输气管道工程中钢管的选用

输气管道工程中钢管的选用

1 引言

输气管道一般为高压输送天然气，一旦发生问题，后果不堪设想。因此,在工程设计中，如何正确地选用钢管，是关系到整个输气工程安全和投资的重要环节。本文从设计和应用角度阐述了输气管道工程中各类钢管的性能特点和选用原则。

2 输气管道工程中所用钢管的类型及特点

输气管道用管一般分为无缝钢管和焊接钢管。焊接钢管按焊缝类型分为直缝焊接钢管螺旋缝焊接钢管；直缝焊接钢管按焊接工艺又分为直缝高频电阻焊钢管(简称ERW)和直缝埋弧焊钢管（简称LSAW）。

1）无缝钢管是采用钢锭或实心管坯经穿孔，然后经热轧、冷轧或冷拔制成的表面没有接缝的钢管。冷拔（轧）管的最大公称直径为200mm，热轧管最大公称直径为600 mm。无缝管用途广泛，可制成厚壁管，其品质均匀度高，理化性能、力学性能较均匀，承压能力好；缺点是因生产工艺及装备原因，制造大口径无缝管制造困难，壁厚的负偏差大，同口径单位长度的无缝管的重量大于焊接管，造价高于焊接管。

2）直缝高频电阻焊钢管采用镇静钢热轧（控轧）钢板（带）以轧辊连续滚轧成型，焊接热量由电阻或电感应产生，加热后通过机械力压合而成；焊缝一般较窄，余高小。生产线可连续化生产，自动化程度高，直缝电阻焊钢管焊缝平滑，外形尺寸精度高、防腐层质量容易保证等优点。缺点是无熔敷填充金属，焊缝强度不如埋弧焊，焊缝处易产生焊缝裂纹、过烧、冷焊及灰斑，焊缝处韧性差，制管质量不稳定。直缝高频电阻焊钢管受钢卷厚度的限制，一般可生产的最大厚度为25mm，可生产的最大口径为660mm。

3）直缝埋弧焊钢管采用镇静钢热轧（控轧）钢板（带）、以UOE、JCOE 或HME 方法成型，自动埋弧焊焊接，焊缝有熔敷填充金属，焊缝强度一般不低于母材。其特点是焊缝长度短、缺陷少、焊缝质量好、残余应力小，经过冷扩径，外形尺寸规整，端口尺寸精度高，易于对口焊接；缺点是制管费用较高。直缝埋弧焊钢管可生产的最大厚度为40mm，可生产最大口径只受钢板宽度的限制，目前可生产最大口径为1422mm。

4）螺旋缝埋弧焊钢管采用镇静钢热轧（控轧）钢板（带）卷制、自动埋弧焊焊接成型，焊缝有熔敷填充金属，焊缝强度一般不低于母材；具有壁厚均匀、规格多、焊缝受力小、止裂能力强、刚度大及价格相对便宜等优点。缺点是焊缝较长、出现缺陷的概率要高于直缝管、焊后不扩径、管材内部存在残余应力。

3 输气管道钢管类型的选用

3. 1 无缝钢管

在输气管道工程设计中，无缝钢管主要适用于管径为200mm 以下的管道，此类钢管主要用于线路部分口径较小的管道和输气场站内工艺管道。国内生产的天然气输送用无缝钢管管径，可以满足供货需求。

3. 2 直缝电阻焊钢管

直缝电阻焊钢管主要用于输气管道工程中线路部分管径为150～400mm 的管道，穿、跨越地段使用此类钢管时可增加壁厚。国产电阻焊钢管可以满足供货需求。

3. 3 直缝埋弧焊钢管

在输气管道工程设计中，直缝埋弧焊钢管多用于管径为500mm 及以上的管道，此类钢管主要用于输气管道工程中，线路通过的三、四级地区或者线路的穿、跨越地段。国内生产的直缝埋弧焊钢管管径一般为500～1200mm,可以满足供货需求。

3. 4 螺旋缝埋弧焊钢管

在输气管道工程设计中螺旋缝埋弧焊适用于管径大于350mm 以上的管道，此类钢管主要用于输气管道工程中线路通过的一、二级地区的一般地段。国内生产的螺旋缝埋弧焊钢管口径一般为300～1000mm，可以满足供货需求。

4 输气管道钢管制造标准的选用

       根据《输气管道工程设计规范》(GB 50251-2015)规定，输气管道选用的钢管应符合现行国家标准《石油天然气工业管线输送系统用钢管》（GB/T 9711-2011） 中的PSL2 级、《高压锅炉用无缝钢管》（GB 5310-2008）、《高压化肥设备用无缝钢管》（GB 6479-2013）及《输送流体用无缝钢管》（GB/T 8163-2008）的有关规定。

输气管道工程中线路部分的管道按压力管道分类属于GA 类，不适用于《压力管道安全技术监察规程-工业管道》（TSG D0001-2016）监察范围，但输气场站内的管道按压力管道分类属于GC 类管道，钢管选择时需符合TSG D0001-2016的规定，如GC1 类管道不允许使用GB/T 8163-2008 标准的钢管。

输气管道工程中线路部分的钢管一般选用标准为GB/T9711-2011 中PSL2 系列的焊接钢管；输气场站部分钢管管径＞250mm 时，可选用GB/T 9711-2011 中PSL2 系列的焊接钢管，管径≤DN200mm 时可选用无缝钢管，无缝钢管标准应符合GB/T 9711-2011 中的PSL2 级、GB 5310-2008、GB6479-2013 及GB/T 8163-2008（GC1 类除外）的有关规定。

5 输气管道钢管钢级的选用

输气管道选用钢管级别时, 一般先初选2 个以上不同钢级,通过钢管壁厚计算公式计算出壁厚, 然后再考虑管材腐蚀裕量和尺寸公差等后确定实际壁厚, 最终计算出不同钢级的总用量和总费用。通过经济和技术比较, 确定最终的钢管级别。钢级选用时需注意以下几个问题。

（1）钢管可焊性。随着钢级的提高, 钢管强度升高、韧性降低, 可焊性变差。（2）焊接工艺。对于不同的钢级要选用不同的焊接材料进行匹配, 而焊接材料的选用跟焊接方法有直接关系。目前输气管道焊接方式一般采用自动焊、半自动焊和手工焊。（3）壁厚圆整。在钢管壁厚计算时, 对于一些大口径、高压力管道, 计算出的壁厚与标准中圆整后的壁厚往往相差较大。因此，在壁厚圆整时, 要视具体情况决定。（4）最小壁厚。对于小口径管道, 在设计压力不是太高的情况下, 通过公式计算出的壁厚一般都很小，但确定最小壁厚时,应根据钢管是否满足在吊装、运输和埋地情况下的刚度要求和稳定性有无问题而确定。

6 输气管道用管的选用原则

通过以上分析在进行输气管道管材选用时应注意以下几个原则：（1）所选管材的制管工艺能满足安全的要求；（2）所选管材能满足工况下管道的强度、韧性和焊接的要求；（3) 管材选择时要综合考虑经济和技术因素；（4）管材选择时要考虑所用钢管来源广泛，便于采购；（5）管材选择时要做好管道的强度计算、直管段的壁厚计算、轴向应力校核、径向稳定性校核、抗震校核计算等工作。

7 结语

输气管道工程设计时，首先要选用好钢管类型，再确定好钢级，综合考虑管径、设计压力、工况条件和管材价格等因素，让整个工程做到安全、经济、合理。