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唐山LNG直缝埋弧焊管中标

发布时间:2024-04-20 08:06:53

1. 管线钢的板材生产

管线管使用的板材60~70年代主要采用鞍钢等厂家生产的A3、16Mn,随着管道管径增大和输送压力的进步,钢板强度不能满足需求。80年代以后各石油焊管厂开始使用按美国API标准生产的管线钢板,由于当时国内管线板生产厂技术不成熟,主要采用进口板。进进90年代以后,国内管线板生产发展很快,宝钢、武钢、鞍钢、本钢、攀钢等企业相继开发生产了高钢级的X系列管线钢。
在国内管线钢的生产工艺主要有:常规半连续热连轧、CSP连铸连轧、中厚板机组、炉卷机组。
1)半连续轧机:包括1机架炉卷轧机及5机架精轧机。在半连续轧机上,钢带在精轧道次所经历的热轧从钢带的一端到另一端实质上是恒定的。在精轧机上道次间的时间通常少于3s。
2)CSP连铸连轧:在CSP生产线上对含有铌、钒、钛复合微合金化的低碳锰钢,采用合适的控轧控冷和卷取工艺,可以保证钢的力学性能和显微组织符合现代X60管线钢的技术要求,符合现代管线钢发展趋势。我国CSP连铸连轧生产线已开发到了X60管线钢,而美国及国外其它CSP生产厂已经开发和生产了高牌号管线钢X60、X65乃至X70。其工艺特点是连铸薄板坯存在中心偏析,消除连铸薄板坯中心偏析是进一步进步管线钢质量的关键技术题目。
3)中厚板机组:
主要生产宽厚板,用于直缝埋弧焊管的生产,直缝埋弧焊管质量可靠,广泛应用于油气高压输送主干线上。
4)炉卷轧机
炉卷轧机包括一架往复式粗轧机及一架4辊往复精轧机。在精轧机两边的输送线上安装了两台热卷轧机。输出辊道通常包括一套层流冷却系统和一个卷取站。在炉卷轧机上,钢带整个长度上的热机械历史明显变化,尤其是在微合金化钢生产中,将强烈影响精轧机上产生的再结晶程度、晶粒长大及析出,并且导致整个带钢长度上终极显微组织和性能的剧烈变化。其工艺特点是投资本钱相对低。
国外在炉卷生产线上已生产出X70、X80级管线钢,主要生产厂家为IPSCO,该厂具有超过35年操纵炉卷轧机的经验,近年来已对550MPa级Ⅱ类的1219mm直径及12.0mm壁厚管线钢进行了产业生产。 随着国内冶金技术装备水平的进步,我国能生产管线钢板卷的企业逐渐增多,但是能够生产X70及以上级别的钢厂仅有宝钢、武钢、鞍钢、舞钢、南钢、太钢等。另外,宝钢与武钢、南钢、鞍钢和舞阳钢铁公司也已试制了X80热轧钢板,并在巨龙钢管公司试制了直缝埋弧焊管(JCOE)。近两年来,南钢加大了对管线钢的研究开发,X100级别的钢板正在研制中,鞍钢X100级别的钢板已通过有关单位的验收。
1)近几年我国国内管线钢生产产量情况,见表1。
国内管线钢的生产主要是靠热轧机组生产,炉卷机组的生产在增加,中板机组生产较少。
2)国内主要管线钢生产企业基本情况
宝钢:宝钢管线钢开发生产发展很快,无论是数目还是品种质量,在国内市场都占尽对上风。1997年宝钢生产管线钢22万t,占国内消费的88%;1998年产量为26.5万t,国内市场占有率为83%;1999宝钢生产管线钢18万t,国内市场占有率为65%。2000年宝钢管线钢产销大幅增长,全年销售量达到了35.5万t。宝钢经过十多年管线钢的开发和生产,已较好地把握了高强度高韧性管线钢板卷的微合金化成分设计、冶金工艺控制、生产质量保证等关键技术。通过不断的优化、调整,已逐渐形成宝钢X52、X65、X70系列管线钢的成分、工艺体系和生产质量控制技术,实现了产品的更新换代。产品满足了国内外市场需求,质量稳定,先后在我国西气东输工程、印度输油管线、土耳其输气管线等一系列国内外重大长输管线工程中得到成功的应用。2001年8月~2002年5月,宝钢已为西气东输管线工程提供了15万t14.6mm厚的针状铁素体X70管线钢板卷,用其制造的Ф1016mm×14.6mm焊管已应用于西气东输管线工程。宝钢2005年8月开始为国内自行设计、制造、施工的广东番禺~惠州自然气开发项目展设的26.2km海底管线提供了7万t的管线钢。这是宝钢参与海底管线建设的第一个项目。广东番禺~惠州自然气开发项目为国家重点工程,是国内海底水域最深、间隔最长的输气管线,该项目设计自然气年产量约16亿立方米,海底管线总长度约364km。
宝钢5000mm宽厚板项目从冶炼、精炼、连铸到轧机的设备装备达到世界先进水平,已于2005年建成,其中管线钢产品的钢级为X80(预留X100),最大厚度为40mm,最大宽度为4500mm。
