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城镇燃气高压与次高压管道管材的选用

用于输送燃气的管材种类很多,必须根据燃气的使用条件(设计压力、温度、介质特性、使用地区等)、材料的焊接性能等因素,经技术经济比较后确定1-2

 
1   高压与次高压管道钢号的确定


当高压与次高压燃气管道直径大于150 mm时,一般采用焊接钢管,选用的焊接钢管应符合GB/T 97112017《石油天然气工业管线输送系统用钢管》的规定;当直径小于等于150 mm时采用无缝钢管。应该通过技术经济比较决定钢号与焊接钢管的类型。
 
确定钢号的方法是:根据GB 500282006《城镇燃气设计规范》第6.4.6条给出的钢管直管段计算壁厚公式进行计算,得到钢管计算壁厚,同时比对钢管最小公称壁厚(见表1,来自于GB 500282006《城镇燃气设计规范》的表6.3.2),确定选用壁厚。按照不同材质的选用壁厚、价格等进行分析比较后确定钢号。
 
1   钢管最小公称壁厚

表1钢管最小公称壁厚-1.png

表1钢管最小公称壁厚-2.png

例如:某工程采用设计压力为1.6 MPa、管道外径为219.1 mm的焊接钢管。基于GB/T 97112017《石油天然气工业管线输送系统用钢管》,对四级地区进行钢号比较并选择。结果见表2

 
2   某工程选用不同钢号的比较结果

表2某工程选用不同钢号的比较结果.png

对表2中数据进行分析,在设计压力为1.6 MPa、管道外径为219.1 mm条件下,根据式(1)计算出的L245L290L360钢管直管段计算壁厚均小于表2中的最小公称壁厚4.8 mm,因此以4.8 mm作为管道规格选择的壁厚下限。根据GB/T 218352008《焊接钢管尺寸及单位长度重量》中的表1,确定采用5.0 mm壁厚的管子。再对不同钢号D219.1×5.0管道的以长度计钢管价格进行比较,在满足设计要求的前提下,最终确定选用经济性最好的L245

 
2   高压与次高压管道焊接钢管类型的分析
 
在确定钢号的基础上进一步选定焊接钢管的类型。焊接钢管按焊缝形状分为两类:直缝焊管和螺旋缝焊管。按焊接方法不同,直缝焊管又可分为直缝高频电阻焊钢管和直缝双面埋弧焊钢管。采用埋弧焊工艺焊制而成的螺旋缝焊管称为螺旋缝埋弧焊钢管。
 
①焊接钢管介绍
 
a.直缝焊管
 
用热轧或冷轧钢板或钢带卷焊制成,并在焊接设备上进行直缝焊接得到的管子叫直缝焊管(由于钢管的焊缝成一条直线而得名)。焊管应保证水压试验、焊缝的抗拉强度和冷弯性能符合相关规定。
 
b.螺旋缝焊管
 
将低碳碳素结构钢或低合金结构钢钢带按一定的螺旋缝线角度(称为成型角)卷成管坯,然后将管缝焊接而成。这种方法可以用较窄的钢带生产大直径的钢管。螺旋缝焊管主要用于石油、天然气的输送管道。焊管应保证水压试验、焊缝的抗拉强度和冷弯性能符合相关规定。
 
②焊接钢管性能对比
 
本文仅对直缝高频电阻焊钢管、直缝双面埋弧焊钢管和螺旋缝埋弧焊钢管的性能进行对比。
 
直缝高频电阻焊是利用高频电流产生的电阻热熔化管坯对接处,经挤压熔合而成。其特点为热量集中,热影响区小,焊接质量主要取决于母材质量,生产成本低,效率高。
 
直缝双面埋弧焊钢管的优点是焊管成型质量高,错边量小,焊缝质量好,热影响区小,焊后残余应力小,管道尺寸较精确,易实现在线检测以及原材料可进行100%无损检测等。特别适合在输气管道中应用。直缝双面埋弧焊钢管具有一条纵向焊缝,内、外焊缝均采用一道埋弧焊焊成。经过整体机械扩径(主要为了提高钢管尺寸精度)处理,钢管内部应力小且分布均匀,可有效防止应力腐蚀开裂,尺寸精度高,便于现场焊接施工。采用先预焊后精焊的工艺,焊接过程稳定,焊缝质量高。产品规格范围大,既可生产小直径、大壁厚的钢管,又可生产大直径、大壁厚的钢管。缺点是管径受钢板宽度制约,一种宽度的钢板只能生产出一种直径的钢管。
 
螺旋缝埋弧焊钢管没有母材100%超声波探伤、扩径等工序,产量较低,焊缝自动跟踪困难,成型、焊接均在连续运转的动态下完成。可实现连续生产,能用较窄的坯料生产管径较大的钢管,还可以用相同宽度的坯料生产不同管径的钢管。但是与相同长度的直缝焊管相比,焊缝长度增加30%100%,而且生产速度较低。因此,较小口径的钢管大都采用直缝焊管,大口径则多采用螺旋缝焊管。
 
螺旋缝埋弧焊钢管的焊缝与钢管轴线形成螺旋缝角,使焊缝热影响区不在主应力方向上,因此焊缝受力情况良好,可用钢带生产大直径管子,但由于焊缝长,使产生焊接缺陷的可能性增加。此外,由于螺旋缝焊管的钢带轧制方向不垂直于钢管轴线方向,而直缝钢管的钢板轧制方向垂直于钢管轴线方向,因此螺旋缝焊管的抗裂性能优于直缝钢管。


直缝双面埋弧焊钢管价格高于螺旋缝埋弧焊钢管,价格最低的是直缝高频电阻焊钢管。
 
按照制作工艺划分,在国内较小口径(DN 400 mm及以下)的焊接钢管大都采用直缝高频电阻焊,大口径(DN 400 mm以上)的焊接钢管则大多采用螺旋缝埋弧焊,目前我国已具备生产大口径直缝双面埋弧焊钢管的能力,并在石油天然气输送工程中得到了使用。
 
3   结语
 
燃气管材的选用应根据城市所用气源的类型、特性、用气结构、管道运行的条件和环境、施工条件、施工现场的具体情况等多方面综合考虑,要有预见性,与现实相结合,实现长期安全运营的要求以及中远期规划发展的要求,进行科学、合理地选择。
参考文献:
1]胡杨,刘庆堂燃气管道材质的选择[J煤气与热力,2003231):46-47. 

2]谭小平室内天然气管道选材的探讨[J煤气与热力,2009297):B15-B19.

作者:王振岭

第一作者单位:天津市众元天然气工程有限公司
摘自《煤气与热力》2018年2月刊

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