采用WFHY系列高強鋼制作輸氣站匯管

張四毛 堵 佩 李 斌 何國棟

1中海油珠海天然氣有限責任公司2中海石油氣電集團有限責任公司3中國石油西部管道塔里木輸油氣分公司4中國石油天然氣管道工程天津濱海分公司

采用WFHY系列高強鋼制作輸氣站匯管

張四毛1堵 佩2李 斌3何國棟4

1中海油珠海天然氣有限責任公司2中海石油氣電集團有限責任公司3中國石油西部管道塔里木輸油氣分公司4中國石油天然氣管道工程天津濱海分公司

由于石油天然氣輸送用匯管使用壓力較高，且匯管原則上是參照壓力容器進行設計和制造的，以往制作匯管所用材料大多采用GB713標準中的壓力容器用鋼板，但由于容器用鋼的強度指標較低，且隨著厚度的增加強度指標隨之下降。拔制匯管通過整體補強計算后筒體厚度會很大，由此給匯管制造帶來不利因素。低合金高強鋼是通過降低碳含量，加入鉻、鎳、鉬、鈮、釩、鈦、硼等微合金元素，使材料具有高的強度和韌性。采用低合金高強鋼制作匯管時鋼材用量遠低于采用壓力容器材料，可降低工程投資。通過匯管的制造和在輸氣站場的實際應用，匯管選材采用高強鋼WFHY415、WFHY485分別替代壓力容器用鋼Q 345RH和Q 370R，效果很理想。

輸氣站；匯氣管；選材；高強度鋼

由于石油天然氣輸送用匯管使用壓力較高，且匯管原則上是參照壓力容器進行設計和制造的，以往制作匯管所用材料大多采用GB713標準中的壓力容器用鋼板，但由于容器用鋼的強度指標較低，且隨著厚度的增加強度指標隨之下降。拔制匯管通過整體補強計算后筒體厚度會很大，由此給匯管制造帶來不利因素：①壁厚造成匯管重量增大，使匯管的制造、運輸成本提高；②由于匯管主體厚度比支管相接管線厚度多出幾倍，造成支口拔制與對接難度增大；③焊材消耗及焊接工作量亦相應增大；④有些匯管焊縫采用射線探傷機已經不能滿足檢測要求，必須采用放射線源方能檢測。

1 壓力容器材料及性能

壓力容器材料用鋼應當是氧氣轉爐或者電爐冶煉的鎮靜鋼。選擇壓力容器受壓元件用鋼時應考慮容器的使用條件、材料性能（力學性能、化學性能等）、容器的制造工藝及經濟合理性。壓力容器化學成分和機械性能分別列于表1、表2。

表1 壓力容器材料化學成分%

表2 壓力容器材料機械性能

2 高強鋼材料化學成分和機械性能

低合金高強鋼是通過降低碳含量，加入鉻、鎳、鉬、鈮、釩、鈦、硼等微合金元素，使材料具有高的強度和韌性。

一方面低碳有利于提高鋼的韌性，具有高的低溫止裂韌性；另一方面可顯著地改善鋼的焊接性能。對于需要更高韌性和焊接性能的受力復雜的大型鋼結構件，通常采用≤0.10%的碳含量設計。

鉻、鎳能增加奧氏體過冷能力，降低馬氏體和貝氏體的轉變溫度，促進馬氏體的形成，適量的鉬和硼能顯著增加鋼的淬透性，推遲過冷奧氏體向珠光體轉變。通過鉬和硼的復合添加，鋼板軋后再經過ACC快速冷卻，基本可以消除鋼中鐵素體和珠光體的生成。鈮對晶粒細化作用十分明顯，通過軋制過程中Nb(C，N)應變誘導析出阻礙形變奧氏體回復、再結晶，經控軋控冷使精軋階段非再結晶區軋制的形變奧氏體組織再相變時轉變成細小的相變產物。釩具有較高的析出強化作用，用來提高鋼的強度。鈦是強烈的固N元素，細小的TiN粒子可有效地阻礙鋼在加熱時的奧氏體晶粒長大，并且能顯著地改善鋼的焊接性能。高強鋼材料的化學成分和機械性能分別列于表3、表4。

表3 高強鋼材料化學成分%

表4 高強鋼材料機械性能

3 經濟性分析

以PN9.2MPa DN900匯管為例，最大拔制開口DN700mm，設計系數0.4，考慮2mm腐蝕余量。若采用Q370R材料計算時筒體厚為59mm，匯管每米重量1 244 kg；若采用WFHY485材料計算時筒體厚度為43mm，匯管每米重量924 kg。兩者重量差320 kg。按市場鋼板價格比較，二者鋼板噸價幾乎相同，均為8 500元/噸，所以重量的差異導致匯管造價相差2 720元/噸左右。

4 綜合分析

（1）由表1～表4可以看出，Q345R及Q370R所含合金元素較少，與高強鋼材料成分差別較大，且不能通過熱處理提高強度指標，而WFHY415和WFHY485所含合金元素與管線鋼管材料成分接近，強度指標與管線鋼管材料相同，且可以通過相應熱處理獲得需要的強度指標，其沖擊韌性指標明顯高于壓力容器用材料。

（2）就焊接因素來考慮，WFHY415和WFHY485與管道或管件焊接連接屬于同級別或相近級別相焊接，而Q345R及Q370R由于材料成分的差異，選擇焊材時應考慮影響焊接的因素較多，導致焊接工藝評定的工作量相應增大。因此，采用WFHY系列材料比采用Q345R及Q370R與管道或管件焊接具有很大優勢，也為管道工程良好的焊接質量提供更有力保證。

（3）由于匯管開孔補強計算是按屈服強度考慮的，因此相同設計參數用Q345R材料計算后得到的厚度要比用WFHY415材料厚20%左右；而用Q370R材料計算厚度比用WFHY485厚30%左右。由此帶來的不利影響如下：①由于厚度的差異，使筒體卷制難度相當大，甚至已經超出了薄壁圓筒的范圍，需要采用熱卷筒節來解決；②使用壓力容器材料造成匯管的焊材消耗及焊接工作量增大；③匯管的拔制難度增大，拔制部分從主管到支管金屬厚度變化非常大，管道應力分布不均，且焊接連接由厚變薄過渡較困難。

（4）從上述分析及匯管制造總體考慮，由于噸價接近，采用低合金高強鋼制作匯管時鋼材用量遠低于采用壓力容器材料，可降低工程投資。

（5）近幾年，通過匯管的制造和在輸氣站場的實際應用，匯管選材采用高強鋼WFHY415、WFHY485分別替代壓力容器用鋼Q345RH和Q370R，效果很理想。

（欄目主持張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.028