直缝埋弧焊钢管的选用

直缝埋弧焊钢管的选用
为了配合西气东输工程,上海将建设天然气高压输气管网。管材是管网的基础材料,用在高压输气管网上必须绝对可靠,否则其后果不堪设想。因此,安全是选材的第一因素。
上海将在青浦白鹤镇建设首站,接纳由西部来的天然气,高压输气管网将由此向郊区和城区展开。按GB5O25 1一94“输气管道工程设计规范”的地区等级划分条款来看,从白鹤镇开始,也就是说整个上海天然气高压输气管网均属于三级和四级地区(三级地区是指户数在10户或以上的区段,包括市郊居住区、商业区、工业区、发展区以及不够四级地区条件的人口稠密区:四级地区是指四层及四层以上楼房普遍集中、交通频繁、地区设施多的区段)。而且,绝大部分地区均应属于四级地区。
按照DBJ08一65一97上海市标准“城市天然气管道工程技术规程”,该规程只适用于输送压力P不大于1.6 MaP(表压)的天然气管道工程。由于西气进入上海的压力将远高于1.6 PMa,同时上海的一些天然气大用户用气压力的要求也将远高于1.6 PMa的压力,因此上海天然气高压输气管网的运行压力必须考虑大于1.6 MaP。此外,由于天然气用户的发展,上海天然气的使用量在近期的目标值是每年30 x l沪扩,远期目标要超过每年5000000000立方m”。如此大量天然气的输送,必然提出要采用大于1.6 MPa压力的输气管网,选用较小口径的管道以减少建设所需的投资。由此可见,更高压力下运行的输气管网对其安全性提出了更高的要求,因而对管材的要求也相应更为严格。 天然气高压输气管的管材目前有:无缝钢管、螺旋埋弧焊钢管(Spirally Submerged Arc Welding,缩写SSAW)、电阻焊直缝钢管(Electric Resistane Welding,缩写ERW)和直缝埋弧焊钢管(Long itudinally submerged Arc welding只,缩写SLAW)。LSAW钢管按其制造工艺的不同而分为UOE管(U成型、O成型和整体扩径)、JCOE管J(成型、C成型、O成型和整体扩径)、RBE(三辊机上往复滚压成型、整体扩径)、PFP(渐进型模压成型法成型、整体扩径)等品种。由于无缝钢管和ERw钢管尺寸的限制,主输气干线的管径较大,主要采用LS AW钢管和SSAW钢管,国内外均有不同的看法,因此本文在收集近年来的国内外资料的基础上,进行客观的综述和建议,供有关领导和专家参考。
1 近年来国内外LSAw钢管的应用现状
1.1国外应用现状:
197年至1980年的十年中,全球铺设直径。6 0 0一12 0 0 mm的油气管道70000km,其中LSAW钢管占55%,ER W直缝焊管占83%,S SAW钢管只占4一7%,一些公司甚至在其企业标准中限定在一定尺寸范围内的油气长输管道必须使用LSAW钢管。至八十年代末、九十年代初国际上许多大石油公司及管道公司己不允许在油气管线上选用螺旋

埋弧焊管。例如NORA、PLE(德国),GIE(美国)、AMoco等公司。
多年来螺旋管一直用于输气管道,但其事故发生几率比直缝管高,壁厚受到生产条件限制,至今所占比例较小,且呈日趋减少之势。目前国外的油气长输管道,特别是在高压大口径上大多采用直缝焊管,约占57一8 0%。
为了提高管线输送能力和确保安全,海底管线向壁厚方向发展,故海底管道多采用直缝焊管。在陆上三、四类地区,对安全性要求高,必须保证足够的安全系数。在低温地区、高落差地段、服役条件苛刻的管线处均应采用直缝埋弧焊钢管。近十多年来,国外直缝管生产能力大,质量好,输送管己大多使用直缝管。除意大利、加拿大等一些国家外螺旋管己不作输送管来要求,仅作低压管要求。