武钢:是国内第二大管线钢生产企业。近几年,武钢将管线钢作为企业的重点发展品种,其在国内的市场份额进步很快。1997年武钢管线钢的产量仅为2800t,市场占有率只有1%,但1999年武钢生产的管线钢就上升到了6.3万t,仅在西部市场上就取得了11条管线工程的供货权,在国内市场占有率进步到了23%左右。武钢在管线钢品种质量上也取得了很大的进展。武钢生产的高韧性管线钢已达到德国、日本主要钢厂的同类钢材的实物水平。2000年武钢管线钢开发生产量达16万多吨。在涩宁兰管线、北京~永清管线、伊朗管线、伊拉克管线及大庆石油油井套管等多项大工程中中标。同时,厚板X65H和高性能管线钢X70的试制也取得成功,用户试用后表明,其性能指标完全满足了涩宁兰管线、大庆油井注水管线工程技术要求。2004年武钢管线钢的研制开发取得重大突破,顺利实现了17.5mm厚X70高性能管线钢大批量稳定供货。连续承接了苏丹管线、中哈管线、陕京管线、沿江管线、双兰管线、冀宁管线等10余条管线的供货权,全年合同量达70余万t,居国内首位。随后又积极开展15.3mm和17.5mm高强度、高韧性的X80热轧厚板卷的研试工作,并顺利通过中国石油自然气团体公司鉴定。鉴定委员会专家以为,武钢开发的X80管线钢15.3mm厚热轧卷板可完全满足X80螺旋焊管制管的要求,已具有批量生产稳定性,能按要求实现批量生产与供货。
鞍钢:2002年11月,ASP线已为长———呼输气管道工程提供了4000多吨X52级管线钢,已开发生产出X70、X80高等级管线钢板、卷,并可产业化生产。7月7日,在我国新建“川气出川”大型自然气管道试验段展设工程中,鞍钢独揽3.2万t极限规格X70螺旋焊接用管线钢卷板供货权。同时,鞍钢还承揽下1.95万tX70直缝焊接管线钢的生产合同。“川气出川”自然气管道工程是我国“十一五”重要输气工程,工程展设管道全长1937km。在国内能够生产30.4mm厚X70宽厚板并供货的厂家只有鞍钢一家。今年7月13日,鞍钢生产的X100管线钢宽厚板及用它卷制的直缝焊钢管顺利通过了国内权威科研机构———中石油管材研究所试验评价。
X100管线钢研制开发成功,使鞍钢管线钢钢级形成了X60、X65、X70、X80和X100的系列化,为角逐国内外高端管线钢市场增添了一件“利器”。
本钢:在国家组织实施的“振兴东北老产业基地高技术产业项目”中,本钢同中科院金属所共同申报的“高性能管线钢生产产业化”通过了专家组的评审,该项目获得国家1000万元资金的支持。“高性能管线钢生产产业化”项目的实施将使本钢成为国内继宝钢、武钢、鞍钢之后能生产高附加值、高级别X70管线钢的钢铁企业。本钢石油管线钢的开发研制始于80年代末,是国内较早开发石油管线用钢的钢铁企业。
历时十几年的发展,本钢先后研制开发了符合石油、自然气输送管线用的A、B、X42、X46、X52、X56、X60、X65、X70管线钢,形成了石油、自然气输送管线用钢的系列化。特别是本钢通过2002年对炼钢、热轧进行现代化改造后,加快了高性能管线钢的研制开发力度,先后研制开发了能够满足用户要求的高性能石油管线用钢X52~X70、石油套管用钢J55,参与了国家“973”项目“新一代钢铁材料的重大基础研究”中的子课题“高强度管线钢的产业基础研究”工作。到为止,石油管线钢X52~X70先后通过中石油管材所、管道局的板卷及钢管的性能评定,实物质量满足国家西气东输对管线钢特殊质量的技术要求。其产品已应用于多条输气、输油、成品油管线工程。近两年,本钢已累计生产石油管线钢9万多吨,产品经华油钢管有限公司、宝鸡石油钢管厂等多家管厂的生产使用,产品质量完全符适用户的特殊标准的技术要求,X80管线钢也将于2006年下半年通过鉴定验收。
邯钢:2000年就在CSP机组上开发出了厚度为7.9mm的X52、X60管线钢,并投进了批量生产。
马钢:于2006年1月到2007年12月,将在CSP生产线开发并贸易化生产铌微合金化X52~X56管线钢(由于受到取样剪的剪切能力限制,马钢CSP管线钢生产最大厚度只能生产到X56级的商用厚度);马钢新区传统热轧生产线研发铌微合金化X70~X80管线钢。
南钢:于2005年10日28日,在中厚板卷厂成功轧制出厚度8.7mmX60管线钢、9.5mm钢卷,X70管线钢也已经开始产业化生产,X80已经开发出来,但生产量不是太多,最大厚度为40mm,最大宽度为3300mm。X100已经列进科研课题,正预备开发。
济钢:中板厂和中厚板厂于2006年5月份生产了近500tX52级管线钢板,经检验,钢板的表面质量、外形尺寸、内部质量、组织性能全部满足了用户需求,为下一步开发更高级别的管线钢奠定了坚实的基础。
安钢:在2006年1月到2007年12月,和钢铁研究总院合作,在其炉卷轧机上开发生产 L245NB/L245MB,X42 L290NB/L290MB,X46 ,X52 L360NB/L360MB,X56 ,X60 L415NB/L415MB,X65 L450MB ,X70 L485MB,X80 L556MB级管线钢中板、卷板,以大量上市。
太钢:太钢已具备生产X56、X60、X65高等级管线钢的生产工艺条件,并于2001年9月29日生产的第一批L360管线钢发到宝鸡。经沧淄输气项目部监理及宝鸡钢管厂首检,母材及管材的机械性能等各项指标全部合格。在“沧州一淄博”输气管道工程中,太钢中标L360管线钢7300余吨,由宝鸡钢管厂制管。
攀钢:已能批量生产从B级到X65级6个大品种的管线钢。

