Ресурсосберегающие технологии при производстве труб: состояние и перспективы. "UGMK.INFO (Украина)". 27 марта 2008

Резкий рост спроса в мире на насосно-компрессорные и нефтегазопроводные трубы ужесточает конкуренцию среди производителей этого вида продукции. Современные условия эксплуатации труб требуют повышения их качества и точности размеров по диаметру и толщине стенки, а также расширение сортамента из углеродистых и низколегированных марок сталей.
В мировой трубной промышленности (МТП) наметились устойчивые тенденции, которые определяют стратегический вектор ее развития. Одной из них является то, что современная МТП изготавливает уже не трубы, а изделия, используемые потребителями с минимальной последующей обработкой. Определяющие тенденции эволюции структуры производства в современных условиях определяются двумя группами критериев: количественными (уровень и темпы роста производства) и качественные (расходные коэффициенты материалов и энергии, производительность труда).
В начале этого века в МТП происходят процессы коренной модернизации и реконструкции с учетом критерия "ресурсосбережение" и "энергосбережение". Анализ показал, что сейчас примерно 97% общего количества стальных г/к труб производятся на трубопрокатных агрегатах (ТПА) четырех видов: около 40% на ТПА с автоматическим станом или станом тандем; более 22% - на ТПА с непрерывным оправочным станом; более 18% - ТПА с пилигримовым станом; более 10% - ТПА с трехвалковым станом.
Состояние
Трубная промышленность Украины экспортноориентирована (более 80% труб продается на внешних рынках). Причем, в Украине используются только 1/3 действующих мощностей, которые требуют коренной модернизации и реконструкции.
Сегодня отечественный трубопром объединяет производственную базу 12 специализированных предприятий, и только на 4 предприятиях из них расположены и эксплуатируются 12 ТПА для производства г/к труб ("Интерпайп НДТЗ" - четыре цеха и шесть ТПА: 4 ТПА с пилигримовыми станами (2 ТПА владельцы планируют в ближайшее время вывести из эксплуатации), один ТПА с автоматическим станом и один ТПА с трехвалковым станом; "Днепропетровский ТЗ" - один цех и два ТПА: один ТПА с автоматическим станом и один ТПА с непрерывным станом; ЗАО "Интерпайп НЗБТ "Нико Тьюб" - 2 цеха и два ТПА: один ТПА с автоматическим станом и один ТПА с непрерывным станом "30-102"; ЗАО "НЗСТ "ЮТиСТ" – один цех и два ТПА: два ТПА с автоматическими станами). Кроме того, на ММК им.Ильича эксплуатируется один ТПА с пилигримовым станом "6-12".
Все ТПА в своем составе имеют калибровочные или редукционные станы, а иногда оба одновременно. Год ввода в эксплуатацию: самого старого оборудования – 1935 г. ("ЮТиСТ" - ТПА "140"), самого молодого – 2007 г. (ДТЗ - редукционно-растяжной стан). В основном оборудование эксплуатируется в течение 33 и более лет.
Сортамент производимых в мировой практике г/к труб находится в диапазоне: наружный диаметр от 10 до 1500 мм, толщина стенки от 2 до 200 мм. Сортамент производимых в Украине г/к труб находится в диапазоне: наружный диаметр от 57 до 340 мм, толщина стенки от 4 до 65 мм. С учетом рассмотренного сортамента применяются различные ТПА. Основные области применения бесшовных горячекатаных труб следующие:
• трубы для нефтяной и газовой промышленности (бурильные: наружный диаметр от 33,5 до 168 мм, толщина стенки от 5 до 11 мм; обсадные: наружный диаметр от 34 до 426 мм, толщина стенки от 3,5 до 12 мм; насосно-компрессорные: наружный диаметр от 48,3 до 114,3 мм, толщина стенки от 4 до 7 мм);
• трубы для трубопроводов (водогазопроводные: наружный диаметр от 10,2 до 165 мм, толщина стенки от 2,25 до 5,5 мм; нефтепроводные: наружный диаметр от 114 до 426 мм, толщина стенки от 4,5 до 20 мм; магистральные трубопроводы: наружный диаметр от 426 до 1420 мм, толщина стенки от 5 до 14 мм). Для трубопроводов высокого давления (более 40 атмосфер) применяют только бесшовные г/к трубы;
• трубы для машиностроения (котельные: наружный диаметр от 57 до 152 мм, толщина стенки от 1,5 до 25 мм; крекинговые: наружный диаметр от 19 до 219 мм, толщина стенки от 1,5 до 25 мм; конструкционные: подшипниковые, автотракторостроение и др. - наружный диаметр от 36 до 200 мм);
• трубы для сосудов и баллонов (наружный диаметр от 70 до 465 мм, толщина стенки от 2,3 до 34 мм).
Современные условия эксплуатации г/к труб требуют повышения их качества и точности размеров по диаметру и толщине стенки, расширение сортамента (в первую очередь, труб нефтяного сортамента) из углеродистых и низколегированных марок сталей, внедрение неразрушающего контроля качества металла труб и увеличение объемов поставки труб с гарантированными эксплуатационными свойствами после термообработки. Во всем мире резко возрос спрос на насосно-компрессорные и нефтегазопроводные трубы повышенной коррозионной стойкости для работы в средах, содержащих сероводород, а также труб, работающих в условиях низких температур. В связи с ростом разработок месторождений газа и нефти на больших глубинах при высоких давлениях и температурах, нефтегазодобывающие компании мира увеличили спрос на трубы с резьбовым соединением высокого класса. Развитие энергетической отрасли характеризуется увеличением мощности установок, а также повышенными рабочими параметрами пара.
