パイプスプールの製造: プレハブ加工によってどのように時間を節約し、現場溶接を削減するか - 知識

EPC 請負業者、製造業者、配管エンジニア向けの、工場での事前製造と現場で溶接されたステンレス鋼およびニッケル合金の配管システムを評価するための比較技術ガイド。{0}

Pipe Spool Fabrication

パイプスプールの製作これは、配管セクション - のパイプ、継手、フランジ、バルブ - を工場で事前に組み立て、建設現場に到着する前に「スプール」を設置できる状態にする-ものです。-プレファブリケーションでは、切断、取り付け、溶接を管理された工場環境に移すことで、通常、現場溶接の合計を 60～80% 削減し、棒-で現場溶接した構造と比較して全体の配管設置スケジュールを 20～40% 圧縮できます。また、ステンレス鋼やニッケル合金のプロジェクトにおける溶接品質、トレーサビリティ、作業員の安全性も向上します。

製油所、化学プラント、LNG 基地、電力施設の産業用配管システムには、何千もの溶接部が含まれる場合があります。ステンレス鋼とニッケル合金の配管をすべて現場で切断、取り付け、溶接する場合、すべての溶接部が、認定された溶接工、天候に配慮した作業スペース、検査時間など、同じ限られたリソースを奪い合います。-パイプスプールの製造では、切断、取り付け、溶接作業の大部分を管理された工場に移し、建設現場で最終的な接続のみを処理することで、このボトルネックに対処します。-

この記事では、スケジュール、品質、コスト、安全性の観点から工場での事前製作と従来の現場での製作を比較し、それぞれのアプローチがステンレス鋼 (304/304L、316/316L、二相鋼) およびニッケル合金 (インコネル、ハステロイ、モネル) の配管システムに最適な場所を説明します。

パイプスプールは、配管システムの事前に組み立てられたセクションです。-通常、継手、フランジ、分岐接続、またはバルブに接続されたパイプ -。工場で単一ユニットとして製造され、最終設置のために現場に輸送されます。スプールは、正確な寸法、溶接位置、材料仕様を定義する等角投影図から製造されるため、工場では数十または数百の独自の構成を並行して製造できます。

What Is Pipe Spool Fabrication

アイソメ図のレビューとマテリアルテイクオフ（MTO）により、パイプのスケジュール、勾配、取り付け要件を確認します。{0}
鋸、プラズマ、またはオービタル切断装置を使用して、パイプを所定の長さに切断および面取りします。
{0}公差を維持するために、パイプ、継手、フランジをジグまたは回転ポジショナに取り付けます。
認定された手順を使用した溶接 (通常、ASME セクション IX に従って、GTAW または SAW フィルを備えた GTAW ルート)。
-非破壊検査（X線検査または超音波検査）および溶接部の目視検査。
-ASTM A967 に基づく不動態化、熱処理、または表面仕上げが必要な場合の溶接後処理-。
設置スケジュールに従って、タグ付け、梱包、保護箱に入れて現場に発送します。

以下の表は、プロジェクトの結果に最も影響を与える要素に関して、工場で製造されたパイプスプールと従来の棒{1}{1}}現場溶接-配管との比較をまとめたものです。

要素	ショッププレハブ	フィールドファブリケーション
溶接環境	気候-制御、固定ポジショナ、最適なアクセス	変わりやすい天候、限られた場所または高い場所へのアクセス、風や湿気への曝露
溶接位置	主に平面/水平に回転 (1G)	多くの場合、オーバーヘッドを含む固定位置-（4G/5G）
一般的な溶接品質 (NDE 合格率)	一般に初回パスの受け入れ率が高い-	地位や条件による初回パスの受け入れ率の低下-
労働生産性	より高い。反復的なセットアップ、治具、訓練を受けたショップスタッフ	より低い;セットアップとアクセスにかかる時間は労働時間の大部分を占めます
スケジュール露出	現場の土木工事や構造工事と並行して実施	一連;サイトへのアクセスとサポートの準備が整うまで開始できません
現場溶接数	タイイン溶接と閉鎖溶接のみに削減-	すべての接合部は現場で溶接されます
溶接インチあたりのコスト	効率性と手戻りの減少により低下	アクセス、天候による遅延、手戻りにより高くなる
サイトの混雑と安全上の危険	最小限。ホットワークの許可と限られたスペースへの立ち入りが減少する-	より高い。溶接工が増え、現場での同時熱間作業が増える