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3. 管道的管道前景

当流体的流量已知时,管径的大小取决于允许的流速或允许的摩擦阻力(压力降)。流速大时管径小,但压力降值增大。因此,流速大时可以节省管道基建投资,但泵和压缩机等动力设备的运行能耗费用增大。此外,如果流速过大,还有可能带来一些其他不利的因素。因此管径应根据建设投资、运行费用和其他技术因素综合考虑决定。
管子、管子联接件、阀门和设备上的进出接管间的联接方法,由流体的性质、压力和温度以及管子的材质、尺寸和安装场所等因素决定,主要有螺纹联接、法兰联接、承插联接和焊接等四种方法。
螺纹联接主要适用于小直径管道。联接时,一般要在螺纹联接部分缠上氟塑料密封带,或涂上厚漆、绕上麻丝等密封材料,以防止泄漏。在1.6兆帕以上压力时,一般在管子端面加垫片密封。这种联接方法简单,可以拆卸重装,但须在管道的适当地方安装活接头,以便于拆装。
法兰联接适用的管道直径范围较大。联接时根据流体的性质、压力和温度选用不同的法兰和密封垫片,利用螺栓夹紧垫片保持密封,在需要经常拆装的管段处和管道与设备相联接的地方,大都采用法兰联接。
承插联接主要用于铸铁管、混凝土管、陶土管及其联接件之间的联接,只适用于在低压常温条件下工作的给水、排水和煤气管道。联接时,一般在承插口的槽内先填入麻丝、棉线或石棉绳,然后再用石棉水泥或铅等材料填实,还可在承插口内填入橡胶密封环,使其具有较好的柔性,容许管子有少量的移动。
焊接联接的强度和密封性最好,适用于各种管道,省工省料,但拆卸时必须切断管子和管子联接件。
城市里的给水、排水、供热、供煤气的管道干线和长距离的输油、气管道大多敷设在地下,而工厂里的工艺管道为便于操作和维修,多敷设在地上。管道的通行、支承、坡度与排液排气、补偿、保温与加热、防腐与清洗、识别与涂漆和安全等,无论对于地上敷设还是地下敷设都是重要的问题。
地面上的管道应尽量避免与道路、铁路和航道交叉。在不能避免交叉时,交叉处跨越的高度也应能使行人和车船安全通过。地下的管道一般沿道路敷设,各种管道之间保持适当的距离,以便安装和维修;供热管道的表面有保温层,敷设在地沟或保护管内,应避免被土压坏和使管子能膨胀移动。
管道可能承受许多种外力的作用,包括本身的重量、流体作用在管端的推力、风雪载荷、土壤压力、热胀冷缩引起的热应力、振动载荷和地震灾害等。为了保证管道的强度和刚度,必须设置各种支(吊)架,如活动支架、固定支架、导向支架和弹簧支架等。支架的设置根据管道的直径、材质、管子壁厚和载荷等条件决定。固定支架用来分段控制管道的热伸长,使膨胀节均匀工作;导向支架使管子仅作轴向移动,
为了排除凝结水,蒸汽和其他含水的气体管道应有一定的坡度,一般不小于千分之二。对于利用重力流动的地下排水管道,坡度不小于千分之五。蒸汽或其他含水的气体管道在最低点设置排水管或疏水阀,某些气体管道还设有气水分离器,以便及时排去水液,防止管内产生水击和阻碍气体流动。给水或其他液体管道在最高点设有排气装置,排除积存在管道内的空气或其他气体,以防止气阻造成运行失常。
管道如不能自由地伸缩,就会产生巨大的附加应力。因此,在温度变化较大的管道和需要有自由位移的常温管道上,需要设置膨胀节,使管道的伸缩得到补偿而消除附加应力的影响。
对于蒸汽管道、高温管道、低温管道以及有防烫、防冻要求的管道,需要用保温材料包覆在管道外面,防止管内热(冷)量的损失或产生冻结。对于某些高凝固点的液体管道,为防止液体太粘或凝固而影响输送,还需要加热和保温。常用的保温材料有水泥珍珠岩、玻璃棉、岩棉和石棉硅藻土等。
为防止土壤的侵蚀,地下金属管道表面应涂防锈漆或焦油、沥青等防腐涂料,或用浸渍沥青的玻璃布和麻布等包覆。埋在腐蚀性较强的低电阻土壤中的管道须设置阴极保护装置,防止腐蚀。地面上的钢铁管道为防止大气腐蚀,多在表面上涂覆以各种防锈漆。
各种管道在使用前都应清洗干净,某些管道还应定期清洗内部。为了清洗方便,在管道上设置有过滤器或吹洗清扫孔。在长距离输送石油和天然气的管道上,须用清扫器定期清除管内积存的污物,为此要设置专用的发送和接收清扫器的装置。
当管道种类较多时,为了便于操作和维修,在管道表面上涂以规定颜色的油漆,以资识别。例如,蒸汽管道用红色,压缩空气管道用浅蓝色等。
为了保证管道安全运行和发生事故时及时制止事故扩大,除在管道上装设检测控制仪表和安全阀外,对某些重要管道还采取特殊安全措施,如在煤气管道和长距离输送石油和天然气的管道上装设事故泄压阀或紧急截断阀。它们在发生灾害性事故时能自动及时地停止输送,以减少灾害损失。 1.压力管道金属材料的特点
