舟山市大陸引水三期工程海底管道管材比選分析

【摘要】舟山市大陸引水三期工程海底管道現場實際施工情況較復雜，與設計的理想工況會有出入，管道容易發生破壞。本文對擬選用的兩種不同類型鋼材材質管道，通過施工期和運行期的性能比選分析，推薦本項目擬使用的海底管道管材。

【關鍵詞】海底管道；管材；比選分析

一、引言

舟山市大陸引水工程位于浙江省東部的舟山群島，地處長江口南側、杭州灣外緣的東海洋面上，工程分三期建設。其中一期工程于 2001年8月建設完成，跨海輸水鋼管為Q235B、DN1000x14 的螺旋埋弧焊管；二期工程于 2012 年建成運行，跨海輸水鋼管為 Q235B、DN1200x14的螺旋埋弧焊管；舟山市大陸引水三期工程是前兩期工程的延續，工程估算總投資23.62億元，設計引水規模為10.4萬t/d，引水流量1.2 m3/s，跨海管線長度為33km。

由于一期、二期跨海管道在鋪設施工過程中，曾經出現了折管、斷管等意外情況，制約了管道的鋪設效率，影響了施工工期；在運行過程中管道也出現了幾處露點，影響了海島的供水效率。考慮到三期工程現場實際施工情況復雜，并吸取前兩期工程的經驗，需要采取措施提高管道的安全性能。本文從施工及運行方面對適用于三期工程海底管道的目標管材進行分析比選。

二、管道材質比選

用于海底管道的管材材料，需要考慮輸送的介質、荷載、溫度及可能在安裝階段及運行階段的失效模式，同時需要保證整個管道系統的兼容性。一般情況， 對于海底管道的材料選擇需要考慮如下因素：①機械材料性能，②耐疲勞性能，

③可焊性，④抗腐蝕性能，⑤抵御風險的能力。

海底管道建設的主要原則是將管道失效事故降低為零，因為一旦海底管道發生失效事故，不僅引起輸水工作停止，而且還要支付高額的維修費用。根據國家的主要設計規范（《海底管道系統規范》SY/T10037-2002）以及國外的先進技術規范（如DNV、ABS等），對于承壓海底管道，一般材料選擇均為鋼管。隨著國內鋼材冶煉技術的逐步提高，低鋼級鋼材（Q235B及Q345B）的生產質量及焊接性能已能滿足海底管道施工的需求，在海底輸送淡水及污水方面得到廣泛應用。Q235B 是國內常見的低鋼級鋼材之一，屈服強度為 fy=235N/mm2；Q345B 是一種低合金鋼，生產工藝簡單，屈服強度高（ fy=345N/mm2）。

Q235B 及 Q345B 兩種鋼材的鋼管在海上施工環境條件下，焊縫質量均可以得到保證，其強度均能夠滿足海底管道鋪設的施工要求。然而，Q345B 管道許用應力高，抵抗施工及運行期間各種潛在安全風險的能力高，減少環境荷載等對管道施工及運營安全的影響；同時，該類型管材具有耐腐蝕性能好的優點，能夠大大提升管道使用年限。Q235B 和 Q345B 兩種不同類型鋼材材質管道在施工及運營期性能對比如下：

1、施工期階段

舟山當地海域海洋環境復雜，海流速度大，施工條件差，為管道鋪設施工提出了巨大的挑戰。本項目管道為大直徑薄壁管道（DN1200，壁厚14mm），在復雜外力條件下屈曲風險高，若采用較低鋼級的管材，管道鋪設難度大，影響整個海上施工的質量與速度。項目實施過程中基于先進的淺水鋪管船，對采用 Q235B及Q345B 管材的管道進行了鋪管分析計算，計算結果見表1。結果表明 Q235 材質在設計工況下的安全系數接近于1.0，幾乎沒有任何余量，一旦海況與設計不符，管道應力就會超出規范許用值。

2、運行期階段

管道路由區域海洋環境復雜，如果在運行期間管道產生裸露、懸空等情況，使海底管道暴露在海床面上，則管道容易在海流及機械作用下出現強度或疲勞損傷，影響其運行安全。如果采用較低強度鋼級的鋼管，裸露、懸空等意外情況下管道發生損壞的風險較高，管道在海流及機械外力的作用下，極易引起強度或疲勞破壞，影響運行安全。經計算，Q235 材質比 Q345B 材質抵抗靜態彎曲的臨界懸空長度減少約10m。此外，Q345B 鋼管管材具有耐腐蝕性能好的優點，更適用于海洋環境條件。相關實驗數據表明，在同樣的環境條件下，Q345B 鋼比 Q235B 鋼的腐蝕速度慢 20%～38%。

三、結論

綜上所述，通過在焊接穩定性、耐腐蝕性能、施工安全性、運行期抵御風險能力等方面的比較（見表2），可以看到， Q345B在各方面性能均優于Q235B 材質。因此。推薦使用安全系數高、保障工程質量能力強的 Q345B 作為本項目管材。

四、參考文獻

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