。

NACE MR0175 と NACE MR0103 の比較

NACE MR0175 と NACE MR0103 の違いは何ですか?

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導入

石油やガスなどの産業では、機器やインフラが日常的に過酷な環境にさらされるため、腐食条件に耐えられる材料を選択することが重要です。硫化水素（H₂S）を含む環境における材料選択の指針となる2つの重要な基準は次のとおりです。 ナセMR0175 そして ナセMR0103どちらの規格も硫化物応力割れ (SSC) やその他の水素誘起損傷を防ぐことを目的としていますが、それぞれ異なる用途と環境向けに設計されています。このブログでは、これら 2 つの重要な規格の違いについて包括的な概要を説明します。

NACE規格の概要

現在、材料保護性能協会 (AMPP) の一部である NACE International は、H₂S を含む酸性使用環境がもたらす課題に対処するために、NACE MR0175 および NACE MR0103 を開発しました。これらの環境では、さまざまな形態の腐食や亀裂が発生する可能性があり、材料の完全性が損なわれ、壊滅的な故障につながる可能性があります。これらの規格の主な目的は、これらの損傷効果に耐えられる材料を選択するためのガイドラインを提供することです。

適用範囲と適用

ナセMR0175

主な焦点: NACE MR0175、または ISO 15156 は、炭化水素の探査、掘削、生産、輸送を含む上流の石油およびガス産業を主に対象としています。
環境： この規格は、酸性サービス環境での石油およびガス生産に使用される材料を対象としています。これには、ダウンホール設備、坑口コンポーネント、パイプライン、および製油所が含まれます。
グローバル使用: NACE MR0175 は、酸性環境における材料の安全性と信頼性を確保するために、上流の石油およびガス事業で広く使用されている世界的に認められた規格です。

ナセMR0103

主な焦点: NACE MR0103 は、下流の業務に重点を置いた、精製および石油化学産業向けに特別に設計されています。
環境： この規格は、特に湿った H₂S 環境における硫化水素を使用する処理プラントに適用されます。この規格は、硫化物応力割れのリスクが大きい水素化処理ユニットなどの精製ユニットに見られる条件に合わせて調整されています。
業界固有: より幅広い用途で使用される NACE MR0175 とは異なり、NACE MR0103 は精製部門に重点を置いています。

材料要件

ナセMR0175

素材オプション: NACE MR0175 には、炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼、ニッケルベースの合金など、さまざまな材料オプションが用意されています。各材料は、特定の酸性環境への適合性に基づいて分類されます。
資格： 材料が使用資格を得るには、SSC、水素誘起割れ (HIC)、硫化物応力腐食割れ (SSCC) に対する耐性など、厳しい基準を満たす必要があります。
環境制限: この規格は、H₂S 分圧、温度、pH、およびその他の生態学的要因を制限し、酸性サービスに対する材料の適合性を決定します。

ナセMR0103

材料要件: NACE MR0103 は、精錬環境における SSC に耐える材料に重点を置いています。炭素鋼、低合金鋼、および特定のステンレス鋼に特定の基準を規定しています。
簡略化されたガイドライン: MR0175 と比較すると、MR0103 の材料選択ガイドラインはよりわかりやすく、精製作業で一般的に見られる、より制御された一貫した条件を反映しています。
製造プロセス： この規格では、材料の割れに対する耐性を維持するための溶接、熱処理、および製造の要件も概説されています。

認証とコンプライアンス

ナセMR0175
認証： NACE MR0175 への準拠は、規制機関によって要求されることが多く、酸性石油およびガス事業における機器の安全性と信頼性を確保するために重要です。この規格は、多くの国際規制や契約で参照されています。
ドキュメント: 通常、材料が MR0175 に概説されている特定の基準を満たしていることを示すために、詳細な文書が必要です。これには、化学組成、機械的特性、および酸性使用条件に対する耐性のテストが含まれます。
ナセMR0103
認証： NACE MR0103 への準拠は、通常、精製工場や石油化学工場で使用される機器や材料の契約で求められます。これにより、選択された材料が精製環境の特定の課題に耐えられることが保証されます。
簡略化された要件: MR0103 準拠の文書化とテストの要件は依然として厳格ですが、上流工程と比較して精製における環境条件とリスクが異なることを反映して、MR0175 の要件ほど複雑ではないことがよくあります。

テストと認定

ナセMR0175
厳格なテスト: 材料は、酸性環境での使用に適合するために、SSC、HIC、SSCC の実験室テストを含む広範なテストを受ける必要があります。
グローバルスタンダード: この規格は国際的な試験手順に準拠しており、多くの場合、石油・ガス事業で見られる最も過酷な条件下でも材料が厳しい性能基準を満たすことが求められます。
ナセMR0103
対象を絞ったテスト: 試験要件は、製油所環境の特定の条件に重点を置いています。これには、湿った H₂S、SSC、およびその他の関連するクラッキングに対する耐性の試験が含まれます。
アプリケーション固有: テストプロトコルは、上流工程で見られるものよりも条件が厳しくないことが多い精製プロセスのニーズに合わせて調整されています。

結論

その間 NACE MR0175 および NACE MR0103 どちらも、酸性使用環境での硫化物応力割れやその他の環境割れを防止しますが、異なる用途向けに設計されています。
ナセMR0175 石油・ガス上流事業の標準規格です。幅広い材料と環境条件をカバーし、厳格なテストと認定プロセスを備えています。
ナセMR0103 精製業界向けにカスタマイズされています。下流工程に重点を置き、よりシンプルで的を絞った材料選択基準を使用します。