压力管道涉及各行各业,对它的基本要求是“安全与使用”,安全为了使用,使用必须安全,使用还涉及经济问题,即投资省、使用年限长,这当然与很多因素有关。而材料是工程的基础,首先要认识压力管道金属材料的特殊要求。压力管道除承受载荷外,由于处在不同的环境、温度和介质下工作,还承受着特殊的考验。
(1)金属材料在高温下性能的变化
① 蠕变:钢材在高温下受外力作用时,随着时间的延长,缓慢而连续产生塑性变形的现象,称为蠕变。钢材蠕变特征与温度和应力有很大关系。温度升高或应力增大,蠕变速度加快。例如,碳素钢工作温度超过300~350℃,合金钢工作温度超过300~400℃就会有蠕变。产生蠕变所需的应力低于试验温度钢材的屈服强度。因此,对于高温下长期工作的锅炉、蒸汽管道、压力容器所用钢材应具有良好的抗蠕变性能,以防止因蠕变而产生大量变形导致结构破裂及造成爆炸等恶性事故。
② 球化和石墨化:在高温作用下,碳钢中的渗碳体由于获得能量将发生迁移和聚集,形成晶粒粗大的渗碳体并夹杂于铁素体中,其渗碳体会从片状逐渐转变成球状,称为球化。由于石墨强度极低,并以片状出现,使材料强度大大降低,脆性增加,称为材料的石墨化。碳钢长期工作在425℃以上环境时,就会发生石墨化,在大于475℃更明显。SH3059规定碳钢最高使用温度为425℃,GB150则规定碳钢最高使用温度为450℃。
③ 热疲劳性能 钢材如果长期冷热交替工作,那么材料内部在温差变化引起的热应力作用下,会产生微小裂纹而不断扩展,最后导致破裂。因此,在温度起伏变化工作条件下的结构、管道应考虑钢材的热疲劳性能。
④ 材料的高温氧化 金属材料在高温氧化性介质环境中(如烟道)会被氧化而产生氧化皮,容易脆落。碳钢处于570℃的高温气体中易产生氧化皮而使金属减薄。故燃气、烟道等钢管应限制在560℃下工作。
(2)金属材料在低温下的性能变化
当环境温度低于该材料的临界温度时,材料冲击韧性会急剧降低,这一临界温度称为材料的脆性转变温度。常用低温冲击韧性(冲击功)来衡量材料的低温韧性,在低温下工作的管道,必须注意其低温冲击韧性。
(3)管道在腐蚀环境下的性能变化
石油化工、船舶、海上石油平台等管道介质,很多有腐蚀性,事实证明,金属腐蚀的危害性十分普遍,而且也十分严重,腐蚀会造成直接或间接损失。例如,金属的应力腐蚀、疲劳腐蚀和晶间腐蚀往往会造成灾难性重大事故,金属腐蚀会造成大量的金属消耗,浪费大量资源。引起腐蚀的介质主要有以下几种。
① 氯化物 氯化物对碳素钢的腐蚀基本上是均匀腐蚀,并伴随氢脆发生,对不锈钢的腐蚀是点腐蚀或晶间腐蚀。防止措施可选择适宜的材料,如采用碳钢-不锈钢复合管材。
② 硫化物原油中硫化物多达250多种,对金属产生腐蚀的有硫化氢(H2S)、硫醇(R-SH)、硫醚(R-S-R)等。我国液化石油气中H2S含量高,造成容器出现裂缝,有的投产87天即发生贯穿裂纹,事后经磁粉探伤,内表面环缝共有417条裂纹,球体外表面无裂纹,所以H2S含量高引起应力腐蚀应值得重视。日本焊接学会和高压气体安全协会规定:液化石油中H2S含量应控制在100×10-6以下,而我国液化石油气中H2S含量平均为2392×10-6,高出日本20多倍。
③ 环烷酸 环烷酸是原油中带来的有机物,当温度超过220℃时,开始发生腐蚀,270~280℃时腐蚀达到最大;当温度超过400℃,原油中的环烷酸已汽化完毕。316L(00Cr17Ni14Mo2)不锈钢材料是抗环烷酸腐蚀的有效材料,常用于高温环烷酸腐蚀环境。
2. 压力管道金属材料的选用
① 满足操作条件的要求。首先应根据使用条件判断该管道是否承受压力,属于哪一类压力管道。不同类别的压力管道因其重要性各异,发生事故带来的危害程度不同,对材料的要求也不同。同时应考虑管道的使用环境和输送的介质以及介质对管体的腐蚀程度。例如插入海底的钢管桩,管体在浪溅区腐蚀速度为海底土中的6倍;潮差区腐蚀速度为海底土中的4倍。在选材及防腐蚀措施上应特别关注。
② 可加工性要求。材料应具有良好的加工性和焊接性。
③ 耐用又经济的要求 压力管道,首先应安全耐用和经济。一台设备、一批管道工程,在投资选材前,必要时进行可行性研究,即经济技术分析,拟选用的材料可制定数个方案,进行经济技术分析,有些材料初始投资略高,但是使用可靠,平时维修费用省;有的材料初始投资似乎省,但在运行中可靠性差,平时维修费用高,全寿命周期费用高。 早在1926年,美国石油学会(API)发布API-5L标准,最初只包括A25、A、B三种钢级,以后又发布了数次,见表4。表4 API发布的管线钢级
