輸氣管道工程中鋼管的選用

1 引言

輸氣管道一般為高壓輸送天然氣，一旦發(fā)生問題，后果不堪設(shè)想。因此,在工程設(shè)計中，如何正確地選用鋼管，是關(guān)系到整個輸氣工程安全和投資的重要環(huán)節(jié)。本文從設(shè)計和應(yīng)用角度闡述了輸氣管道工程中各類鋼管的性能特點(diǎn)和選用原則。

2 輸氣管道工程中所用鋼管的類型及特點(diǎn)

輸氣管道用管一般分為無縫鋼管和焊接鋼管。焊接鋼管按焊縫類型分為直縫焊接鋼管螺旋縫焊接鋼管；直縫焊接鋼管按焊接工藝又分為直縫高頻電阻焊鋼管(簡稱ERW)和直縫埋弧焊鋼管（簡稱LSAW）。

1）無縫鋼管是采用鋼錠或?qū)嵭墓芘鹘?jīng)穿孔，然后經(jīng)熱軋、冷軋或冷拔制成的表面沒有接縫的鋼管。冷拔（軋）管的最大公稱直徑為200mm，熱軋管最大公稱直徑為600 mm。無縫管用途廣泛，可制成厚壁管，其品質(zhì)均勻度高，理化性能、力學(xué)性能較均勻，承壓能力好；缺點(diǎn)是因生產(chǎn)工藝及裝備原因，制造大口徑無縫管制造困難，壁厚的負(fù)偏差大，同口徑單位長度的無縫管的重量大于焊接管，造價高于焊接管。

2）直縫高頻電阻焊鋼管采用鎮(zhèn)靜鋼熱軋（控軋）鋼板（帶）以軋輥連續(xù)滾軋成型，焊接熱量由電阻或電感應(yīng)產(chǎn)生，加熱后通過機(jī)械力壓合而成；焊縫一般較窄，余高小。生產(chǎn)線可連續(xù)化生產(chǎn)，自動化程度高，直縫電阻焊鋼管焊縫平滑，外形尺寸精度高、防腐層質(zhì)量容易保證等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是無熔敷填充金屬，焊縫強(qiáng)度不如埋弧焊，焊縫處易產(chǎn)生焊縫裂紋、過燒、冷焊及灰斑，焊縫處韌性差，制管質(zhì)量不穩(wěn)定。直縫高頻電阻焊鋼管受鋼卷厚度的限制，一般可生產(chǎn)的最大厚度為25mm，可生產(chǎn)的最大口徑為660mm。

3）直縫埋弧焊鋼管采用鎮(zhèn)靜鋼熱軋（控軋）鋼板（帶）、以UOE、JCOE 或HME 方法成型，自動埋弧焊焊接，焊縫有熔敷填充金屬，焊縫強(qiáng)度一般不低于母材。其特點(diǎn)是焊縫長度短、缺陷少、焊縫質(zhì)量好、殘余應(yīng)力小，經(jīng)過冷擴(kuò)徑，外形尺寸規(guī)整，端口尺寸精度高，易于對口焊接；缺點(diǎn)是制管費(fèi)用較高。直縫埋弧焊鋼管可生產(chǎn)的最大厚度為40mm，可生產(chǎn)最大口徑只受鋼板寬度的限制，目前可生產(chǎn)最大口徑為1422mm。

4）螺旋縫埋弧焊鋼管采用鎮(zhèn)靜鋼熱軋（控軋）鋼板（帶）卷制、自動埋弧焊焊接成型，焊縫有熔敷填充金屬，焊縫強(qiáng)度一般不低于母材；具有壁厚均勻、規(guī)格多、焊縫受力小、止裂能力強(qiáng)、剛度大及價格相對便宜等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是焊縫較長、出現(xiàn)缺陷的概率要高于直縫管、焊后不擴(kuò)徑、管材內(nèi)部存在殘余應(yīng)力。

3 輸氣管道鋼管類型的選用

3. 1 無縫鋼管

在輸氣管道工程設(shè)計中，無縫鋼管主要適用于管徑為200mm 以下的管道，此類鋼管主要用于線路部分口徑較小的管道和輸氣場站內(nèi)工藝管道。國內(nèi)生產(chǎn)的天然氣輸送用無縫鋼管管徑，可以滿足供貨需求。

3. 2 直縫電阻焊鋼管

直縫電阻焊鋼管主要用于輸氣管道工程中線路部分管徑為150～400mm 的管道，穿、跨越地段使用此類鋼管時可增加壁厚。國產(chǎn)電阻焊鋼管可以滿足供貨需求。

3. 3 直縫埋弧焊鋼管

在輸氣管道工程設(shè)計中，直縫埋弧焊鋼管多用于管徑為500mm 及以上的管道，此類鋼管主要用于輸氣管道工程中，線路通過的三、四級地區(qū)或者線路的穿、跨越地段。國內(nèi)生產(chǎn)的直縫埋弧焊鋼管管徑一般為500～1200mm,可以滿足供貨需求。