これらの規格の違いを理解することは、特定の用途に適した材料を選択し、硫化水素環境におけるインフラストラクチャの安全性、信頼性、および耐久性を確保するために不可欠です。

水素誘起割れ HIC

環境クラッキング: HB、HIC、SWC、SOHIC、SSC、SZC、HSC、HE、SCC

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導入

石油・ガス、化学処理、発電など、材料が過酷な環境にさらされる業界では、環境亀裂を理解して防止することが重要です。このような種類の亀裂は、壊滅的な故障、高額な修理、重大な安全リスクにつながる可能性があります。このブログ投稿では、HB、HIC、SWC、SOHIC、SSC、SZC、HSC、HE、SCC などのさまざまな形態の環境亀裂について、その認識、根本的なメカニズム、防止戦略など、詳細かつ専門的な概要を説明します。

1. 水素ブリスター（HB）

認識：
水素ブリスターは、材料の表面にブリスターまたは膨らみが形成されることが特徴です。これらのブリスターは、水素原子が材料に浸透して内部の欠陥または介在物に蓄積し、局所的に高圧を生み出す水素分子を形成することによって発生します。

機構：
水素原子は材料（通常は炭素鋼）に拡散し、不純物や空隙のある場所で分子状水素に再結合します。これらの水素分子からの圧力により気泡が発生し、材料が弱くなり、さらに劣化が進みます。

防止：

  • 材料の選択: 不純物の少ない材料、特に硫黄含有量の少ない鋼材を使用します。
  • 保護コーティング: 水素の侵入を防ぐコーティングの適用。
  • 陰極防食： 水素吸収を減らすための陰極保護システムの導入。

2. 水素誘起割れ（HIC）

認識：
水素誘起割れ (HIC) は、多くの場合、材料の圧延方向と平行に走る内部亀裂によって識別されます。これらの亀裂は通常、粒界に沿って存在し、材料の表面まで伸びることはないため、重大な損傷が発生するまで検出が困難です。

機構：
水素ブリスターと同様に、水素原子が材料に入り込み、内部の空洞または介在物内で再結合して分子状水素を形成します。これらの分子によって発生する圧力によって内部に亀裂が生じ、材料の構造的完全性が損なわれます。

防止：

  • 材料の選択: 不純物レベルが低い低硫黄鋼を選択してください。
  • 熱処理： 適切な熱処理プロセスを採用して、材料の微細構造を改良します。
  • 保護対策: コーティングと陰極保護を使用して水素の吸収を抑制します。

3. 応力配向性水素誘起割れ（SOHIC）

認識：
SOHIC は、外部引張応力が存在する場合に発生する水素誘起割れの一種です。溶接部やその他の高応力領域の近くでよく見られる、特徴的な階段状の割れパターンによって認識されます。

機構：
水素誘起割れと引張応力により、より深刻で特徴的な割れパターンが発生します。応力が存在すると水素脆化の影響が悪化し、割れが段階的に広がります。

防止：

  • ストレス管理: 残留応力を軽減するために応力緩和処理を実施します。
  • 材料の選択: 水素脆化に対する耐性が高い材料を使用します。
  • 保護対策: 保護コーティングと陰極保護を施します。

4. 硫化物応力割れ（SSC）

認識：
硫化物応力割れ (SSC) は、硫化水素環境 (H₂S) にさらされた高強度鋼に脆性亀裂として現れます。これらの亀裂は多くの場合、粒界亀裂であり、引張応力下で急速に伝播し、突然の壊滅的な破損につながる可能性があります。

機構：
硫化水素が存在すると、水素原子が材料に吸収され、脆化を引き起こします。この脆化により、材料の引張応力に対する耐性が低下し、脆性破壊が発生します。

防止：

  • 材料の選択: 硬度レベルを制御した耐酸性材料の使用。
  • 環境制御: 硫化水素への曝露を減らすか、抑制剤を使用してその影響を最小限に抑えます。
  • 保護コーティング: 硫化水素に対するバリアとして機能するコーティングの適用。

5. ステップワイズクラッキング（SWC）

認識：
段階的割れまたは水素割れは、高強度鋼、特に溶接構造物で発生します。これは、溶接部付近で典型的に見られるジグザグまたは階段状の割れパターンによって認識されます。

機構：
段階的な亀裂は、水素脆化と溶接の残留応力の複合効果により発生します。亀裂は、材料の最も弱い経路に沿って段階的に広がります。

防止：

  • 熱処理： 残留応力を軽減するために、溶接前および溶接後の熱処理を使用します。
  • 材料の選択: 水素脆化に対する耐性が優れた材料を選択してください。
  • 水素ベークアウト: 溶接後に吸収された水素を除去するために水素ベークアウト手順を実施します。

6. 応力亜鉛割れ（SZC）

認識：
応力亜鉛割れ (SZC) は、亜鉛コーティングされた (亜鉛メッキされた) 鋼で発生します。これは、亜鉛コーティングの剥離と、それに続く下層の鋼の構造的破損につながる可能性がある粒界亀裂として認識されます。

機構：
亜鉛コーティング内の引張応力と腐食環境への露出の組み合わせにより、SZC が発生します。コーティング内の応力と環境要因が組み合わさると、粒界割れや破損が発生します。

防止：

  • コーティングコントロール: 過度のストレスを避けるために、適切な亜鉛コーティングの厚さを確保してください。
  • 設計上の考慮事項: ストレスが集中する急な曲がり角やコーナーを避けてください。
  • 環境制御: ひび割れを悪化させる可能性のある腐食性環境への露出を減らします。