注:1972年API发布U80、U100标准,以后改为X80、X100。
2000年以前,全世界使用X70,大约在40%,X65、X60均在30%,小口径成品油管线相当数量选用X52钢级,且多为电阻焊直管(ERW钢管)。
我国冶金行业在十余年来为发展管线钢付出了极大的辛劳,目前正在全力攻关X70宽板,上海宝山钢铁公司、武汉钢铁公司等X70、X80化学成分、力学性能分别列于表5~表9。表5 武钢X80卷板性能表6 X70级钢管的力学性能表7 X70级钢管弯曲性能检测结果表8 X70级钢管的夏比冲击韧性表9 高强度输送管的夏比冲击韧性
我国在输油管线上常用的管型有螺旋埋弧焊管(SSAW)、直缝埋弧焊管(LSAW)、电阻焊管(ERW)。直径小于152mm时则选用无缝钢管。
我国20世纪60年代末至70年代,螺旋焊管厂迅速发展,原油管线几乎全部采用螺旋焊钢管,“西气东输”管线的一类地区也选用螺旋焊钢管。螺旋焊钢管的缺点是内应力大、尺寸精度差,产生缺陷的概率高。据专家分析认为,应采用“两条腿走路”的方针,一是对现有螺旋焊管厂积极进行技术改造,还是大有前途的;二是大力发展我国直缝埋弧焊管制管业。
ERW钢管具有外表光洁、尺寸精度高、价格较低等特点,在国内外已广泛应用。 我国的油气资源大部分分布在东北和西北地区,而消费市场绝大部分在东南沿海和中南部的大中城市等人口密集地区,这种产销市场的严重分离使油气产品的输送成为油气资源开发和利用的最大障碍。管输是突破这一障碍的最佳手段,与铁路运输相比,管道运输是运量大、安全性更高、更经济的油气产品输送方式,其建设投资为铁路的一半,运输成本更只有三分之一。因此,我国政府已将“加强输油气管道建设,形成管道运输网”的发展战略列入了“十五”发展规划。根据有关方面的规划,未来10年内,我国将建成14条油气输送管道,形成“两纵、两横、四枢纽、五气库”,总长超过万公里的油气管输格局。这预示着我国即将迎来油气管道建设的高峰期。
我国正在建设和计划将要建设的重点天然气管道工程有:西气东输工程,全长4176公里,总投资1200亿元,2000年9月正式开工建设,2004年全线贯通;涩宁兰输气管道工程,全长950公里,已于2000年5月开工建设,已接近完工,天然气已送到西宁;忠县至武汉输气管道工程,全长760公里,前期准备工作已获得重大进展,在建的11条隧道已有4条贯通;石家庄至涿州输气管道工程,全长202公里,已于2000年5月开工建设,已完工;石家庄至邯郸输气管道工程,全长约160公里;陕西靖边至北京输气工程复线;陕西靖边至西安输气管道工程复线;陕甘宁至呼和浩特输气工程,全长497公里;海南岛天然气管道工程,全长约270公里;山东龙口至青岛输气管道工程,全长约250公里;中俄输气管道工程,中国境内全长2000公里;广东液化天然气工程,招商引资工作已完成,计划2005年建成。在建和将建的输油管道有:兰成渝成品油管道工程,全长1207公里,已于2000年5月开工建设;中俄输油管道工程,中国境内长约700公里;中哈输油管道工程,中国境内长800公里。此外,由广东茂名至贵阳至昆明长达2000公里的成品油管线和镇海至上海、南京的原油管线也即将开工建设。除主干线之外,大规模的城市输气管网建设也要同期配套进行。
面对如此巨大的市场,如此难得的发展机遇,对管道施工技术提出了新的挑战。在同样输量的情况下,建设一条高压大口径管道比平行建几条低压小口径管道更为经济。例如一条输送压力为7.5MPa,直径1 400mm的输气管道可代替3条压力5.5MPa,直径1 000mm的管道,但前者可节省投资35%,节省钢材19%,因此,扩大管道的直径已成为管道建设的科学技术进步的标志。在一定范围内提高输送压力可以增加经济效益。以直径1 020mm的输气管道为例,操作压力从5.5MPa提高到7.5MPa,输气能力提高41%,节约材料7%,投资降低23%。计算表明,如能把输气管的工作压力从7.5MPa,进一步提高到10~12MPa,输气能力将进一步增加33~60%。美国横贯阿拉斯加的输气管道压力高达11.8MPa,输油管道达到8.3MPa,是目前操作压力最高的管道。
管径的增加和输送压力的提高,均要求管材有较高的强度。在保证可焊性和冲击韧性的前提下,管材的强度有了很大提高。由于管道敷设完全依靠焊接工艺来完成,因此焊接质量在很大程度上决定了工程质量,焊接是管道施工的关键环节。而管材、焊材、焊接工艺以及焊接设备等是影响焊接质量的关键因素。
我国在70年代初开始建设大口径长输管道,著名的“八三”管道会战建设了大庆油田至铁岭、由铁岭至大连、由铁岭至秦皇岛的输油管道,解决了困扰大庆原油外输问题。