据报道,前苏联高压输气管线事故率不断下降的主要原因是提高焊接工艺和防腐工艺质量。前苏联所建造的横贯远东和欧洲国土的高压输送管线所用焊管主要是从欧洲和日本进口的直缝埋弧焊管。1.2国内应用现状
借鉴国内外天然气管道工业的先进经验,近年来工程设计人员的目光集中在具有良好综合性能的直缝双面埋弧焊钢管上,据有关报道,西气东输管道预计用钢管约1600000吨,材质为X07,其中螺旋管271 9千米,用钢约1000000吨;直缝管1281km,用钢约600000吨。陕京气管线、四川北干线、新疆部分管线也都分别不同程度的采用了进口直缝管,其中918km的陕京线中的112.74 km采用了进口直缝埋弧焊(UOE)钢管。四川大天池气田都引进了X25直缝双面埋弧焊钢管。
海底管道中大口径采用UEO直缝管,在所有的海底管道(直径从2“到34’)中,UEO直缝管占6 3%,其余为无缝钢管和EwR钢管,海底管道至今还没有螺旋管用于我国海上油田工程的记录。南海崖13一1至香港海底管道全部采用进口直缝管。
长庆气田集气干线(457)运行压力较高,考虑国内外制管水平,目前硫化氢气田管材使用现状,以及世界范围内天然气管道工业向高强度、高韧性管材发展的趋势,设计选用了进口X25直缝双面埋弧焊钢管(UOE)。
建议在我国境内三、四类地区及特殊地区(如跨越、穿越地震带级、高山等)均应采用直缝管。
2 LSAW钢管同SSAW钢管的比较
2.1 LSAW钢管的优点:()1LSAW钢管的制造中采用了扩管工艺,残余应力接近零,没有“包申格”效应。SSAW钢管由于制造中存在成型应力,导致发生“包申格”效应,必需用提高一个强度级的钢材来生产,例如用X07的钢材来生产X56的焊管。此外,焊接应力的存在会导致管线发生应力腐蚀。我国8 000多公里的SSAW在使用了二十年后,由于发生应力腐蚀而产生的破坏事故达l~2次/年。
(2)LSAW钢管的焊缝长度远比SSAW钢管的焊缝长度短,因此焊缝

缺陷发生率较低。
(3)LSAW钢管的无损探伤比S AW钢管方便,在线检验较易。在焊接质量上,直缝埋弧焊缝比斜缝埋弧焊缝易控制。(4)LSAW钢管成型质量高,而SSAW钢管由于成型与焊接同时进行易出现硬角、咬边、内外焊缝不对中等问题。
(5)LSAW钢管的热影响区比SSAW钢管小,而热影响区是焊管质量的薄弱环节。
(6)SLAW钢管可生产厚壁钢管,适用于超高压管线。例如X07钢材,SSWA可生产壁厚为12-17毫米的钢管,而LSAW可生产壁厚为25m m的钢管,甚至在特定条件下可生产壁厚25mm的钢管。
2.2 SSAW钢管的优点
(l)焊缝避开了主应力方向
钢管受内压后,主应力为环向应力。SSAW焊缝与轴线约成45度角,故避开了主应力方向。而SL姗焊缝正好垂直于环向,承受了主应力方向。
(2)钢板顺轧制方向的冲击韧性最高,而垂直轧制方向冲击韧性最低,二者相差数倍。LSAW焊接的是钢板垂直轧制的方向,而SSAW焊接的是错开垂直轧制方向。因此SAS W钢管受内压的冲击韧性要比SL WA钢管好。
(3)对于生产企业,SSAW钢管生产的投资少、成本低、变换产品规格方便、原材料较易解决。
2.3国外对选用SL Aw钢管的不同观点
(1)美国、日本和德国总体上否定S WA钢管,认为主干线不宜使用SSAW钢管。美国本土近2 0年建造的油气输送主干线,几乎全是UOE钢管。