7. 水素応力割れ（HSC）

認識：
水素応力割れ (HSC) は、水素にさらされた高強度鋼の水素脆化の一種です。引張応力下で突然脆性破壊が発生するのが特徴です。

機構：
水素原子が鋼鉄に拡散し、脆化を引き起こします。この脆化により材料の靭性が大幅に低下し、応力を受けるとひび割れや突然の破損が発生しやすくなります。

防止：

  • 材料の選択: 水素脆化の影響を受けにくい材料を選択してください。
  • 環境制御: 処理およびサービス中の水素への曝露を最小限に抑えます。
  • 保護対策: 水素の侵入を防ぐために、保護コーティングと陰極保護を使用します。

8. 水素脆化（HE）

認識：
水素脆化 (HE) は、水素吸収による材料の弾性の喪失とそれに続く亀裂または破壊の総称です。破壊の突然の脆性的な性質がよく認識されます。

機構：
水素原子が金属の格子構造に入り込み、金属の延性と靭性が大幅に低下します。応力を受けると、脆くなった材料は割れや破損を起こしやすくなります。

防止：

  • 材料の選択: 水素脆化に耐性のある材料を使用します。
  • 水素制御: 製造中およびサービス中の水素暴露を管理して吸収を防止します。
  • 保護コーティング: 水素が材料に侵入するのを防ぐコーティングを施します。

9. 応力腐食割れ（SCC）

認識：
応力腐食割れ (SCC) は、通常、材料の表面で始まり、その厚さ全体に広がる微細な亀裂が特徴です。SCC は、材料が引張応力下で腐食環境にさらされたときに発生します。

機構：
SCC は、引張応力と腐食環境の複合効果によって発生します。たとえば、塩化物による SCC はステンレス鋼でよく見られる問題で、塩化物イオンが応力下で亀裂の発生と伝播を促進します。

防止：

  • 材料の選択: 環境に応じて、特定の種類の SCC に耐性のある材料を選択します。
  • 環境制御: 動作環境における塩化物などの腐食性物質の濃度を低減します。
  • ストレス管理: SCC の原因となる残留応力を最小限に抑えるために、応力緩和アニーリングと慎重な設計を使用します。

結論

環境亀裂は、材料の完全性が極めて重要な業界にとって、複雑で多面的な課題です。効果的な予防には、HB、HIC、SWC、SOHIC、SSC、SZC、HSC、HE、SCC などの各タイプの亀裂の背後にある特定のメカニズムを理解することが不可欠です。材料の選択、応力管理、環境制御、保護コーティングなどの戦略を実施することで、業界はこれらの亀裂に関連するリスクを大幅に削減し、インフラストラクチャの安全性、信頼性、寿命を確保できます。

技術の進歩が進むにつれて、環境によるひび割れに対処する方法も進化していきます。そのため、常に厳しい環境下で材料の完全性を維持するには、継続的な研究開発が不可欠です。

石油貯蔵タンクの建設：鋼板の必要量の計算

石油貯蔵タンクの鋼板枚数の計算方法

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導入

石油貯蔵タンクの建設には、構造の完全性、安全性、費用対効果を確保するための正確な計画と正確な計算が必要です。 炭素鋼板、これらのプレートの数量と配置を決定することは非常に重要です。このブログでは、具体的な例を使用して、石油貯蔵タンクの鋼板の数を計算する手順を説明します。

プロジェクト仕様

顧客の要件:

  • プレートの厚さのオプション: 6mm、8mm、10mmの炭素鋼板
  • プレート寸法: 幅: 2200mm、長さ: 6000mm

タンク仕様:

  • タンクの数: 3
  • 個々のタンク容量: 3,000立方メートル
  • 身長： 12メートル
  • 直径： 15.286メートル

3つの円筒形石油貯蔵タンクの鋼板数量を計算する手順

ステップ1: タンク1個の表面積を計算する

各タンクの表面積は、円筒形のシェル、底部、および屋根の表面積の合計です。

1. 円周と殻面積を計算する

2. 屋根と床の面積を計算する

 

ステップ2: すべてのタンクの合計表面積を計算する

ステップ3: 必要な鋼板の数を決定する

ステップ4: プレートの厚さを割り当てる

タンクの構造的完全性とコストを最適化するには、各タンクのさまざまな部分に異なるプレート厚さを割り当てます。

  • 6mmプレート: 構造的なストレスが低い屋根に使用します。
  • 8mmプレート: タンクシェルの上部のストレスが中程度である部分に塗布します。
  • 10mmプレートこれらは、貯蔵された油の重さにより最もストレスがかかる殻の底部と下部に使用されます。

ステップ5: 各タンクのプレートの割り当て例

底板:

  • タンクあたりの必要面積: 183.7平方メートル
  • 板厚: 10mm
  • タンクあたりのプレート数: [183.7/13.2] プレート
  • タンク3台分の合計: 14 × 3 プレート

シェルプレート:

  • タンクあたりの必要面積: 576平方メートル
  • 板厚: 10mm（下部）、8mm（上部）
  • タンクあたりのプレート数: [576/13.2] プレート
    • 下部（10mm）: タンクあたり約22枚
    • 上部（8mm）: タンクあたり約22枚
  • タンク3台分の合計: 44 × 3 プレート

ルーフプレート:

  • タンクあたりの必要面積: 183.7平方メートル
  • 板厚: 6mm
  • タンクあたりのプレート数: [183.7/13.2] プレート
  • タンク3台分の合計: 14 × 3 = プレート

正確な計算のための考慮事項

  • 腐食許容値: 将来の腐食を考慮して追加の厚さを含めます。
  • 無駄: 切断と取り付けによる材料の無駄を考慮し、通常は 5-10% の余分な材料を追加します。
  • デザインコード: プレートの厚さとタンクの設計を決定するときは、API 650 などの関連する設計コードと規格に準拠していることを確認してください。

結論

炭素鋼板で石油貯蔵タンクを建設するには、材料効率と構造的完全性を確保するための正確な計算が必要です。表面積を正確に決定し、適切な板厚を考慮することで、業界標準と顧客要件を満たすタンクを建設するために必要な板の数を見積もることができます。これらの計算はタンク建設の成功の基盤となり、効率的な材料調達とプロジェクト計画を可能にします。新しいプロジェクトでも、既存のタンクを改造する場合でも、このアプローチにより、エンジニアリングのベストプラクティスに沿った堅牢で信頼性の高い石油貯蔵ソリューションが保証されます。新しい LNG、航空燃料、または原油貯蔵タンクプロジェクトをお持ちの場合は、[email protected] に連絡して、最適な鋼板の見積もりを入手してください。

3LPEコーティングと3LPPコーティング

3LPE vs 3LPP: パイプラインコーティングの総合比較

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導入

パイプラインコーティングは、鋼管を腐食やその他の環境要因から保護します。最も一般的に使用されるコーティングには、 3層ポリエチレン（3LPE） そして 3層ポリプロピレン（3LPP） コーティング。どちらのコーティングも強力な保護を提供しますが、用途、構成、および性能が異なります。このブログでは、コーティングの選択、コーティングの構成、コーティングの性能、建設要件、建設プロセスという 5 つの主要領域に焦点を当てて、3LPE コーティングと 3LPP コーティングを詳細に比較します。

1. コーティングの選択

3LPEコーティング:
使用法: 3LPE は、石油・ガス産業の陸上および海上パイプラインに広く使用されています。特に、中程度の耐熱性と優れた機械的保護が求められる環境に適しています。
温度範囲3LPE コーティングは通常、-40 °C から 80 80 °C の温度で動作するパイプラインに使用されます。
コストの考慮: 3LPE は一般に 3LPP よりもコスト効率が高いため、温度要件がサポート範囲内にある予算制約のあるプロジェクトでよく選ばれます。
3LPPコーティング:
使用法: 3LPP は、深海沖合パイプラインや高温流体を輸送するパイプラインなどの高温環境で好まれます。また、優れた機械的保護が必要な領域でも使用されます。
温度範囲3LPP コーティングは、通常 -20°C ～ 140°C の高温に耐えることができるため、より要求の厳しい用途に適しています。
コストの考慮3LPP コーティングは、優れた耐熱性と機械的特性を備えているため高価ですが、過酷な条件下で稼働するパイプラインには必要です。
選択の概要: 3LPE と 3LPP の選択は、主にパイプラインの動作温度、環境条件、予算の考慮によって決まります。3LPE は中程度の温度とコスト重視のプロジェクトに最適ですが、3LPP は強化された機械的保護が不可欠な高温環境に適しています。

2. コーティング組成

3LPEコーティング組成:
レイヤー 1: フュージョンボンドエポキシ (FBE)最内層は鋼板基材への接着性に優れ、主な腐食防止層となります。
層2: 共重合体接着剤この層は FBE 層をポリエチレン トップコートに結合し、強力な接着性と追加の腐食保護を保証します。
層3: ポリエチレン (PE): 外層は、取り扱い、輸送、設置中の物理的な損傷に対する機械的な保護を提供します。
3LPPコーティング組成:
レイヤー 1: フュージョンボンドエポキシ (FBE)3LPE と同様に、3LPP の FBE 層は主な腐食防止および接着層として機能します。
層2: 共重合体接着剤この接着層は FBE をポリプロピレントップコートに接着し、強力な接着を保証します。
層3: ポリプロピレン (PP)ポリプロピレンの外層は、ポリエチレンよりも優れた機械的保護と高い耐熱性を備えています。
構成概要: 両方のコーティングは、FBE 層、コポリマー接着剤、および外側の保護層を備えた同様の構造を共有しています。ただし、外側の層の材質が異なり (3LPE ではポリエチレン、3LPP ではポリプロピレン)、これによりパフォーマンス特性が異なります。

3. コーティング性能

3LPEコーティング性能:
耐熱性: 3LPE は中程度の温度環境では適切に機能しますが、80°C を超える温度には適さない場合があります。
機械的保護: ポリエチレンの外層は物理的損傷に対する優れた耐性を備えており、陸上および海上パイプラインに適しています。
耐腐食性FBE 層と PE 層の組み合わせにより、特に湿気の多い環境や濡れた環境でも腐食に対する強力な保護が実現します。
耐薬品性3LPE は化学薬品に対して優れた耐性を備えていますが、3LPP と比較すると、強力な化学薬品にさらされる環境では効果が低くなります。
3LPPコーティング性能:
耐熱性3LPP は最高 140°C の温度に耐えるように設計されており、高温の流体を輸送するパイプラインや高温環境に最適です。
機械的保護: ポリプロピレン層は、特に外部圧力と物理的ストレスが高い深海の海洋パイプラインにおいて、優れた機械的保護を提供します。
耐腐食性3LPP は 3LPE と同様に優れた耐腐食性を備えていますが、高温環境ではより優れた性能を発揮します。
耐薬品性3LPP は耐薬品性に優れているため、腐食性の高い化学物質や炭化水素が存在する環境に適しています。
パフォーマンス概要: 3LPP は高温環境で 3LPE より優れており、機械的および化学的耐性に優れています。ただし、3LPE は中程度の温度とそれほど過酷でない環境では依然として非常に効果的です。