该管道设计管径φ720mm,钢材选用16MnR,埋弧螺旋焊管,壁厚6~11mm。焊接工艺方案为:手工电弧焊方法,向上焊操作工艺;焊材选用J506、J507焊条,焊前烘烤400℃、1小时,φ3.2打底、φ4填充、盖面;焊接电源采用旋转直流弧焊机;坡口为60°V型,根部单面焊双面成型。
东北“八三”会战所建设的管道已运行了30年,至今仍在服役,证明当年的工艺方案正确,并且施工质量良好。
80年代初开始推广手工向下焊工艺,同时研制开发了纤维素型和低氢型向下焊条。与传统的向上焊工艺比较,向下焊具有速度快、质量好,节省焊材等突出优点,因此在管道环缝焊接中得到了广泛的应用。
90年代初开始推广自保护药芯焊丝半自动手工焊,有效地克服了其他焊接工艺方法野外作业抗风能力差的缺点,同时也具有焊接效率高、质量好且稳定的特点,现成为管道环缝焊接的主要方式。
管道全位置自动焊的应用已探索多年,现已有了突破性进展,成功地用西气东输管道工程,其效率、质量更是其他焊接工艺所不能比的,这标志着我国油气管道焊接技术已达到了较高水平。 2.1 管线钢的发展历史
早期的管线钢一直采用C、Mn、Si型的普通碳素钢,在冶金上侧重于性能,对化学成分没有严格的规定。自60年代开始,随着输油、气管道输送压力和管径的增大,开始采用低合金高强钢(HSLA),主要以热轧及正火状态供货。这类钢的化学成分:C≤0.2%,合金元素≤3~5%。随着管线钢的进一步发展,到60年代末70年代初,美国石油组织在API 5LX和API 5LS标准中提出了微合金控轧钢X56、X60、X65三种钢。这种钢突破了传统钢的观念,碳含量为0.1-0.14%,在钢中加入≤0.2%的Nb、V、Ti等合金元素,并通过控轧工艺使钢的力学性能得到显著改善。到1973年和1985年,API标准又相继增加了X70和X80钢,而后又开发了X100管线钢,碳含量降到0.01-0.04%,碳当量相应地降到0.35以下,真正出现了现代意义上的多元微合金化控轧控冷钢。
我国管线钢的应用和起步较晚,过去已铺设的油、气管线大部分采用Q235和16Mn钢。“六五”期间,我国开始按照API标准研制X60、X65管线钢,并成功地与进口钢管一起用于管线敷设。90年代初宝钢、武钢又相继开发了高强高韧性的X70管线钢,并在涩宁兰管道工程上得到成功应用。
2.2 管线钢的主要力学性能
管线钢的主要力学性能为强度、韧性和环境介质下的力学性能。
钢的抗拉强度和屈服强度是由钢的化学成分和轧制工艺所决定的。输气管线选材时,应选用屈服强度较高的钢种,以减少钢的用量。但并非屈服强度越高越好。屈服强度太高会降低钢的韧性。选钢种时还应考虑钢的屈服强度与抗拉强度的比例关系—屈强比,用以保证制管成型质量和焊接性能。
钢在经反复拉伸压缩后,力学性能会发生变化,强度降低,严重的降低15%,即包申格效应。在定购制管用钢板时必须考虑这一因素。可采取在该级别钢的最小屈服强度的基础上提高40-50MPa。
钢材的断裂韧性与化学成分、合金元素、热处理工艺、材料厚度和方向性有关。应尽可能降低钢中C、S、P的含量,适当添加V、Nb、Ti、Ni等合金元素,采用控制轧制、控制冷却等工艺,使钢的纯度提高,材质均匀,晶粒细化,可提高钢韧性。采取方法多为降C增Mn。
管线钢在含硫化氢的油、气环境中,因腐蚀产生的氢侵入钢内而产生氢致裂纹开裂。因此输送酸性油、气管线钢应该具有低的含硫量,进行有效的非金属夹杂物形态控制和减少显微成份偏析。管线钢的硬度值对HIC也有重要的影响,为防止钢中氢致裂纹,一般认为应将硬度控制在HV265以下。
2.3 管线钢的焊接性
随着管线钢碳当量的降低,焊接氢致裂纹敏感性降低,为避免产生裂纹所需的工艺措施减少,焊接热影响区的性能损害程度降低。但由于焊接时管线钢经历着一系列复杂的非平衡的物理化学过程,因而可能在焊接区造成缺陷,或使接头性能下降,主要是焊接裂纹问题和焊接热影响区脆化问题。
管线钢由于碳含量低,淬硬倾向减小,冷裂纹倾向降低。但随着强度级别的提高,板厚的加大,仍然具有一定的冷裂纹倾向。在现场焊接时由于常采用纤维素焊条、自保护药芯焊丝等含氢量高的焊材,线能量小,冷却速度快,会增加冷裂纹的敏感性,需要采取必要的焊接措施,如焊前预热等。
焊接热影响区脆化往往是造成管线发生断裂,诱发灾难性事故的根源。出现局部脆化主要有两个区域,即热影响区粗晶区脆化,是由于过热区的晶粒过分长大以及形成的不良组织引起的,多层焊时粗晶区再临界脆化,即前焊道的粗晶区受后续焊道的两相区的再次加热引起的。这可以通过在钢中加入一定量的Ti、Nb微合金化元素和控制焊后冷却速度获得合适的t8/5来改善韧性。
