城市天然氣輸送用鋼管的選型探究

雷石軍王偉劉海剛

（1中石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院，陜西西安710077 2北京隆盛泰科石油管科技有限公司，北京100101 3陜西升力科技能源服務(wù)有限公司，陜西西安710043）

城市天然氣輸送用鋼管的選型探究

雷石軍1,2王偉3劉海剛1,2

（1中石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院，陜西西安710077 2北京隆盛泰科石油管科技有限公司，北京100101 3陜西升力科技能源服務(wù)有限公司，陜西西安710043）

在資源能源需求日益增長的今天，天然氣開采利用成為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大事宜。而隨著天然氣開采事業(yè)的高速發(fā)展，重視天然氣輸送用鋼管選型及管道設(shè)計(jì)至關(guān)重要。本文就天然氣輸送用鋼管的選型進(jìn)行研究，以為后期用鋼選型提供參考。

城市；天然氣管道；鋼管；選型

我國天然氣管道起步時(shí)間比較晚，發(fā)展時(shí)間也相對比較短。從當(dāng)前我國城市天然氣輸送情況來看，輸送標(biāo)準(zhǔn)不健全完善[1]，即便是同一區(qū)域相同使用環(huán)境下，天然氣輸送用鋼管在選型中也存在差異。有城市選用螺旋埋弧焊管，有選用ERW高頻焊管，有選用直縫埋弧焊管，也有選用無縫管。在實(shí)際作業(yè)中，建設(shè)單位偏執(zhí)地堅(jiān)持使用某種鋼管，而否決設(shè)計(jì)人員的想法與抑制。本文就鋼管選型進(jìn)行重點(diǎn)研究，為管道鋼管選型、管道設(shè)計(jì)提供建設(shè)性意見參考。

1 天然氣輸送用鋼管制管工藝的影響

城市天然氣輸送用鋼管有中、小及大直徑鋼管[2]，前兩者多適用于中心區(qū)天然氣輸氣，以ERW高頻焊管、無縫管管型為主；而后者多適用于周邊區(qū)域的主干線輸氣，以直縫埋弧焊管、螺旋埋弧焊管管型為主。

1.1 中、小直徑鋼管

管型有ERW高頻焊管、無縫管，ERW高頻焊管以原料熱軋卷板反復(fù)輥軋成[3]，通過高頻電流熔融板邊，并施加外界擠壓力進(jìn)行焊煅，經(jīng)快速冷卻后可成。經(jīng)中頻熱處理可消除焊縫區(qū)與其應(yīng)力之間的馬氏體組織[3]。ERW焊管壁厚公差應(yīng)以0.2～0.3mm，圓度＜1mm。無縫管則主要是就管坯進(jìn)行拉拔、穿孔制造，通過熱處理、化學(xué)成分獲取性能。與無縫管，ERW高頻焊管尺寸精度更高、強(qiáng)韌性高、組織細(xì)密，但其質(zhì)量可隨著工廠生產(chǎn)條件以及監(jiān)管水平而發(fā)生變化。質(zhì)量稍差ERW高頻焊管可能會存在理化性能、外觀檢驗(yàn)等安全隱患，因而在城市天然氣輸送用鋼管中運(yùn)用ERW焊管，綜合考慮其高風(fēng)險(xiǎn)與高品質(zhì)雙重性。

1.2 大直徑鋼管

大直徑鋼管以直縫埋弧焊管、螺旋埋弧焊管管型為主。直縫埋弧焊管簡稱“直縫焊管”[3]，借助成型機(jī)擠壓平扳至圓形，然后使用機(jī)械夾持或預(yù)焊等方式固定住焊接位置，水平方向則進(jìn)行多絲焊接；螺旋埋弧焊管又稱“螺旋焊管”[3]，在弧面實(shí)施焊接時(shí)，內(nèi)熔敷金屬流淌，逐漸形成外脊背、內(nèi)馬鞍形狀。螺旋焊管存在應(yīng)力腐蝕、易偏焊、焊縫長、無損檢測難度大等不利弊端。綜合來看，與螺旋焊管相比，直縫焊管的可靠性、安全性以及應(yīng)力腐蝕性能更顯著。而螺旋焊管中可利用窄鋼卷生產(chǎn)出直徑較大的焊管，投資低，整體價(jià)格比直縫焊管低。