4. 建設要件

3LPE 構築要件:
表面処理: 3LPE コーティングの効果を得るには、適切な表面処理が重要です。FBE 層に必要な接着力を得るには、鋼鉄表面を洗浄し、粗くする必要があります。
応募条件: 各層の適切な接着を確保するために、3LPE コーティングは制御された環境で適用する必要があります。
厚さ仕様各層の厚さは重要であり、パイプラインの用途に応じて、合計の厚さは通常 1.8 mm から 3.0 mm の範囲になります。
3LPP構築要件:
表面処理: 3LPE と同様に、表面処理が重要です。鋼は汚染物質を除去するために洗浄し、FBE 層が適切に接着するように粗くする必要があります。
応募条件3LPP の塗布プロセスは 3LPE と似ていますが、コーティングの耐熱性が高いため、より正確な制御が必要になることがよくあります。
厚さ仕様3LPP コーティングは通常 3LPE よりも厚く、特定の用途に応じて合計の厚さは 2.0 mm から 4.0 mm の範囲になります。
建設要件の概要: 3LPE および 3LPP には、綿密な表面処理と制御された塗布環境が必要です。ただし、3LPP コーティングでは、保護特性を高めるために通常、より厚い塗布が必要です。

5. 建設プロセス

3LPE構築プロセス:
表面洗浄: 鋼管は、研磨ブラストなどの方法を使用して洗浄され、錆、スケール、その他の汚染物質が除去されます。
FBE アプリケーション: 洗浄されたパイプは予熱され、FBE 層が静電的に塗布され、鋼鉄との強固な結合が実現します。
接着層の塗布コポリマー接着剤が FBE 層の上に塗布され、FBE が外側のポリエチレン層に接着されます。
PE 層の適用: ポリエチレン層がパイプ上に押し出され、機械的保護と追加の耐腐食性を提供します。
冷却と検査: コーティングされたパイプは冷却され、欠陥がないか検査され、輸送の準備が整います。
3LPP建設プロセス:
表面洗浄3LPE と同様に、鋼管は徹底的に洗浄され、コーティング層の適切な接着が確保されます。
FBE アプリケーションFBE 層は予熱されたパイプに適用され、主な腐食保護層として機能します。
接着層の塗布: FBE 層の上にコポリマー接着剤を塗布し、ポリプロピレン トップコートとの強固な接着を確保します。
PP層の適用: ポリプロピレン層は押し出し成形により塗布され、優れた機械的耐性と耐熱性を備えています。
冷却と検査: パイプを冷却し、欠陥がないか検査し、展開の準備を整えます。
建設プロセスの概要: 3LPE と 3LPP の構築プロセスは似ていますが、外側の保護層に使用される材料が異なります。どちらの方法でも、最適なパフォーマンスを確保するには、温度、清潔さ、層の厚さを慎重に制御する必要があります。

結論

3LPE コーティングと 3LPP コーティングのどちらを選択するかは、動作温度、環境条件、機械的ストレス、予算など、いくつかの要因によって決まります。
3LPE 中程度の温度で稼働し、コストが重要な考慮事項となるパイプラインに最適です。ほとんどの陸上および海上アプリケーションで優れた耐腐食性と機械的保護を提供します。
3LPP一方、高温環境や優れた機械的保護を必要とする用途では、 が好まれます。 コストが高いのは、厳しい条件下でも優れた性能を発揮するためです。

パイプライン プロジェクトの特定の要件を理解することは、適切なコーティングを選択する上で不可欠です。3LPE と 3LPP はどちらも長所と用途があり、適切な選択を行うことで、パイプライン インフラストラクチャの長期的な保護と耐久性を確保できます。

石油・ガス探査における鋼管の重要な役割を探る

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導入

鋼管は石油とガスに欠かせないもので、過酷な条件下でも比類のない耐久性と信頼性を発揮します。探査と輸送に欠かせないこれらのパイプは、高圧、腐食環境、過酷な温度に耐えます。このページでは、石油とガスの探査における鋼管の重要な機能について説明し、掘削、インフラストラクチャ、安全性における鋼管の重要性について詳しく説明します。適切な鋼管を選択することで、この厳しい業界で運用効率を高め、コストを削減できる方法をご覧ください。

I. 石油・ガス産業向け鋼管の基礎知識

1. 用語の説明

API: の略称 アメリカ石油協会.
OCTG: の略称 石油産業向け鋼管オイルケーシングパイプ、オイルチューブ、ドリルパイプ、ドリルカラー、ドリルビット、サッカーロッド、パップジョイントなど。
オイルチューブ: チューブは、油井での抽出、ガス抽出、水注入、酸破砕に使用されます。
ケース: 壁の崩壊を防ぐためのライナーとして、地表から掘削されたボーリング孔に降ろされるチューブ。
ドリルパイプ: ボーリング孔を掘る際に使用するパイプ。
ラインパイプ: 石油やガスを輸送するために使用されるパイプ。
カップリング: 2 本の内ねじ付きパイプを接続するために使用されるシリンダー。
カップリング材質: カップリングの製造に使用されるパイプ。
API スレッド: API 5B規格で規定されたパイプねじ。油管用丸ねじ、ケーシング用短丸ねじ、ケーシング用長丸ねじ、ケーシング用部分台形ねじ、ラインパイプ用ねじなど。
プレミアム接続: 独自のシーリング プロパティ、接続プロパティ、およびその他のプロパティを持つ非 API スレッド。
失敗: 特定の使用条件下での変形、破損、表面損傷、および本来の機能の喪失。
失敗の主な形態: 破裂、滑り、破裂、漏れ、腐食、接着、摩耗など。