2.4 西气东输管道工程用钢管
西气东输管道工程用钢管为X70等级管线钢,规格为Φ1 016mm×14.6~26.2mm,其中螺旋焊管约占80%,直缝埋弧焊管约占20%,管线钢用量约170万吨。
X70管线钢除了含Nb、V、Ti外,还加入了少量的Ni、Cr、Cu和Mo,使铁素体的形成推迟到更低的温度,有利于形成针状铁素体和下贝氏体。因此X70管线钢本质上是一种针状铁素体型的高强、高韧性管线钢。钢管的化学成分及力学性能见表1和表2。 现场焊接的特点
由于发现和开采的油气田地处边远地区,地理、气候、地质条件恶劣,社会依托条件较差,给施工带来很多困难,尤其低温带来的麻烦最大。
现场焊接时,采用对口器进行管口组对。为了提高效率,一般是在对好的管口下放置基础梁木或土堆,在对前一个对接口进行焊接的同时,开始下一个对接准备工作。这将产生较大的附加应力。同时由于钢管热胀冷缩的影响,在碰死口时最容易因附加应力而出问题。
现场焊接位置为管水平固定或倾斜固定对接,包括平焊、立焊、仰焊、横焊等焊接位置。所以对焊工的操作技术提出了更高、更严的要求。
当今管道工业要求管道有较高的输送压力和较大的管线直径并保证其安全运行。为适应管线钢的高强化、高韧化、管径的大型化和管壁的厚壁化出现了多种焊接方法、焊接材料和焊接工艺。
管道施工焊接方法
国外管道焊接施工经历了手工焊和自动焊的发展历程。手工焊主要为纤维素焊条下向焊和低氢焊条下向焊。在管道自动焊方面,有前苏联研制的管道闪光对焊机,其在前苏联时期累计焊接大口径管道数万公里。它的显著特点就是效率高,对环境的适应能力很强。美国CRC公司研制的CRC多头气体保护管道自动焊接系统,由管端坡口机、内对口器与内焊机组合系统、外焊机三大部分组成。到目前为止,已在世界范围内累计焊接管道长度超过34000km。法国、前苏联等其他国家也都研究应用了类似的管道内外自动焊技术,此种技术方向已成为当今世界大口径管道自动焊技术主流。
我国钢质管道环缝焊接技术经历了几次大的变革,70年代采用传统焊接方法,低氢型焊条手工电弧焊上向焊技术,80年代推广手工电弧焊下向焊技术,为纤维素焊条和低氢型焊条下向焊,90年代应用自保护药芯焊丝半自动焊技术,到今天开始全面推广全位置自动焊技术。
手工电弧焊包括纤维素焊条和低氢焊条的应用。手工电弧焊上向焊技术是我国以往管道施工中的主要焊接方法,其特点为管口组对间隙较大,焊接过程中采用息弧操作法完成,每层焊层厚度较大,焊接效率低。手工电弧焊下向焊是80年代从国外引进的焊接技术,其特点为管口组对间隙小,焊接过程中采用大电流、多层、快速焊的操作方法来完成,适合于流水作业,焊接效率较高。由于每层焊层厚度较薄,通过后面焊层对前面焊层的热处理作用可提高环焊接头的韧性。手工电弧焊方法灵活简便、适应性强,其下向焊和上向焊两种方法的有机结合及纤维素焊条良好的根焊适应性在很多场合下仍是自动焊方法所不能代替的。
自保护药芯焊丝半自动焊技术是20世纪90年代开始应用到管道施工中的,主要用来填充和盖面。其特点为熔敷效率高,全位置成形好,环境适应能力强,焊工易于掌握,是管道施工的一种重要焊接工艺方法。
随着管道建设用钢管强度等级的提高,管径和壁厚的增大,在管道施工中逐渐开始应用自动焊技术。管道自动焊技术由于焊接效率高,劳动强度小,焊接过程受人为因素影响小等优势,在大口径、厚壁管道建设的应用中具有很大潜力。但我国的管道自动焊接技术正处于起步阶段,根部自动焊问题尚未解决,管端坡口整形机等配套设施尚未成熟,这些都限制了自动焊技术的大规模应用。 长期管内的油泥、锈垢固化造成原管径变小;
长期的管内淤泥沉淀产生硫化氢气体造成环境污染并易引起燃爆;
废水中的酸、碱物质易对管道壁产生腐蚀; 管道内的异物不定期的清除造成管道堵塞; 1、化学清洗:化学清洗管道是采用化学药剂,对管道进行临时的改造,用临时管道和循环泵站从管道的两头进行循环化学清洗。该技术具有灵活性强,对管道形状无要求,速度快,清洗彻底等特点。
2、高压水清洗:采用50Mpa以上的高压水射流,对管道内表面污垢进行高压水射流剥离清洗。该技术主要用于短距离管道,并且管道直径必须大于50cm以上。该技术具有速度快,成本低等特点。
3、PIG清管:PIG工业清管技术是依靠泵推动流体产生的推动力驱动PIG(清管器)在管内向前推动,将堆积在管线内的污垢排出管外,从而达到清洗的目的。该技术被广泛用于各类工艺管道、油田输油输汽管道等清洗工程,特别是对于长距离输送流体的管道清洗,具有其他技术无法替代的优势。

