Ống được làm như thế nào? Một cái nhìn toàn diện về sản xuất ống

Ống được làm sử dụng một trong ba phương pháp sản xuất cốt lõi tùy thuộc vào vật liệu: ống thép liền mạch được hình thành bằng cách xuyên qua một phôi kim loại rắn, ống thép hàn được cuộn và nung chảy dọc theo một đường nối, và các ống nhựa như PVC hoặc HDPE được tạo hình thông qua quá trình ép đùn để đẩy vật liệu nóng chảy qua khuôn. Theo số liệu do Viện Sắt thép Mỹ công bố, sản lượng ống thép toàn cầu đã vượt 140 triệu tấn vào năm 2023, trong khi Viện Ống Nhựa báo cáo rằng sản xuất ống nhựa đã tăng trung bình 4,2 phần trăm mỗi năm kể từ năm 2019 khi các đô thị thay thế cơ sở hạ tầng kim loại cũ kỹ (Nguồn: Báo cáo thường niên của Viện ống nhựa, 2023).

Bài viết này giải thích từng bước sản xuất ba loại ống chính, so sánh các phương pháp sản xuất của chúng và trả lời các câu hỏi phổ biến nhất mà mọi người hỏi về cách sản xuất ống.

Tại sao phương pháp sản xuất ống lại quan trọng

Phương pháp sản xuất được sử dụng sẽ xác định độ bền, chi phí và ứng dụng phù hợp của ống, đó là lý do tại sao các nhà sản xuất chọn các quy trình khác nhau cho đường cấp nước, đường ống dẫn dầu và khí đốt cũng như kết cấu xây dựng. Ví dụ, một ống liền mạch thường có thể chịu được áp suất bên trong cao hơn ống hàn có cùng đường kính vì nó không có đường hàn có thể trở thành điểm yếu, theo tiêu chuẩn kỹ thuật do Viện Dầu khí Hoa Kỳ công bố (thông số kỹ thuật API 5L, 2022). Đây là lý do tại sao các ống liền mạch thường được chỉ định để vận chuyển dầu và khí áp suất cao, trong khi các ống hàn thường được sử dụng trong các ứng dụng áp suất thấp hơn như khung kết cấu và phân phối nước.

Ống thép liền mạch được tạo ra như thế nào

Ống thép liền mạch được chế tạo bằng cách nung nóng một phôi thép hình trụ đặc và đục một lỗ xuyên qua tâm của nó để tạo thành một ống rỗng, không có mối hàn nào. Quy trình này, thường được gọi là phương pháp xỏ lỗ Mannesmann, đã trở thành tiêu chuẩn công nghiệp kể từ khi được cấp bằng sáng chế vào năm 1885 và vẫn là phương pháp chính được sử dụng ngày nay để sản xuất ống áp suất cao.

1. Làm nóng phôi: Một phôi thép tròn đặc được nung trong lò quay đến nhiệt độ xấp xỉ 1.200 đến 1.300 độ C (2.192 đến 2.372 độ F) , làm cho thép đủ dẻo để có thể xuyên thủng.
2. Xỏ lỗ: Phôi được gia nhiệt được truyền giữa hai con lăn góc cạnh qua một điểm xuyên qua, điểm này tạo ra một lỗ xuyên qua tâm và tạo ra một lớp vỏ rỗng gọi là "ống mẹ".
3. Độ giãn dài và cán: Lớp vỏ rỗng sau đó được kéo căng và cuộn để giảm độ dày thành và tăng chiều dài của nó, sử dụng trục gá để duy trì đường kính bên trong nhất quán.
4. Định cỡ: Ống đi qua một máy nghiền định cỡ để điều chỉnh đường kính ngoài để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật chính xác.
5. Làm mát và cắt: Ống thành phẩm được làm mát bằng không khí trên bệ làm mát, sau đó được cắt theo chiều dài thương mại tiêu chuẩn, thường là 6 đến 12 mét (20 đến 40 feet).

Ống thép hàn được sản xuất như thế nào

Ống thép hàn được chế tạo bằng cách cán tấm thép phẳng hoặc cuộn thành hình trụ và nối các cạnh lại với nhau dọc theo đường nối, giúp sản xuất nhanh hơn và ít tốn kém hơn so với phương pháp liền mạch.