2. 石油関連規格

API 仕様 5B、第 17 版 – ケーシング、チューブ、ラインパイプのねじのねじ切り、ゲージング、ねじ検査の仕様
API 仕様 5L、第 46 版 – ラインパイプの仕様
API 仕様 5CT、第 11 版 – ケーシングとチューブの仕様
API 仕様 5DP、第 7 版 – ドリルパイプの仕様
API 仕様 7-1、第 2 版 – ロータリードリルステムエレメントの仕様
API 仕様 7-2、第 2 版 – 回転肩付きねじ接続部のねじ切りおよびゲージの仕様
API 仕様 11B、第 24 版 – サッカーロッド、研磨ロッドとライナー、カップリング、シンカーバー、研磨ロッドクランプ、スタッフィングボックス、ポンピングティーの仕様
ISO 3183:2019 – 石油・天然ガス産業 — パイプライン輸送システム用鋼管
ISO 11960:2020 – 石油・天然ガス産業 — 井戸のケーシングや配管に使用される鋼管
NACE MR0175 / ISO 15156:2020 – 石油・天然ガス産業 — 石油・ガス生産におけるH2S含有環境で使用する材料

II. オイルチューブ

1. オイルチューブの分類

オイルチューブは、非アプセットオイルチューブ (NU)、外部アプセットオイルチューブ (EU)、およびインテグラルジョイント (IJ) オイルチューブに分けられます。NU オイルチューブとは、チューブの端が中厚で、直接ねじを回してカップリングをもたらすことを意味します。アプセットチューブとは、両方のチューブの端が外部にアプセットされ、次にねじを切ってカップリングされることを意味します。インテグラルジョイントチューブとは、チューブの一方の端が外部ねじでアプセットされ、もう一方の端がカップリングなしで直接接続された内部ねじでアプセットされていることを意味します。

2. オイルチューブの機能

① 石油・ガスの採掘：油井・ガス井を掘削し、セメントで固めた後、油井内にチューブを設置して石油・ガスを地中に採掘します。
②注水：坑内圧力が不十分な場合、チューブを通して井戸内に水を注入します。
③ 蒸気注入：濃厚油の高温回収では、断熱された油管を通じて蒸気が坑井内に注入されます。
④ 酸性化破砕：油井掘削後期や油ガス井の生産性向上のため、油ガス層に酸性化破砕媒体や硬化材を投入する必要があり、媒体と硬化材は油管を通じて輸送されます。

3. オイルチューブの鋼種

オイルチューブの鋼材グレードは、H40、J55、N80、L80、C90、T95、P110 です。
N80はN80-1とN80Qに分けられ、両者の引張特性は同じです。2つの違いは出荷状態と衝撃性能の違いです。N80-1は出荷時に正規化された状態、または最終圧延温度が臨界温度Ar3より高い場合、空冷後に張力が低下し、正規化の代わりに熱間圧延に使用できるため、衝撃や非破壊検査は必要ありません。N80Qは焼入れ（焼き入れ焼戻し）熱処理が必要で、衝撃機能はAPI 5CTの規定に準拠する必要があり、非破壊検査を行う必要があります。
L80はL80-1、L80-9Cr、L80-13Crに分かれており、機械的性質や納期は同じです。用途、製造難易度、価格の違い：L80-1は一般用、L80-9CrとL80-13Crは耐腐食性の高いチューブで、製造が難しく、高価で、通常は重腐食井で使用されます。
C90 と T95 は、C90-1、C90-2 と T95-1、T95-2 の 1 型と 2 型に分けられます。

4. オイルチューブによく使用される鋼種、鋼名、納入状況

J55 (37Mn5) NUオイルチューブ: 焼鈍ではなく熱間圧延
J55 (37Mn5) EUオイルチューブ：全長アプセット後の正規化
N80-1 (36Mn2V) NUオイルチューブ: 焼鈍ではなく熱間圧延
N80-1 (36Mn2V) EUオイルチューブ: 全長 圧縮後正規化
N80-Q (30Mn5) オイルチューブ: 30Mn5、全長焼戻し
L80-1 (30Mn5) オイルチューブ: 30Mn5、全長焼戻し
P110 (25CrMnMo) オイルチューブ: 25CrMnMo、全長焼戻し
J55 (37Mn5) カップリング: 熱間圧延オンライン 焼鈍
N80 (28MnTiB) カップリング: 全長焼戻し
L80-1 (28MnTiB) カップリング: 全長強化
P110 (25CrMnMo) カップリング: 全長焼戻し

III. ケーシングパイプ

1. ケーシングの分類と役割

ケーシングは、油井やガス井の壁を支える鋼管です。掘削深度や地質条件の違いにより、各井戸では数層のケーシングが使用されます。ケーシングを井戸に降ろした後、セメントで固めますが、油管や掘削管とは異なり、再利用できず、使い捨ての消耗品です。そのため、ケーシングの消費量は油井管全体の70％以上を占めています。ケーシングは用途により、導体ケーシング、中間ケーシング、生産ケーシング、ライナーケーシングに分けられ、油井における構造は図1に示されています。