スプールは現場外で製造されるため、この作業は現場の整地、基礎工事、構造用鋼の組み立てと並行して進められます。{0}配管作業を開始する前に現場の準備が整うのを待つのではなく、エンジニアリングがアイソメ図 - を発行すると、多くの場合、現場の稼働より数週間または数か月前に製造を開始できます。この平行パスのアプローチは、産業プロジェクトにおけるプレハブの唯一の最大のスケジュール上の利点として常に引用されています。{4}}

現場溶接の回数が減り、信頼性が向上

プロジェクトから現場溶接が削除されると、それに応じて現場での労働力、検査時間、スケジュールのリスクが軽減されます。ほぼ完全に組み立て済みのスプールで構築された配管システムでは、タイインポイントと機器の接続部分のみで現場溶接が必要な場合があり、完全にスティックで構築されたスコープと比較して、現場での総溶接数が大幅に削減されます。-

より高く、より安定した溶接品質

工場溶接では、ポジショナー上で接合部を平らな位置または水平な位置に回転させることができるため、固定位置の現場溶接よりも安定した溶け込みが得られ、欠陥が少なくなります。{0}}照明、換気を制御し、風や雨がないことにより、気孔率、融着の欠如、アンダーカットなどの一般的な欠陥要因がさらに軽減されます。-これらはすべて、溶接の完全性が耐用年数に直接影響する耐食合金にとっての重大な懸念事項です。-

総設置コストの削減

工場での製造には独自のセットアップと輸送コストがかかりますが、生産性の向上、再作業率の低下、現場での労働時間の削減の複合効果により、通常、特にパイプのスプール数が多いプロジェクトや遠隔地/高人件費{1}}現場のプロジェクトの場合、配管の直線フィート当たりの総設置コストが低くなります。

現場の安全性の向上

溶接作業を工場内に移すことで、火気の作業許可、密閉空間への立ち入り、建設現場で必要とされる高所溶接位置の数が削減されます-。これは、配管関連の現場事故の主な原因に直接さらされる機会を減らすことになります。-

工場の製造環境は、材料のトレーサビリティを中心に構築されています。熱番号、工場証明書、溶接手順仕様 (WPS)、および溶接工の資格は、施設から出荷される前に追跡され、各スプールにバインドされます。この文書パッケージはスプールと一緒に持ち運び、プロセス配管に関する ASME B31.3 などの規格の材料認証要件をサポートします。

工場でのスプール製造で参照される主要な規格

ASME B31.3 - プロセス配管 (設計、製造、検査要件)

ASME セクション IX - 溶接およびろう付け資格 (WPS/PQR、溶接士認定)

ASTM A312 / A358 - 継目無溶接オーステナイト系ステンレス鋼管

ASTM A403 - 鍛造オーステナイト系ステンレス鋼管継手

ASTM A182 - 鍛造または圧延合金鋼管フランジおよび継手

ASTM A967 - ステンレス鋼部品の化学的不動態化

品質管理は、特に溶接欠陥が耐食性を損なう可能性があるステンレス鋼およびニッケル合金システムの場合、プレハブ加工の最も目に見える利点の一部をもたらします。

制御された溶接手順

工場の溶接工は、ASME セクション IX に基づく手順資格記録 (PQR) によってサポートされる認定溶接手順仕様 (WPS) に従って作業します。工場の状態が安定しているため、同じ手順が数百の溶接にわたって一貫して実行され、認定が簡素化され、現場での WPS 調整が必要になることが多い-条件の変動が減少します。

系統的な非破壊検査-

放射線検査 (RT) と超音波検査 (UT) は、フィルムやトランスデューサーに最適にアクセスできるように溶接位置を配置できるため、工場でのスケジュールと実行が容易になります。これにより、スプールが施設から出る前に欠陥が発見され修正されるため、通常、初回合格率が高くなり、修理の所要時間が短縮されます。-

寸法精度

フィットジグとポジショナは、現場での組み立てで実際に使用できるものよりも厳しい寸法公差でスプールを保持します。これにより、位置ずれ、強制的なフィットストレス、およびその結果として生じる使用中の亀裂のリスクが軽減されます。-これは、歪みによる応力の影響を受けやすい二相グレードおよび超二相グレードで特に懸念される-。

プレハブの利点は炭素鋼配管全体に当てはまりますが、溶接欠陥の修復に費用がかかり、長期的な腐食性能に大きく影響する高合金材料ではその利点がさらに大きくなります。{0}{1}

