舊標制造的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備檢驗所，海南 ?？?570203)

由于新的制管標準的GB/T9711-2017的頒布[1]，按照舊的標準制造的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，對于企業來說更是增加了很大的負擔，因為一根規格為D610 mm×11 mm的L485M螺旋縫埋弧焊鋼管的造價高達18000元，如果企業原先采購了上千根，那么將會有上千萬的財產損失。本論文通過對某管道輸氣公司一批2003年生產并存放8年的D610 mm×11 mm的L485M螺旋縫埋弧焊鋼管進行分析研究(力學性能、金相分析、鐵銹SEM分析、拉曼光譜分析、設計壁厚計算等)，以及新舊標準的對比，分析該批管道是否能夠應用于高壓燃氣管道[《城鎮燃氣設計規范》(GB50028-2006)第6.1.6條規定，設計壓力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]，以解決企業難題，節省資源。

1 鋼管概況

從該批鋼管中抽取了2根腐蝕比較嚴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部嚴重，主要以點腐蝕為主，兩端腐蝕均呈現嚴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重一些。

圖1 鋼管照片

2 力學性能分析

每根鋼管抽取了2個試件進行力學性能試驗，采用的試驗方法為《鋼產品力學性能試驗的標準試驗方法和定義》(ASTM A370-20)[3]，試驗結果見表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、伸長率和導向彎曲結果均滿足GB/T 9711-2017的要求。

表1 力學性能試驗結果

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，未發生材質劣化。

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

鐵銹相關組分晶體結構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，該峰與標準羥基氧化鐵α-FeOOH的特征強峰(397 cm-1)十分吻合，特征強峰的出現，標志著羥基氧化鐵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，該峰與標準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。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 設計壁厚計算

按照《城鎮燃氣設計規范》(GB 50028-2006)6.4.6規定[2]，直管段管壁厚度按下式計算：

式中：δ——鋼管計算壁厚，mm

P——設計壓力，MPa

D——鋼管外徑，mm

σs——鋼管標準規定的最小屈服強度，MPa

φ——焊縫系數，一般取 1.0

F——強度設計系數，按四級地區取值，0.3

當設計壓力為4 MPa時，計算結果如下：

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，該批管道滿足設計壓力為4 MPa 的壁厚要求。

7 新舊標準對比

經對比發現 GB/T9711-2011與GB/T9711.2-1999在編制過程中[5]，技術委員會認為管線鋼管存在兩個基本水平的技術要求，設立兩個產品規范水平的技術要求(PSL1和PSL2)。PSL1提供了一般的管線鋼管質量水平。PSL2提供了包括增加了化學成分、缺口韌性、強度性能和補充NDE的強制要求。標準對僅適用于PSL1鋼管或僅適用于PSL2鋼管的要求做了標記，并增加訂貨合同附錄，僅當訂貨合同規定了這些附錄的要求時，這些附錄才適用。

經對比發現GB/T9711-2017與GB/T9711-2011標準依舊保持兩個基本技術要求水平的管線鋼管，表示為兩個產品規范水平(PSL1和 PSL2)。PSL1提供標準質量水平的管線鋼管。PSL2增加了包括化學成分、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實際工作中，經常對應用于特殊環境的鋼管增加補充要求。為了適應這種需要，標準提供了特殊補充要求，供購方選擇。

綜上對比可知，該鋼管標準的更新，除了一些技術術語、編號、引用文件、生產文件和細微的技術規定調整之外，更加強調了采購和交貨技術條件的明確，不存在鋼管生產、制造的重大技術變更。

8 結 論

經過在鋼管存放現場截取 2根鋼管樣品和 2個鐵銹樣品，通過力學試驗、金相分析、SEM、拉曼光譜分析以及設計壁厚計算，得出如下結論：

(1)2根樣品鋼管的屈服強度、抗拉強度、屈強比、伸長率和導向彎曲結果等均滿足GB/T9711-2017的技術要求，從金相組織看，材質未發生劣化，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，滿足標準要求。設計壓力為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/T9711-2017兩本新舊標準，除了一些技術術語、編號、引用文件、生產文件和細微的技術規定調整之外，更加強調了采購和交貨技術條件的明確，不存在鋼管生產、制造的重大技術變更。

綜合以上試驗和分析，該批舊標制造的鋼管用于高壓燃氣管道是可行的。