①導体ケース： 通常、API グレードの K55、J55、または H40 を使用する導体ケーシングは、坑口を安定させ、直径が通常約 20 インチまたは 16 インチの浅い帯水層を隔離します。

②中間ケーシング： 中間ケーシングは、多くの場合 API グレードの K55、N80、L80、または P110 で作られ、不安定な地層や変化する圧力ゾーンを隔離するために使用され、一般的な直径は 13 3/8 インチ、11 3/4 インチ、または 9 5/8 インチです。

③製造ケース： 生産ケーシングは、API グレード J55、N80、L80、P110、Q125 などの高級鋼で作られており、生産圧力に耐えられるように設計されており、通常、直径は 9 5/8 インチ、7 インチ、または 5 1/2 インチです。

④ライナーケース： ライナーは、API グレードの L80、N80、または P110 などの材料を使用して、通常の直径が 7 インチ、5 インチ、または 4 1/2 インチの井筒を貯留層まで延長します。

⑤チューブ： チューブは API グレード J55、L80、または P110 を使用して炭化水素を地表まで輸送し、直径は 4 1/2 インチ、3 1/2 インチ、または 2 7/8 インチから選択できます。

IV. ドリルパイプ

1. 掘削工具用パイプの分類と機能

掘削ツールの角型ドリルパイプ、ドリルパイプ、加重ドリルパイプ、ドリルカラーがドリルパイプを形成します。ドリルパイプは、ドリルビットを地面から井戸の底まで駆動するコア掘削ツールであり、地面から井戸の底までのチャネルでもあります。ドリルパイプには、3つの主要な役割があります。

① ドリルビットを駆動して掘削するためのトルクを伝達する。

② ドリルビットの重量を利用して井戸底の岩盤の圧力を破る。

③洗浄液を輸送する、すなわち、掘削泥水を高圧泥水ポンプを通して地中を通過させ、掘削柱内の泥水をボーリングホールに流入させて井戸底に流し込み、岩石の破片を洗い流すとともにドリルビットを冷却し、岩石の破片を柱の外面と井戸壁の間の環状部を通して地中へ戻し、井戸を掘削する目的を達成する。

ドリルパイプは、掘削プロセスで使用され、引張、圧縮、ねじり、曲げ、その他の応力など、さまざまな複雑な交互負荷に耐えます。内面は、高圧泥による洗掘や腐食にもさらされます。
（１）角型ドリルパイプ： 角型ドリルパイプには、四角形と六角形の2種類があります。中国の石油掘削パイプでは、ドリルコラム1セットにつき、通常、四角形のドリルパイプが使用されています。その仕様は、63.5mm（2-1/2インチ）、88.9mm（3-1/2インチ）、107.95mm（4-1/4インチ）、133.35mm（5-1/4インチ）、152.4mm（6インチ）などです。使用される長さは通常12〜14.5mです。
（２）ドリルパイプ： ドリルパイプは井戸を掘るための主な道具で、角形のドリルパイプの下端に接続され、井戸の掘削が深くなるにつれて、ドリルパイプはドリル柱を次々に長くしていきます。ドリルパイプの規格は、60.3mm（2-3/8インチ）、73.03mm（2-7/8インチ）、88.9mm（3-1/2インチ）、114.3mm（4-1/2インチ）、127mm（5インチ）、139.7mm（5-1/2インチ）などです。
（３）高耐久性ドリルパイプ： 加重ドリルパイプは、ドリルパイプとドリルカラーを接続する移行ツールであり、ドリルパイプの力条件を改善し、ドリルビットへの圧力を高めることができます。加重ドリルパイプの主な仕様は、88.9mm（3-1/2インチ）と127mm（5インチ）です。
（４）ドリルカラー： ドリルカラーは、剛性の高い特殊な厚肉パイプであるドリルパイプの下部に接続され、ドリルビットに圧力をかけて岩を破砕し、直井掘削時のガイドの役割を果たします。ドリルカラーの一般的な仕様は、158.75mm（6-1/4インチ）、177.85mm（7インチ）、203.2mm（8インチ）、228.6mm（9インチ）などです。

V. ラインパイプ

1. ラインパイプの分類

ラインパイプは、石油・ガス業界で石油、精製油、天然ガス、水道管の輸送に使用され、略称は鋼管です。石油・ガスの輸送パイプラインは、幹線、支線、都市パイプラインネットワークパイプラインに分かれています。幹線パイプライン輸送の3種類の規格は、通常、∅406〜1219mm、壁厚10〜25mm、鋼種X42〜X80です。支線パイプラインと都市パイプラインネットワークパイプラインの規格は通常、∅114〜700mm、壁厚6〜20mm、鋼種X42〜X80です。鋼種はX42〜X80です。ラインパイプには、溶接タイプとシームレスタイプがあります。溶接ラインパイプは、シームレスラインパイプよりも多く使用されています。

2. ラインパイプの規格

API 仕様 5L – ラインパイプの仕様
ISO 3183 – 石油および天然ガス産業 – パイプライン輸送システム用鋼管

3. PSL1とPSL2

PSLは、 製品仕様レベルラインパイプ製品の規格レベルはPSL 1とPSL 2に分かれており、品質レベルもPSL 1とPSL 2に分かれています。PSL 2はPSL 1よりも高く、2つの規格レベルは試験要件が異なるだけでなく、化学組成と機械的特性要件も異なるため、API 5L規則に従って契約条件では、規格、鋼種、その他の共通指標を指定するほか、製品の規格レベル、つまりPSL 1かPSL 2かを明記する必要があります。PSL 2は化学組成、引張特性、衝撃力、非破壊検査などの指標がPSL 1よりも厳格です。

