城市天然氣輸送用鋼管的選型探究

雷石軍王偉劉海剛

（1中石油集團石油管工程技術研究院，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中石油集團石油管工程技術研究院，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濟發展的重大事宜。而隨著天然氣開采事業的高速發展，重視天然氣輸送用鋼管選型及管道設計至關重要。本文就天然氣輸送用鋼管的選型進行研究，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間比較晚，發展時間也相對比較短。從當前我國城市天然氣輸送情況來看，輸送標準不健全完善[1]，即便是同一區域相同使用環境下，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。在實際作業中，建設單位偏執地堅持使用某種鋼管，而否決設計人員的想法與抑制。本文就鋼管選型進行重點研究，為管道鋼管選型、管道設計提供建設性意見參考。

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輥軋成[3]，通過高頻電流熔融板邊，并施加外界擠壓力進行焊煅，經快速冷卻后可成。經中頻熱處理可消除焊縫區與其應力之間的馬氏體組織[3]。ERW焊管壁厚公差應以0.2～0.3mm，圓度＜1mm。無縫管則主要是就管坯進行拉拔、穿孔制造，通過熱處理、化學成分獲取性能。與無縫管，ERW高頻焊管尺寸精度更高、強韌性高、組織細密，但其質量可隨著工廠生產條件以及監管水平而發生變化。質量稍差ERW高頻焊管可能會存在理化性能、外觀檢驗等安全隱患，因而在城市天然氣輸送用鋼管中運用ERW焊管，綜合考慮其高風險與高品質雙重性。

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]，借助成型機擠壓平扳至圓形，然后使用機械夾持或預焊等方式固定住焊接位置，水平方向則進行多絲焊接；螺旋埋弧焊管又稱“螺旋焊管”[3]，在弧面實施焊接時，內熔敷金屬流淌，逐漸形成外脊背、內馬鞍形狀。螺旋焊管存在應力腐蝕、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、安全性以及應力腐蝕性能更顯著。而螺旋焊管中可利用窄鋼卷生產出直徑較大的焊管，投資低，整體價格比直縫焊管低。

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國際標準，完整鋼級有交貨狀態、強度等級兩個內容[4]，前者包括正火（N）、調質（Q）、熱機械軋制（M）；后者則指鋼管應具備的屈服最低強度。正火（N）鋼級最大值為X60，在早期60年代使用頻率較高。調質（Q）多適用于抗酸厚壁鋼管，或高級鋼管無縫工藝。熱機械軋制（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，鋼材韌性與強度可明顯提升，如此便可提升其可焊性與性價比?，F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均為熱機械軋制（M）狀態。除了上述提及的安全性能外，鋼管管線設計還應考慮經濟成本。管道直徑、管線單位輸送量、壓力梯度的平方根呈現為正比，因而現代管道發展應從增加管徑、提升輸送壓力方面著手。相關資料顯示，管道干線管徑最佳徑是1422mm。而鋼材選用中應注重強度等級，鋼管設計要厚，鋼級要高。輸氣管線在選擇X90、X100中應注重焊接問題。不同強度管線鋼具有較為復雜組織結構。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構，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。鋼管強度升高，可焊性就逐漸下降。因而，在設計中應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，設計過程中應注重管線的常規特性及規則。②天然氣輸氣管線可靠性與安全性更高，因而在設計中可選用天然氣輸氣管線。③鋼管采購中應注重管道本身的安全性及整體質量。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。然而因為管距較長，鋼管投入成本高，應減少鋼管成本，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，Ⅰ、Ⅱ區則根據實際情況決定是否投入直縫管。我國“西氣東輸”工程中，Ⅱ區就廣泛投入直縫管。④而隨著城市化進程加快，天然氣輸氣管線多集中在Ⅳ區。天然氣輸送安全與否直接影響到人們生活及生產正常與否，重視安全管理關系經濟發展、生命安全。現如今，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間震動與碾壓，路面就可不同程度出現沉降，如此便提升鋼管需具較好的縱向韌性與塑性。此外，城市管道分布環境及區域比較復雜，應注重定期進行檢修，以排除滲漏情況，減少爆炸風險。

3 結語

重視天然氣輸送用鋼管選型及管道設計至關重要，為此，實踐作業中應充分考慮鋼管制管工藝、選型要求，規范設計，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條件的對比分析[J].石油天然氣學報，2013，35（08）：159.