1. Tháo cuộn và làm phẳng: Một cuộn dải thép phẳng được đưa qua các con lăn để làm phẳng và làm thẳng nó trước khi tạo hình.
2. Hình thành: Thép phẳng được đưa qua một loạt con lăn định hình để dần dần uốn nó thành hình ống hình trụ.
3. Hàn đường may: Hai cạnh của thép cuộn được ép lại với nhau và hợp nhất, phổ biến nhất là sử dụng phương pháp hàn điện trở tần số cao (ERW), truyền dòng điện qua đường may để tạo nhiệt và liên kết các cạnh mà không cần thêm kim loại phụ.
4. Cắt đường may: Vật liệu hàn dư thừa, được gọi là flash, được cắt bỏ từ cả bên trong và bên ngoài đường may để tạo ra bề mặt nhẵn.
5. Kích thước và cắt: Ống được định cỡ theo đường kính cuối cùng và cắt theo chiều dài tiêu chuẩn, sau đó kiểm tra chất lượng mối hàn.

Ống nhựa (PVC và HDPE) được sản xuất như thế nào

Các ống nhựa như PVC và HDPE được chế tạo thông qua quá trình ép đùn, trong đó nhựa thô được nấu chảy và liên tục được đẩy qua khuôn tròn để tạo thành dạng ống rỗng.

• Chuẩn bị nhựa: Các hạt nhựa dẻo cùng với chất ổn định và chất phụ gia được trộn theo tỷ lệ chính xác trước khi đưa vào phễu máy đùn.
• Nóng chảy và đùn: Một vít quay bên trong thùng được làm nóng sẽ làm nóng chảy nhựa và đẩy nó về phía trước qua một khuôn tròn, tạo thành một ống rỗng liên tục. Nhiệt độ ép đùn của PVC thường dao động từ 180 đến 210 độ C (356 đến 410 độ F) , theo hướng dẫn sản xuất của Viện Ống Nhựa.
• Kích thước và làm mát: Ống vẫn còn mềm đi qua một bể định cỡ chân không để định hình nó theo đường kính chính xác, sau đó là bể làm mát bằng nước để làm cứng nhựa.
• Cắt và đập chuông: Ống làm mát được cắt theo chiều dài, một đầu thường được gia nhiệt và giãn nở để tạo thành ổ cắm hình chuông để dễ dàng nối các khớp nối.

Ống đồng được sản xuất như thế nào

Ống đồng được chế tạo bằng cách nung đồng đã tinh chế ở trạng thái nóng chảy, đúc nó thành phôi hình trụ rỗng, sau đó kéo nó qua các khuôn nhỏ dần để đạt được độ dày và đường kính thành cuối cùng.

1. Đúc: Đồng nóng chảy được đúc thành dạng ống rỗng gọi là phôi thép, sử dụng phương pháp đúc quay hoặc đúc thẳng đứng.
2. Đùn nóng: Phôi được làm nóng và đẩy qua máy ép đùn để giảm đường kính và tạo ra ống dài hơn, mỏng hơn.
3. Vẽ lạnh: Ống được kéo qua một loạt khuôn ở nhiệt độ phòng để tiếp tục giảm đường kính và độ dày thành đồng thời tăng chiều dài, quá trình này được lặp lại nhiều lần để đạt được thông số kỹ thuật cuối cùng.
4. Ủ: Giữa các lần kéo, đồng được làm nóng và làm nguội từ từ để giảm bớt ứng suất bên trong và khôi phục tính linh hoạt, vì quá trình kéo nguội lặp đi lặp lại làm cho kim loại trở nên giòn.
5. Cắt và cuộn: Ống đồng cứng được cắt thành các đoạn thẳng tiêu chuẩn, trong khi ống đồng mềm được quấn thành cuộn.

So sánh các phương pháp sản xuất ống

Bảng dưới đây so sánh bốn phương pháp sản xuất ống chính theo nguyên liệu thô, quy trình sơ cấp và ứng dụng điển hình, dựa trên các tiêu chuẩn sản xuất do Viện Dầu khí Hoa Kỳ và Viện Ống Nhựa công bố.

Chú thích: So sánh nguyên liệu thô, quy trình sản xuất và ứng dụng phổ biến của bốn loại ống chính, dựa trên các tiêu chuẩn của Viện Dầu khí Hoa Kỳ và Viện Ống Nhựa.

Ống liền mạch và ống hàn: Cái nào hoạt động tốt hơn?

