油气管道是由大量的钢管焊接而成,随着管道向高压力、大口径方向的发展,对管材性能的要求越来越高。
油气钢管的主要管型有四种:直缝埋弧焊管(LSAW)、螺旋埋弧焊管(SSAW)、高频直缝焊管(ERW)以及无缝钢管(SMLS)。
(1)直缝埋弧焊管(LSAW)
直缝埋弧焊在我国是较晚发展起来的先进制管技术,过去主要采用UOE(将带钢直接弯制成为U形,再成O形)技术制造。近年来渐进式JCOE(典型的半圆成型,先把带钢成型为J形,之后整成C形,再整成圆O形)在我国和全世界逐渐成为另一种新的主流技术。直缝埋弧焊管具有下列优点:
①成型工艺比较容易,有预焊及精悍,焊接质量比较容易保证;
②有全管扩径工艺,比较容易消除应力,残余应力较小;
③几何精度和力学性能较好,质量稳定,可靠性高;
④应用广泛,可以用于陆上二、三、四类地区、穿越段及海底管线;
⑤可以达到高钢级≥X120,大壁厚≥40mm。直缝埋弧焊管的局限性在于:
①直径一般在≤Φ1422mm,受到板宽的限制;
②UOE成型方式投资昂贵,JCOE成型方式适用于中型企业。
③直径<Φ406mm时,制作上不够经济。
(2)螺旋埋弧焊管(SSAW)
螺旋焊管首先应用于我国石油天然气管线,这是因为我国在上个世纪50-70年代尚缺乏热轧宽带钢,因此螺旋焊管就发挥了它可以应用窄带钢的优势。现在采用低残余应力成型和管端机械扩径等先进技术,经过严格质量控制的螺旋焊管在质量上可与直缝焊管相媲美,是我国油气长输管道工程采用的主要管型。其优点主要是:
①钢管直径与带钢宽度不再受“π”的比例的约束;
②螺旋线在理论上可以在输气时对止裂性能有帮助;
③直径最大可以达到2500mm以上,适用于输水管线;
④成型设备比较简单,基建投资较少。螺旋焊管应用受到局限性在于:
①存在较复杂的残余能力,以及分布和量值大小变化较大;
②从基于应变的设计理念来看,螺旋焊管抗大变型能力要弱一些;
③受到壁厚的限制,一般壁厚S≤25mm;
④受到钢级的限制,一般高强度钢级X90~X120的开发仅限于直缝埋弧焊管。因此,对螺旋焊管的使用,应当扬长避短,输送天然气时它适用于一类地区和二类地区。
(3)直缝电阻焊管(ERW)
高频直缝焊管在我国起步较早,但应用于石油、天然气输送,是在上个世纪80年代后期才开始,其典型生产工艺流程应为:板带原料→原料预处理→冷弯成型→焊接→焊缝热处理→焊缝(管体)探伤→精整→成品焊管。优点是:
①使用热轧带钢作原料,尺寸、精度高,内外壁光滑适用于中小直径的支线和城市天然气管线,管径Φ168~Φ660mm,壁厚8~25mm范围,钢级在X56~X80之间;
②适用于连续生产,焊速较高,Vmax≥20m/分;
③用途广泛,还可用于制造石油油井管,也适用于海底输送管线,甚至高寒地带输送管线。局限性在于:
①不能作主干线的天然气管线;
②管径≤Φ219时,容易受到塑料管的竞争;
③制作工艺上,焊接时不用焊条,焊缝的力学性能可以达到但不容易超过母材。
(4)无缝钢管(SMLS)
无缝钢管主要用于穿越段地形,不再详述。(石油知识编辑部)