(2)意大利允许在主干线上使用SSAW钢管。
(3)加拿大S AS W钢管与LSAW钢管处于同等地位,在主干线上实际使用sSA w钢管的数量占70%左右。其主要原因是加拿大拥有SSAw钢管生产企业,在改进制造工艺后,使其生产的sswA钢管质量和性能达到UOE直缝管的水平。
(4)大量的钢管爆破实验表明,爆破点多数不在焊缝区,因此焊缝避开主应力方向而具有的优点已无多大意义。
(5)目前,AIP Sp e C LS和一些国家的标准都规定油气管道既可使用SL AW钢管,也可以使用SSAW钢管。因此,部分管道仍在使用SSAW管道。但是,在高落差、断层、复杂地区和人口稠密地区,要求使用LSAW钢管以确保管道运行的安全和可靠。
2.4国内对选用LsAw钢管的不同观点
(l)石油管材研究所和石油规划总院的意见:国产S Aw母材、焊缝、热影响区的的强度、韧性和疲劳性都达到了进口UEO焊管的水平。国产SSAW钢管的残余拉应力总体上比进口U OE焊管高,表面质量与尺寸精度也较进口UEO管差。严格质量控制的国产SSAW钢管可以用于油气输送主干线。建议一、二类地区采用ssAw,三、四类地区采用LSAW钢管。
(2)在高压输气管道上使用何种钢管主要取决于是否满足管道技术要求、经济对比以及国家制管业的现状。实际上经济因素起着决定性作用。
(3)我国不可能像西方一些国家一样全部采用LSAW钢管,SL Aw钢管和SSwA钢管在不同情况下分别使用将

会持续一定的时期。按目前我国高标准要求生产的SSAW钢管,用于中等直径(中lm以下)、压力在6.OMaP左右,一般地区使用的油气输送管应该说是可靠的。有理由认为,不断提高质量的SAS w钢管,在我国仍将是油气输送用管的主要管种。
3上海天然气主干线宜用LSAW钢管
3.1上海天然气主干线钢管选用原则
(l)安全性是第一位的。
(2)安全性不仅是考虑目前的,而且要考虑运行二十年、三十年甚至更长的时间。
(3)经济性是重要的,但是只有在安全性大致相同情况下,才突出经济性。
(4)经济性不仅考虑钢管本身的价格,还要考虑运输、施工、施工后管线总体质量、防腐施工价格和质量、运行寿命等各方面因素带来的对经济性的影响。
(5)供货的可靠性和售后服务。
3.2从国内外LS AW钢管使用的现状及趋势和LSWA钢管同sSAw的比较来看,尽管有不同的观点存在,但是从用户的角度来看有以下较为统一的观点:
(1)LSAw钢管同SS AW钢管相比,在性能上有明显的优势。因此,从更为安全的角度上说,使用SL AW钢管更好。
(2)从国外比较有权威的规范来说,没有禁止使用SSAW钢管的规定。(3)国内现有的SSAw钢管生产质量同加拿大相比有差距。在严格控制生产质量和改进生产工艺后,国产SSAW钢管仍可作为选用的钢管,尤其是在直径不大、壁厚要求不高、一、二类地区将选用SSAW。
(4)在安全要求高的地区,如三、四类地区、落差高的地段、地质情况较差地段,推荐选用LSAw钢管。
3.3从上海天然气管网公司来看,我们是用户。对于如何利用国内现有SSAW钢管生产能力来说,我们可不加考虑。
从郊区开始,上海均属于三、四类地区,且河道交通繁多,有大量的跨越和穿越的地段。同时,考虑到不采用安全间距的原则而采用增加壁厚的措施来保证时对安全性的要求更高。上海市区高压天然气干线的压力要突破1.6 MaP,各方面对安全性的担心增多。因此上海天然气主干线宜用UOE直缝管,这是十分必要的安全措施之一。