舊標(biāo)制造的L485M鋼管用于高壓燃氣管道的可行性分析

曾 浩，張 勇

(海南省鍋爐壓力容器與特種設(shè)備檢驗所，海南 海口 570203)

由于新的制管標(biāo)準(zhǔn)的GB/T9711-2017的頒布[1]，按照舊的標(biāo)準(zhǔn)制造的L485M管道將不能再用于壓力管道，這對于資源來說是極大的浪費，對于企業(yè)來說更是增加了很大的負擔(dān)，因為一根規(guī)格為D610 mm×11 mm的L485M螺旋縫埋弧焊鋼管的造價高達18000元，如果企業(yè)原先采購了上千根，那么將會有上千萬的財產(chǎn)損失。本論文通過對某管道輸氣公司一批2003年生產(chǎn)并存放8年的D610 mm×11 mm的L485M螺旋縫埋弧焊鋼管進行分析研究(力學(xué)性能、金相分析、鐵銹SEM分析、拉曼光譜分析、設(shè)計壁厚計算等)，以及新舊標(biāo)準(zhǔn)的對比，分析該批管道是否能夠應(yīng)用于高壓燃氣管道[《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》(GB50028-2006)第6.1.6條規(guī)定，設(shè)計壓力P大于2.5 MPa、小于等于4.0Mpa的燃氣管道屬于高壓燃氣管道[2]，以解決企業(yè)難題，節(jié)省資源。

1 鋼管概況

從該批鋼管中抽取了2根腐蝕比較嚴(yán)重的鋼管進行分析研究，鋼管照片見圖1。從圖1可知，鋼管兩端約約 50 cm 左右腐蝕均較管道內(nèi)部嚴(yán)重，主要以點腐蝕為主，兩端腐蝕均呈現(xiàn)嚴(yán)重的點腐蝕及層狀腐蝕脫落，鋼管底部易集雨部分腐蝕比不集雨部分腐蝕要嚴(yán)重一些。

圖1 鋼管照片

2 力學(xué)性能分析

每根鋼管抽取了2個試件進行力學(xué)性能試驗，采用的試驗方法為《鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試驗的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法和定義》(ASTM A370-20)[3]，試驗結(jié)果見表1。從表1中看出 2根鋼管4個試件的屈服強度、拉伸強度、屈強比、伸長率和導(dǎo)向彎曲結(jié)果均滿足GB/T 9711-2017的要求。

表1 力學(xué)性能試驗結(jié)果

3 金相分析

對1#管和2#管進行了金相分析，檢驗方法為《金屬顯微組織檢驗方法》(GB/T 13298-2015)[4]，侵蝕劑為4%硝酸酒精，金相組織見圖2。從圖2中可看出，其金相組織為鐵素體+珠光體，未發(fā)生材質(zhì)劣化。

圖2 1#、2#鋼管的金相組織

4 鐵銹樣品SEM分析

對1#、2#鋼管的鐵銹樣品均進行了 SEM 分析，分別放大 5000、10000 和20000 倍觀察鐵銹表面形貌，見圖3和圖4。

圖3 1#鋼管鐵銹SEM圖片

圖4 2#鋼管鐵銹SEM圖片

1#鐵銹樣品表面形貌從 SEM 放大 5000 倍的圖片看，鐵銹表面有很多細小孔洞，SEM 放大 20000 倍的圖片中，鐵銹表面密集分布著許多菱形片狀鐵銹，1#鐵銹樣其主要成分為 α-Fe2O3。

2#鐵銹樣品表面形貌從 SEM 放大 5000 倍的圖片看，鐵銹表面有很多細小孔洞，SEM 放大 10000和20000倍的圖片中，鐵銹表面分布少量菱形片狀鐵銹和少量針狀鐵銹，2#鐵銹其主要成分為 α-Fe2O3和 α-FeOOH。

5 拉曼光譜分析

對鐵銹進行了拉曼光譜分析，分析結(jié)果見圖5、圖6。

圖5 1#鋼管鐵銹拉曼光譜圖

圖6 2#鋼管鐵銹拉曼光譜圖

鐵銹相關(guān)組分晶體結(jié)構(gòu)和拉曼光譜峰位置詳見表2。

表2 拉曼光譜峰位對照表

1#鋼管鐵銹樣品和2#鋼管的鐵銹樣品的拉曼光譜基本一致，拉曼光譜中含有α-Fe2O3的255、295 cm-1兩個明顯的特征強峰；拉曼光譜在397 cm-1有明顯出峰，該峰與標(biāo)準(zhǔn)羥基氧化鐵α-FeOOH的特征強峰(397 cm-1)十分吻合，特征強峰的出現(xiàn)，標(biāo)志著羥基氧化鐵α-FeOOH的存在，該特征峰屬于α-FeOOH中O-H彎曲振動特征峰；拉曼光譜在680 cm-1有明顯出峰，該峰與標(biāo)準(zhǔn)Fe3O4的特征強峰(680 cm-1)十分吻合；拉曼光譜在1307 cm-1有明顯吸收峰，與γ-FeOOH特征峰對應(yīng)。因此，1#鋼管和2#鋼管的鐵銹主要由α-Fe2O3、α-FeOOH、Fe3O4和γ-FeOOH 組成。

