城市天然气输送用钢管的选型探究

雷石军王伟刘海刚

（1中石油集团石油管工程技术研究院，陕西西安710077 2北京隆盛泰科石油管科技有限公司，北京100101 3陕西升力科技能源服务有限公司，陕西西安710043）

城市天然气输送用钢管的选型探究

雷石军1,2王伟3刘海刚1,2

（1中石油集团石油管工程技术研究院，陕西西安710077 2北京隆盛泰科石油管科技有限公司，北京100101 3陕西升力科技能源服务有限公司，陕西西安710043）

在资源能源需求日益增长的今天，天然气开采利用成为社会经济发展的重大事宜。而随着天然气开采事业的高速发展，重视天然气输送用钢管选型及管道设计至关重要。本文就天然气输送用钢管的选型进行研究，以为后期用钢选型提供参考。

城市；天然气管道；钢管；选型

我国天然气管道起步时间比较晚，发展时间也相对比较短。从当前我国城市天然气输送情况来看，输送标准不健全完善[1]，即便是同一区域相同使用环境下，天然气输送用钢管在选型中也存在差异。有城市选用螺旋埋弧焊管，有选用ERW高频焊管，有选用直缝埋弧焊管，也有选用无缝管。在实际作业中，建设单位偏执地坚持使用某种钢管，而否决设计人员的想法与抑制。本文就钢管选型进行重点研究，为管道钢管选型、管道设计提供建设性意见参考。

1 天然气输送用钢管制管工艺的影响

城市天然气输送用钢管有中、小及大直径钢管[2]，前两者多适用于中心区天然气输气，以ERW高频焊管、无缝管管型为主；而后者多适用于周边区域的主干线输气，以直缝埋弧焊管、螺旋埋弧焊管管型为主。

1.1 中、小直径钢管

管型有ERW高频焊管、无缝管，ERW高频焊管以原料热轧卷板反复辊轧成[3]，通过高频电流熔融板边，并施加外界挤压力进行焊煅，经快速冷却后可成。经中频热处理可消除焊缝区与其应力之间的马氏体组织[3]。ERW焊管壁厚公差应以0.2～0.3mm，圆度＜1mm。无缝管则主要是就管坯进行拉拔、穿孔制造，通过热处理、化学成分获取性能。与无缝管，ERW高频焊管尺寸精度更高、强韧性高、组织细密，但其质量可随着工厂生产条件以及监管水平而发生变化。质量稍差ERW高频焊管可能会存在理化性能、外观检验等安全隐患，因而在城市天然气输送用钢管中运用ERW焊管，综合考虑其高风险与高品质双重性。

1.2 大直径钢管

大直径钢管以直缝埋弧焊管、螺旋埋弧焊管管型为主。直缝埋弧焊管简称“直缝焊管”[3]，借助成型机挤压平扳至圆形，然后使用机械夹持或预焊等方式固定住焊接位置，水平方向则进行多丝焊接；螺旋埋弧焊管又称“螺旋焊管”[3]，在弧面实施焊接时，内熔敷金属流淌，逐渐形成外脊背、内马鞍形状。螺旋焊管存在应力腐蚀、易偏焊、焊缝长、无损检测难度大等不利弊端。综合来看，与螺旋焊管相比，直缝焊管的可靠性、安全性以及应力腐蚀性能更显著。而螺旋焊管中可利用窄钢卷生产出直径较大的焊管，投资低，整体价格比直缝焊管低。

2 城市天然气钢管选型及管线要求

2.1 城市天然气输送用钢管选型要求

参照API 5L国际标准，完整钢级有交货状态、强度等级两个内容[4]，前者包括正火（N）、调质（Q）、热机械轧制（M）；后者则指钢管应具备的屈服最低强度。正火（N）钢级最大值为X60，在早期60年代使用频率较高。调质（Q）多适用于抗酸厚壁钢管，或高级钢管无缝工艺。热机械轧制（M）值原料钢板中使用的TMCP轧制或控轧工艺。自20世纪60年代，兴起了TMCP新工艺，在不增加合金含量或低碳状况下，钢材韧性与强度可明显提升，如此便可提升其可焊性与性价比。现如今天然气输送钢管中管线多为TMCP工艺，典型案例有中国“西气东输”工程[4]，该工程一线X70、二线X80均为热机械轧制（M）状态。除了上述提及的安全性能外，钢管管线设计还应考虑经济成本。管道直径、管线单位输送量、压力梯度的平方根呈现为正比，因而现代管道发展应从增加管径、提升输送压力方面着手。相关资料显示，管道干线管径最佳径是1422mm。而钢材选用中应注重强度等级，钢管设计要厚，钢级要高。输气管线在选择X90、X100中应注重焊接问题。不同强度管线钢具有较为复杂组织结构。X60及以上钢级（X65或X70）多选用针状铁素体，以5～10μ尺寸晶粒为宜；X80或X120多选用贝氏体低碳结构，以1～5μ晶粒尺寸为宜。X60及以下钢级多选用少珠光体、铁素体组织，以15～20μ尺寸晶粒为宜。钢管强度升高，可焊性就逐渐下降。因而，在设计中应选用超低碳或低碳合金，以更好地解决可焊性。因而，综合来看，城市天然气输送用钢管钢级以X65、X60、X56、X52为宜，管支干线则可考虑X70，其可焊性高，可便于施工，且已成熟运用。

2.2 城市天然气输送用钢管管线安全性能考虑

①天然气输送用钢管管线包括天然气管线、集输以及长输，设计过程中应注重管线的常规特性及规则。②天然气输气管线可靠性与安全性更高，因而在设计中可选用天然气输气管线。③钢管采购中应注重管道本身的安全性及整体质量。为提升输送流量，减少压力损耗，可选择输送压力较高的管线。然而因为管距较长，钢管投入成本高，应减少钢管成本，并最大限度投入螺旋管。长输管线中投入直缝管多在Ⅲ、Ⅳ区，Ⅰ、Ⅱ区则根据实际情况决定是否投入直缝管。我国“西气东输”工程中，Ⅱ区就广泛投入直缝管。④而随着城市化进程加快，天然气输气管线多集中在Ⅳ区。天然气输送安全与否直接影响到人们生活及生产正常与否，重视安全管理关系经济发展、生命安全。现如今，城市天然气输送用钢管多安装在马路两旁，马路容易受汽车长时间震动与碾压，路面就可不同程度出现沉降，如此便提升钢管需具较好的纵向韧性与塑性。此外，城市管道分布环境及区域比较复杂，应注重定期进行检修，以排除渗漏情况，减少爆炸风险。

3 结语

重视天然气输送用钢管选型及管道设计至关重要，为此，实践作业中应充分考虑钢管制管工艺、选型要求，规范设计，保障天然气的正常且安全输送。

[1]杨中娜，张传旭，李瑞川，等.某陆地天然气输送管线泄漏原因分析[J].化工管理，2016（07）：145.

[2]王亦雄.中国石油石化天然气管道用钢管技术条件的对比分析[J].石油天然气学报，2013，35（08）：159.