Трубы, выпускаемые в Украине, существенно уступают зарубежным аналогам по коррозионностойкости. Сейчас от уровня оснащенности предприятия современными средствами неразрушающего контроля труб во многом зависит, как потребитель будет оценивать его как возможного поставщика. В конечном итоге внедрение системы позволяет обеспечить увеличение выпуска качественной продукции и снижение ее себестоимости.
В зависимости от физико-химических свойств исходного материала, сортамента труб и требований к их качеству горячую деформацию осуществляют разными способами, каждому из которых присущи свои особенности, достоинства и недостатки. Независимо от способа производства горячедеформированных труб, технологическая схема включает следующие общие элементы: нагрев металла, получение полой заготовки (гильзы) и черновой трубы (раскатка гильзы), окончательное формирование стенки и диаметра трубы (редуцирование или калибрование). При этом перед каждой технологической операцией при необходимости проводят подогрев трубы.
Проведен многофакторный анализ существующих ТПА различных типов с учетом критериев «ресурсосбережение» и «энергосбережение». Наиболее широкий сортамент имеет ТПА с автоматическим и пилигримовым станом. ТПА с непрерывным и трехвалковым станами применяются для производства труб малого и среднего диаметра, причем непрерывные для относительно тонкостенных (D/S= 10-36), а трехвалковый – толстостенных (D/S= 4-12). Наивысшую производительность имеют современные ТПА с непрерывным станом. ТПА с трехвалковым станом обеспечивает получение труб высокой точности, в 1,5-2 раза превышающую точность труб на других ТПА.
Расходы по переделу на всех ТПА составляют 15-40% от себестоимости продукции, а 60-85% приходится на стоимость металла, расходный коэффициент металла (р.к.м.) наибольший на ТПА с пилигримовым (обрезь, пилигримовая головка) и трехвалковым станами (значительная концевая обрезь и необходимость обточки трубы). Кроме того, ТПА с пилигримовым и трехвалковым станами при наименьшей доле вспомогательного времени в такте прокатки имеют продолжительные неустановившиеся стадии процесса раскатки.
Расчеты показывают, что снижение р.к.м. позволяет значительно повысить эффективность производства, причем при одинаковом снижении р.к.м. эффективность повышается в наибольшей степени при снижении отходов металла на отделочных операциях. Отсюда выводы: необходимо тщательно подготавливать заготовку с повышением р.к.м. при условии соответствующего снижения р.к.м. на последующих операциях; необходимо расшивать «узкие места» на раскатке путем совершенствования процессов раскатки гильзы в трубу.
Украинским производителям г/к труб трудно удерживать свои позиции на мировом рынке. Практически все владельцы активов украинских предприятий–производителей г/к труб задекларировали свои намерения о проведении коренной реконструкции и модернизации действующих предприятий, но все эти мероприятия сильно растянуты во времени и практически не предусматривают привлечение разработок отечественных ученых и машиностроителей. Схема остается прежней: привлечение заемных иностранных финансовых ресурсов, ориентация на зарубежных специалистов и закупка импортного оборудования не первой «свежести».
Перспективы
Анализ позволяет сделать вывод, что ТПА с автоматическим (станом тандем) и с пилигримовым станами обладают наибольшей универсальностью. На них возможно производство тонкостенных и толстостенных труб. Принимая во внимание, что ТПА с автоматическим станом специализируются по производству труб широкого сортамента из различных сталей и сплавов, их применение нашло широкое распространение в мировой практике. Применение новых технологических схем: стана тандем типа 140, непрерывнолитой заготовки в сочетании с пресс-валковой прошивкой и элонгацией в станах типа 400 делает указанный процесс конкурентоспособным, а в отдельных случаях незаменимым при производстве труб с соотношением D/S, перекрывающим возможности непрерывных и реечных станов. Использование непрерывнолитой предварительно деформированной заготовки в сочетании с прогрессивными способами деформирования, несомненно, повысит область применения ТПА с пилигримовыми станами.
ТПА с непрерывным станом в силу их значительной единичной мощности весьма перспективны для производства труб массового назначения. Применение таких станов в сочетании с непрерывнолитой заготовкой и прогрессивной технологией прошивки расширяет их технологические возможности, повышает конкурентоспособность. То же самое можно отметить в отношении ТПА с реечным станом. Достоинством таких агрегатов являются металлосберегающая технология и низкие капитальные вложения в осуществление процесса.
ТПА с трехвалковым раскатным станом специализированы по производству толстостенных труб. Указанным способом можно производить высокоточные трубы, что весьма важно для машиностроительных отраслей, в том числе подшипниковой промышленности. Более жесткие допуски по толщине стенки и наружному диаметру на трубы, производимые указанным способом, обеспечивают существенную экономию металла при последующей механической обработке. Дальнейшее совершенствование способа, позволяющее организовать производство труб с более высоким отношением D/S в еще большей мере расширит область применения указанного способа.
На данном этапе развития производства труб сортаментной группы, относящейся к техническим возможностям ТПА с пилигримовыми станами можно отметить две тенденции, а точнее предложенные две альтернативные концепции. Первая, заключается в современных подходах к модернизации действующих ТПА с пилигримовыми станами, предусматривающей разработку современных конструкций подающих аппаратов, которая исключает существующие недостатки.
Вторая концепция предусматривает ликвидацию ТПА с пилигримовыми станами и заменой их на современные непрерывные станы. Концерн SMS (ФРГ) и фирма «Danieli» (Италия) каждый в отдельности предложили новую конструкцию непрерывного стана для горячей прокатки труб широкого сортамента (соответственно PQM и FQM), который «перекрывает» сортамент ТПА с пилигримовым станом. По многих представленными этими фирмами технико-экономическим показателям новый стан превосходит существующие пилигримовые станы. Результаты исследований показали, что каждая технология эффективна в определенных границах сортамента труб, которые значительно уже технически возможных границ.