3. 4 螺旋縫埋弧焊鋼管

在輸氣管道工程設(shè)計中螺旋縫埋弧焊適用于管徑大于350mm 以上的管道，此類鋼管主要用于輸氣管道工程中線路通過的一、二級地區(qū)的一般地段。國內(nèi)生產(chǎn)的螺旋縫埋弧焊鋼管口徑一般為300～1000mm，可以滿足供貨需求。

4 輸氣管道鋼管制造標(biāo)準(zhǔn)的選用

       根據(jù)《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50251-2015)規(guī)定，輸氣管道選用的鋼管應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管》（GB/T 9711-2011） 中的PSL2 級、《高壓鍋爐用無縫鋼管》（GB 5310-2008）、《高壓化肥設(shè)備用無縫鋼管》（GB 6479-2013）及《輸送流體用無縫鋼管》（GB/T 8163-2008）的有關(guān)規(guī)定。

輸氣管道工程中線路部分的管道按壓力管道分類屬于GA 類，不適用于《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程-工業(yè)管道》（TSG D0001-2016）監(jiān)察范圍，但輸氣場站內(nèi)的管道按壓力管道分類屬于GC 類管道，鋼管選擇時需符合TSG D0001-2016的規(guī)定，如GC1 類管道不允許使用GB/T 8163-2008 標(biāo)準(zhǔn)的鋼管。

輸氣管道工程中線路部分的鋼管一般選用標(biāo)準(zhǔn)為GB/T9711-2011 中PSL2 系列的焊接鋼管；輸氣場站部分鋼管管徑＞250mm 時，可選用GB/T 9711-2011 中PSL2 系列的焊接鋼管，管徑≤DN200mm 時可選用無縫鋼管，無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合GB/T 9711-2011 中的PSL2 級、GB 5310-2008、GB6479-2013 及GB/T 8163-2008（GC1 類除外）的有關(guān)規(guī)定。

5 輸氣管道鋼管鋼級的選用

輸氣管道選用鋼管級別時, 一般先初選2 個以上不同鋼級,通過鋼管壁厚計算公式計算出壁厚, 然后再考慮管材腐蝕裕量和尺寸公差等后確定實(shí)際壁厚, 最終計算出不同鋼級的總用量和總費(fèi)用。通過經(jīng)濟(jì)和技術(shù)比較, 確定最終的鋼管級別。鋼級選用時需注意以下幾個問題。

（1）鋼管可焊性。隨著鋼級的提高, 鋼管強(qiáng)度升高、韌性降低, 可焊性變差。（2）焊接工藝。對于不同的鋼級要選用不同的焊接材料進(jìn)行匹配, 而焊接材料的選用跟焊接方法有直接關(guān)系。目前輸氣管道焊接方式一般采用自動焊、半自動焊和手工焊。（3）壁厚圓整。在鋼管壁厚計算時, 對于一些大口徑、高壓力管道, 計算出的壁厚與標(biāo)準(zhǔn)中圓整后的壁厚往往相差較大。因此，在壁厚圓整時, 要視具體情況決定。（4）最小壁厚。對于小口徑管道, 在設(shè)計壓力不是太高的情況下, 通過公式計算出的壁厚一般都很小，但確定最小壁厚時,應(yīng)根據(jù)鋼管是否滿足在吊裝、運(yùn)輸和埋地情況下的剛度要求和穩(wěn)定性有無問題而確定。

6 輸氣管道用管的選用原則

通過以上分析在進(jìn)行輸氣管道管材選用時應(yīng)注意以下幾個原則：（1）所選管材的制管工藝能滿足安全的要求；（2）所選管材能滿足工況下管道的強(qiáng)度、韌性和焊接的要求；（3) 管材選擇時要綜合考慮經(jīng)濟(jì)和技術(shù)因素；（4）管材選擇時要考慮所用鋼管來源廣泛，便于采購；（5）管材選擇時要做好管道的強(qiáng)度計算、直管段的壁厚計算、軸向應(yīng)力校核、徑向穩(wěn)定性校核、抗震校核計算等工作。

7 結(jié)語

輸氣管道工程設(shè)計時，首先要選用好鋼管類型，再確定好鋼級，綜合考慮管徑、設(shè)計壓力、工況條件和管材價格等因素，讓整個工程做到安全、經(jīng)濟(jì)、合理。