6 設(shè)計壁厚計算

按照《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》(GB 50028-2006)6.4.6規(guī)定[2]，直管段管壁厚度按下式計算：

式中：δ——鋼管計算壁厚，mm

P——設(shè)計壓力，MPa

D——鋼管外徑，mm

σs——鋼管標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最小屈服強度，MPa

φ——焊縫系數(shù)，一般取 1.0

F——強度設(shè)計系數(shù)，按四級地區(qū)取值，0.3

當(dāng)設(shè)計壓力為4 MPa時，計算結(jié)果如下：

對1#和2#鋼管進行超聲波測厚，實測最小壁厚分別為10.2 mm、10.4 mm，因此，該批管道滿足設(shè)計壓力為4 MPa 的壁厚要求。

7 新舊標(biāo)準(zhǔn)對比

經(jīng)對比發(fā)現(xiàn) GB/T9711-2011與GB/T9711.2-1999在編制過程中[5]，技術(shù)委員會認為管線鋼管存在兩個基本水平的技術(shù)要求，設(shè)立兩個產(chǎn)品規(guī)范水平的技術(shù)要求(PSL1和PSL2)。PSL1提供了一般的管線鋼管質(zhì)量水平。PSL2提供了包括增加了化學(xué)成分、缺口韌性、強度性能和補充NDE的強制要求。標(biāo)準(zhǔn)對僅適用于PSL1鋼管或僅適用于PSL2鋼管的要求做了標(biāo)記，并增加訂貨合同附錄，僅當(dāng)訂貨合同規(guī)定了這些附錄的要求時，這些附錄才適用。

經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)GB/T9711-2017與GB/T9711-2011標(biāo)準(zhǔn)依舊保持兩個基本技術(shù)要求水平的管線鋼管，表示為兩個產(chǎn)品規(guī)范水平(PSL1和 PSL2)。PSL1提供標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量水平的管線鋼管。PSL2增加了包括化學(xué)成分、缺口韌性、強度性能和補充無損檢測(NDT)的強制性要求。對僅適于 PSL1鋼管或僅適于 PSL2鋼管的要求在表述時作了特別區(qū)分。如果沒有具體指出某要求適用于何種 PSL水平的鋼管，則該要求對 PSL1和 PSL2鋼管同樣適用。在石油和天然氣工業(yè)實際工作中，經(jīng)常對應(yīng)用于特殊環(huán)境的鋼管增加補充要求。為了適應(yīng)這種需要，標(biāo)準(zhǔn)提供了特殊補充要求，供購方選擇。

綜上對比可知，該鋼管標(biāo)準(zhǔn)的更新，除了一些技術(shù)術(shù)語、編號、引用文件、生產(chǎn)文件和細微的技術(shù)規(guī)定調(diào)整之外，更加強調(diào)了采購和交貨技術(shù)條件的明確，不存在鋼管生產(chǎn)、制造的重大技術(shù)變更。

8 結(jié) 論

經(jīng)過在鋼管存放現(xiàn)場截取 2根鋼管樣品和 2個鐵銹樣品，通過力學(xué)試驗、金相分析、SEM、拉曼光譜分析以及設(shè)計壁厚計算，得出如下結(jié)論：

(1)2根樣品鋼管的屈服強度、抗拉強度、屈強比、伸長率和導(dǎo)向彎曲結(jié)果等均滿足GB/T9711-2017的技術(shù)要求，從金相組織看，材質(zhì)未發(fā)生劣化，滿足使用要求。

(2)鐵銹樣品 SEM 主要成分為α-Fe2O3、α-FeOOH、Fe3O4和γ-FeOOH，鐵銹表面形貌多為菱形片狀鐵銹和少量針狀鐵銹，拉曼光譜分析與 SEM 分析結(jié)果有較好的一致性，說明鋼管腐蝕主要是先形成菱形片狀鐵銹，再進一步形成針狀鐵銹。

(3)2根樣品鋼管剩余壁厚分別為10.2 mm、10.4 mm，按照GB/T 9711-2017普通規(guī)格鋼管壁厚要求為 559 mm<外徑D≤711 mm，7.1<壁厚t≤45 mm，2根鋼管樣品的壁厚均大于 7.1 mm，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。設(shè)計壓力為4.0 MPa時，計算壁厚為8.39 mm，剩余壁厚滿足使用要求。

(4)對比GB/T9711-1997和GB/T9711-2017兩本新舊標(biāo)準(zhǔn)，除了一些技術(shù)術(shù)語、編號、引用文件、生產(chǎn)文件和細微的技術(shù)規(guī)定調(diào)整之外，更加強調(diào)了采購和交貨技術(shù)條件的明確，不存在鋼管生產(chǎn)、制造的重大技術(shù)變更。

綜合以上試驗和分析，該批舊標(biāo)制造的鋼管用于高壓燃氣管道是可行的。