Material Considerations for Stainless and Nickel Alloy Spools

マテリアルファミリー	共通グレード	ショップの製造が重要な理由
オーステナイト系ステンレス鋼	304/304L, 316/316L	制御された入熱により、溶接部の鋭敏化と炭化物の析出が制限されます
デュプレックス/スーパーデュプレックス	2205, 2507	厳密なパス間温度制御により、フェライト-オーステナイト相のバランスが維持されます
高性能オーステナイト系-	904L、254SMO	制御されたシールドを備えたショップ GTAW は、孔食開始部位のリスクを軽減します
ニッケル合金	インコネル625/600/601、ハステロイC-276/C-22、モネル400/K500	正確なフィラーメタルのマッチングと清浄度管理を工場で実施するのが容易になります。

以下の表は、代表的な工業用配管の範囲に基づいて、工場でプレハブ配管が占める割合と、その結果として生じる現場溶接および現場労働時間の削減との一般的な関係を示しています。

-製造されたスプールシェアを購入する	現場溶接の軽減	一般的な現場労働時間の削減
30–40%	20–30%	15–20%
50–60%	40–50%	25–35%
70–80%	60–70%	35–45%
85%+ (実用的なプレハブの最大値)	75–85%	45–55%

数値は、計画のガイダンスを目的とした代表的な業界範囲です。実際の結果は、システムの複雑さ、サイトのアクセス、および転送のモジュール/スプールサイズ制限によって異なります。

プレハブ化ではリスクが溶接分野からロジスティクスに移行するため、成功したプログラムでは、製造と同時に輸送と取り扱いも計画されています。
スプールのサイズ設定は、高さ、幅、重量の制限を含む、道路、鉄道、または船舶の輸送範囲の制限を尊重する必要があります。
フランジ面と開口端には、輸送中の汚染や機械的損傷を防ぐための保護カバーが必要です。
サイトの再処理やストレージの混雑を避けるために、スプールの番号付けと順序は計画されたインストール順序と一致する必要があります。{0}}
リフティングポイントとサポートクレードルは、特に重いニッケル合金アセンブリの場合、各スプールの重量と重心に合わせて設計する必要があります。

Q: パイプスプールとパイプ継手の違いは何ですか?

A: パイプ継手は、エルボ、ティー、フランジなどの単一コンポーネントです。パイプスプールは、パイプと 1 つ以上の継手、フランジ、またはバルブを組み合わせて、現場ですぐに設置できる単一のユニットにまとめた組み立てられたセクションです。

Q: パイプスプールのプレハブ加工により、プロジェクトにかかる時間をどれくらい節約できますか?

A: プレハブ配管の割合に応じて、プロジェクトでは一般に 15 ～ 55% の範囲で現場労働時間の削減が見られ、配管の 70% 以上が製造された場合に最大の利益が得られます。-

Q: インコネルやハステロイなどのニッケル合金配管にもプレハブ加工は適用できますか?

A: はい。ニッケル合金は、正確な入熱制御、溶加材の適合、および清浄度の実践が、実際の作業現場よりも管理された工場環境で実施および検証するのが容易であるため、工場での製造から大きな利益を得ることができます。

Q: プロセス配管用のパイプスプールの製造を規定する規格は何ですか?

A: ASME B31.3 はプロセス配管の設計、製造、検査を規定し、ASME セクション IX は溶接手順と溶接者の資格を規定します。 ASTM A312、A358、A403、A182 などの材料仕様は、スプールアセンブリで使用されるパイプ、継手、フランジを定義します。

Q: プレハブスプールは品質を損なうことなく長距離輸送できますか?

A: はい、スプールが適切に固定され、フランジ面が保護され、エンジニアリング時に輸送範囲の制限が尊重されている場合に限ります。適切に梱包されたステンレス鋼およびニッケル合金のスプールは、品質を損なうことなく定期的に国際的に出荷されます。

パイプスプールの製造により、切断、取り付け、溶接作業の大部分が管理されていない建設現場から管理された工場に移され、現場の準備を待つのではなく並行して実行できます。

その結果、一貫してスケジュールが短縮され、現場溶接の数が減り、高品質になり、総設置コストが削減され、建設現場がより安全になります。-この利点は、溶接の完全性が長期的な腐食性能に直接関係するステンレス鋼とニッケル合金システムで特に顕著です。-現場溶接は、結合と最終的な閉鎖に依然として必要ですが、ほとんどの工業用配管の範囲では、工場でのプレハブを最大限に活用することが、時間どおり、予算どおり、仕様どおりにプロジェクトを納品するためのより信頼できる方法です。{{4}