4. ラインパイプの鋼種、化学成分および機械的性質

ラインパイプ鋼のグレードは、低級から高級まで、A25、A、B、X42、X46、X52、X60、X65、X70、X80 に分類されます。詳細な化学組成と機械的特性については、API 5L 仕様、第 46 版を参照してください。

5. ラインパイプの水圧試験および非破壊検査の要件

ラインパイプは分岐ごとに油圧テストを行う必要がありますが、この規格では油圧の非破壊生成は許可されていません。これも API 規格と当社の規格の大きな違いです。PSL 1 では非破壊テストは必要ありませんが、PSL 2 では分岐ごとに非破壊テストを行う必要があります。

VI. プレミアム接続

1. プレミアム接続の導入

プレミアムコネクションは、API スレッドとは異なる独自の構造を持つパイプスレッドです。既存の API スレッドオイルケーシングは油井開発で広く使用されていますが、一部の油田の特殊な環境では、その欠点が明確に示されています。API 丸ねじパイプコラムは、シール性能が優れていますが、ねじ部分が負担する引張力はパイプ本体の強度の 60% ～ 80% にしか相当しないため、深井戸の開発には使用できません。API 偏向台形ねじパイプコラムは、引張性能が API 丸ねじ接続よりもはるかに高いものの、シール性能はそれほど良くありません。コラムの引張性能は API 丸ねじ接続よりもはるかに高いものの、シール性能はあまり良くないため、高圧ガス井の開発には使用できません。また、ねじ付きグリースは95℃以下の環境でのみその役割を果たすことができるため、高温井戸の採掘には使用できません。

API 丸ねじおよび部分台形ねじ接続と比較して、プレミアム接続は次の点で画期的な進歩を遂げました。

（１）優れた密封性、弾性と金属密封構造設計により、ジョイントガス密封が降伏圧力内でチューブ本体の限界に達するのを防ぎます。

（２）接続部の強度が高く、オイルケーシングの特殊なバックル接続部と接続し、その接続強度はチューブ本体の強度に達するかそれを超え、滑りの問題を根本的に解決します。

（３）材料の選択と表面処理工程の改善により、糸がバックルに固着する問題を基本的に解決しました。

（４）構造の最適化により、接合部の応力分布がより合理的になり、応力腐食に対する耐性が向上する。

（５）肩部構造を合理的に設計することにより、バックルの操作がより容易に行える。

石油・ガス業界は、パイプ技術の大きな進歩を示す 100 を超える特許取得済みのプレミアム接続を誇っています。これらの特殊なねじ設計は、優れた密閉機能、接続強度の向上、環境ストレスに対する耐性の強化を実現します。高圧、腐食環境、極端な温度などの課題に対処することで、これらのイノベーションは、世界中の石油に安全な作業で優れた信頼性と効率性を保証します。プレミアム接続の継続的な研究開発は、より安全で生産性の高い掘削作業をサポートする上での極めて重要な役割を強調し、エネルギー分野における技術的卓越性への継続的な取り組みを反映しています。

VAM® 接続: 厳しい環境でも堅牢なパフォーマンスを発揮することで知られる VAM® 接続は、高度な金属対金属のシーリング技術と高トルク機能を備えており、深井戸や高圧貯留層での信頼性の高い動作を保証します。

TenarisHydril ウェッジシリーズ: このシリーズは、Blue®、Dopeless®、Wedge 521® などの幅広い接続部を提供し、優れた気密性、圧縮力および張力に対する耐性で知られ、操作の安全性と効率性を高めます。

TSH®ブルー: Tenaris が設計した TSH® Blue コネクションは、独自のダブルショルダー設計と高性能スレッドプロファイルを採用しており、重要な掘削アプリケーションにおいて優れた耐疲労性と簡単な取り付けを実現します。

Grant Prideco™ XT® 接続: NOV が設計した XT® 接続部には、独自の金属対金属シールと堅牢なねじ山形状が組み込まれており、優れたトルク容量と耐摩耗性が保証され、接続部の動作寿命が延長されます。

ハンティングシールロック®接続: 金属同士のシールと独自のねじプロファイルを特徴とする Hunting の Seal-Lock® 接続は、陸上および海上掘削作業の両方において優れた耐圧性と信頼性を備えていることで知られています。

結論

結論として、石油・ガス産業に不可欠な鋼管の複雑なネットワークには、厳しい環境と複雑な運用要件に耐えるように設計されたさまざまな特殊機器が含まれています。健全な壁を支えて保護する基礎ケーシング パイプから、抽出および注入プロセスで使用される多用途のチューブまで、各タイプのパイプは炭化水素の探査、生産、輸送において異なる目的を果たします。API 仕様などの標準により、これらのパイプ全体の均一性と品質が保証され、プレミアム接続などのイノベーションにより、厳しい条件下でのパフォーマンスが向上します。テクノロジーの進化に伴い、これらの重要なコンポーネントが進化し、世界のエネルギー運用の効率と信頼性が向上します。これらのパイプとその仕様を理解することで、現代のエネルギー部門のインフラストラクチャにおけるパイプの不可欠な役割が強調されます。