4. 河北大口径厚壁直缝焊接钢管厂能做钢管规格是什么

河北大口径厚壁焊接钢管厂能做钢管及管件规格是:
1、X70钢级,Φ回1016×答14.7mm埋弧螺旋钢管;
2、X70钢级,Φ1016×17.5mm直缝埋弧焊钢管;
3、X 80钢级Φ1016×15.3mm螺旋焊管;
4、X 80钢级Φ1016×18.4mm 直缝焊管;
5、X100钢级,Φ813×14.3mm直缝钢管;
6、X120 钢级、Ф914×16mm直缝埋弧焊钢管;
7、X80钢级、Φ1219×25.7mm直缝埋弧焊钢管;
8、Φ1219㎜×32㎜厚壁感应加热弯管等等。

5. 宝鸡石油钢管有限责任公司是国企

宝鸡石油钢管有限责任公司(简称宝鸡钢管或BSG),隶属于中国石油天然气集团公司,前身是宝鸡石油钢管厂,创建于1958年,是我国“一五”期间156个重点建设项目之一,也是我国第一个大口径螺旋埋弧焊管生产厂家。建厂50多年来,尤其是2002年成功改制、2007年专业化重组以来,公司已发展成为集科研、制管、防腐、套管和辅料加工于一体的国家大型一类企业,也是我国规模最大、品种最全、实力最强、市场占有率最高、最具成长性的专业化焊管公司。

公司拥有宝鸡输送管公司、辽阳钢管厂、资阳钢管厂、宝鸡专用管公司、西安专用管公司、克拉玛依钢管公司六个全资直属企业,拥有宝鸡住金公司、上海宝世威公司、秦皇岛宝世顺公司三个控股企业。在建项目四个,分别是宝鸡专用管、西安专用管、辽阳钢管厂搬迁和新疆石油钢管项目。

待在建项目完成后,公司钢管综合产能将达190万吨,最大产能可达260万吨(其中螺旋缝埋弧焊管140万吨、JCOE直缝埋弧焊管36万吨、ERW直缝焊管25万吨、连续管1.5万吨、油井管60万吨),钢管防腐2050万平方米,弯管3000件、焊丝5000吨,焊剂4000吨,涂料6000吨,管端保护环45万件,螺纹保护器120万件。

公司技术实力雄厚,拥有国内科研能力最强的钢管研究院,是我国焊接钢管的生产工艺研究、试验检测和科技情报中心,也是国家和行业焊接钢管标准的起草单位,主办国内焊管行业唯一的技术期刊《焊管》杂志。2009年,公司成功试制CT80连续管,使我国成为世界上第二个掌握该项生产技术的国家,公司成为世界上第四家生产连续管的企业。目前,公司正在全面建设国家石油天然气管材工程技术研究中心。

公司积极推行国际化战略,建厂至今,已累计生产钢管1100万吨/30万公里,铺设管线200余条。在国内市场上,市场占有率始终保持第一;在国际市场上,产品已出口到巴基斯坦、印度、苏丹、沙特阿拉伯等20多个国家。2006年,公司成功中标印度“东气西送”管线60万吨,创造了国际上一次性中标钢管制造合同的最大纪录,同时也创造了中国石油装备制造企业产品出口的最高纪录。

公司以科学发展观统领发展全局,努力构建和谐企业,是首批“全国文明单位”、“全国绿化模范单位”和“全国五一劳动奖状”、“全国模范职工之家”、“全国五四红旗团委”荣誉单位。公司产品先后荣获“国家免检产品”、“中国名牌产品”、“全国用户满意产品”等荣誉称号。

如今,秉承“与管同行,以优制胜”的经营理念和“哪里有石油,哪里就有BSG”的企业目标,朝气蓬勃的宝鸡钢管积极迎接挑战,全面实施专业化、一体化、国际化发展战略,正朝着建设“国内第一,国际一流”的专业化钢管公司目标奋勇前进。

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