Ống liền mạch thường hoạt động tốt hơn dưới áp suất cao và nhiệt độ khắc nghiệt, trong khi ống hàn có hiệu quả chi phí cao hơn cho mục đích sử dụng chung và áp suất thấp hơn. Sự so sánh dưới đây phác thảo những khác biệt thực tế mà người mua và kỹ sư cân nhắc.

Chú thích: So sánh hiệu suất và chi phí giữa ống thép liền mạch và ống thép hàn, dựa trên hướng dẫn thông số kỹ thuật API 5L (2022).

Kiểm soát chất lượng trong sản xuất ống

Kiểm soát chất lượng trong sản xuất đường ống dựa vào các phương pháp kiểm tra không phá hủy để kiểm tra các vết nứt, sự thay đổi độ dày của thành và các khuyết tật mối hàn trước khi đường ống rời khỏi nhà máy. Các phương pháp sau đây là tiêu chuẩn trong toàn ngành:

• Kiểm tra siêu âm: Sóng âm thanh tần số cao được truyền qua thành ống để phát hiện các vết nứt hoặc lỗ rỗng bên trong mà từ bên ngoài không nhìn thấy được.
• Kiểm tra thủy tĩnh: Đường ống được đổ đầy nước và được điều áp trên áp suất làm việc định mức để xác nhận rằng nó không bị rò rỉ hoặc hỏng hóc khi bị căng.
• Kiểm tra dòng điện xoáy: Trường điện từ được sử dụng để phát hiện các khuyết tật bề mặt và gần bề mặt, thường được áp dụng để kiểm tra đường hàn.
• Kiểm tra kích thước: Đường kính ngoài, độ dày thành và chiều dài được đo dựa trên các thông số kỹ thuật về dung sai bằng cách sử dụng máy đo laze hoặc cơ khí.

Những câu hỏi thường gặp về cách sản xuất ống

Loại quy trình sản xuất ống mạnh nhất là gì?

Đường ống liền mạch thường được coi là quy trình sản xuất mạnh nhất vì nó không có đường hàn, giúp loại bỏ điểm yếu về cấu trúc phổ biến nhất. Đây là lý do tại sao ống liền mạch là lựa chọn tiêu chuẩn để vận chuyển dầu, khí đốt và hơi nước áp suất cao.

Tại sao ống nhựa được làm bằng phương pháp ép đùn thay vì đúc?

Ống nhựa được chế tạo thông qua quá trình ép đùn vì quá trình này cho phép sản xuất liên tục, không bị gián đoạn các đoạn dài với đường kính ổn định, hiệu quả hơn nhiều so với việc đúc các phần riêng lẻ. Quá trình ép đùn cũng cho phép các nhà sản xuất kiểm soát chính xác độ dày thành ống dọc theo toàn bộ chiều dài của ống.

Mất bao lâu để sản xuất một ống thép?

Một ống thép hàn đơn có thể được tạo hình, hàn và cắt trong vòng vài phút trên dây chuyền sản xuất liên tục, trong khi việc sản xuất ống liền mạch mất nhiều thời gian hơn do có nhiều giai đoạn gia nhiệt, xuyên và cán. Tốc độ sản xuất tối đa phụ thuộc vào đường kính ống, độ dày thành ống và thiết bị nghiền cụ thể được sử dụng.

Ống có được tái chế trong quá trình sản xuất không?

Sản xuất ống thép và đồng thường kết hợp kim loại phế liệu tái chế vào phôi thô và Viện Sắt thép Hoa Kỳ báo cáo rằng ngành thép Hoa Kỳ sử dụng trung bình hơn 70 phần trăm nội dung tái chế trên toàn bộ hoạt động sản xuất thép. Các nhà sản xuất ống nhựa cũng ngày càng sử dụng nhựa tái chế sau công nghiệp như một phần trong hỗn hợp nguyên liệu thô của họ.

Kết luận

Hiểu biết ống được làm như thế nào có bốn phương pháp sản xuất cốt lõi: ống thép liền mạch được hình thành thông qua việc xuyên và cán, ống thép hàn được tạo hình và hợp nhất dọc theo đường nối, ống nhựa ép đùn từ nhựa nóng chảy và ống đồng đúc và kéo nguội đến kích thước cuối cùng. Mỗi phương pháp được chọn dựa trên các yêu cầu về áp suất, độ bền và chi phí cho ứng dụng cuối cùng của đường ống, đồng thời các phương pháp kiểm tra nghiêm ngặt như kiểm tra siêu âm và thủy tĩnh đảm bảo rằng mọi đường ống đều đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn trước khi đến hiện trường.