2 城市天然氣鋼管選型及管線要求

2.1 城市天然氣輸送用鋼管選型要求

參照API 5L國際標(biāo)準(zhǔn)，完整鋼級有交貨狀態(tài)、強(qiáng)度等級兩個(gè)內(nèi)容[4]，前者包括正火（N）、調(diào)質(zhì)（Q）、熱機(jī)械軋制（M）；后者則指鋼管應(yīng)具備的屈服最低強(qiáng)度。正火（N）鋼級最大值為X60，在早期60年代使用頻率較高。調(diào)質(zhì)（Q）多適用于抗酸厚壁鋼管，或高級鋼管無縫工藝。熱機(jī)械軋制（M）值原料鋼板中使用的TMCP軋制或控軋工藝。自20世紀(jì)60年代，興起了TMCP新工藝，在不增加合金含量或低碳狀況下，鋼材韌性與強(qiáng)度可明顯提升，如此便可提升其可焊性與性價(jià)比。現(xiàn)如今天然氣輸送鋼管中管線多為TMCP工藝，典型案例有中國“西氣東輸”工程[4]，該工程一線X70、二線X80均為熱機(jī)械軋制（M）狀態(tài)。除了上述提及的安全性能外，鋼管管線設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)成本。管道直徑、管線單位輸送量、壓力梯度的平方根呈現(xiàn)為正比，因而現(xiàn)代管道發(fā)展應(yīng)從增加管徑、提升輸送壓力方面著手。相關(guān)資料顯示，管道干線管徑最佳徑是1422mm。而鋼材選用中應(yīng)注重強(qiáng)度等級，鋼管設(shè)計(jì)要厚，鋼級要高。輸氣管線在選擇X90、X100中應(yīng)注重焊接問題。不同強(qiáng)度管線鋼具有較為復(fù)雜組織結(jié)構(gòu)。X60及以上鋼級（X65或X70）多選用針狀鐵素體，以5～10μ尺寸晶粒為宜；X80或X120多選用貝氏體低碳結(jié)構(gòu)，以1～5μ晶粒尺寸為宜。X60及以下鋼級多選用少珠光體、鐵素體組織，以15～20μ尺寸晶粒為宜。鋼管強(qiáng)度升高，可焊性就逐漸下降。因而，在設(shè)計(jì)中應(yīng)選用超低碳或低碳合金，以更好地解決可焊性。因而，綜合來看，城市天然氣輸送用鋼管鋼級以X65、X60、X56、X52為宜，管支干線則可考慮X70，其可焊性高，可便于施工，且已成熟運(yùn)用。

2.2 城市天然氣輸送用鋼管管線安全性能考慮

①天然氣輸送用鋼管管線包括天然氣管線、集輸以及長輸，設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注重管線的常規(guī)特性及規(guī)則。②天然氣輸氣管線可靠性與安全性更高，因而在設(shè)計(jì)中可選用天然氣輸氣管線。③鋼管采購中應(yīng)注重管道本身的安全性及整體質(zhì)量。為提升輸送流量，減少壓力損耗，可選擇輸送壓力較高的管線。然而因?yàn)楣芫噍^長，鋼管投入成本高，應(yīng)減少鋼管成本，并最大限度投入螺旋管。長輸管線中投入直縫管多在Ⅲ、Ⅳ區(qū)，Ⅰ、Ⅱ區(qū)則根據(jù)實(shí)際情況決定是否投入直縫管。我國“西氣東輸”工程中，Ⅱ區(qū)就廣泛投入直縫管。④而隨著城市化進(jìn)程加快，天然氣輸氣管線多集中在Ⅳ區(qū)。天然氣輸送安全與否直接影響到人們生活及生產(chǎn)正常與否，重視安全管理關(guān)系經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生命安全。現(xiàn)如今，城市天然氣輸送用鋼管多安裝在馬路兩旁，馬路容易受汽車長時(shí)間震動與碾壓，路面就可不同程度出現(xiàn)沉降，如此便提升鋼管需具較好的縱向韌性與塑性。此外，城市管道分布環(huán)境及區(qū)域比較復(fù)雜，應(yīng)注重定期進(jìn)行檢修，以排除滲漏情況，減少爆炸風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)語

重視天然氣輸送用鋼管選型及管道設(shè)計(jì)至關(guān)重要，為此，實(shí)踐作業(yè)中應(yīng)充分考慮鋼管制管工藝、選型要求，規(guī)范設(shè)計(jì)，保障天然氣的正常且安全輸送。

[1]楊中娜，張傳旭，李瑞川，等.某陸地天然氣輸送管線泄漏原因分析[J].化工管理，2016（07）：145.

[2]王亦雄.中國石油石化天然氣管道用鋼管技術(shù)條件的對比分析[J].石油天然氣學(xué)報(bào)，2013，35（08）：159.