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1、管道概 述管 道 是 用 管 子 、 管 子 联 接 件 和 阀 门 等 联 接 成 的 用 于 输 送 气 体 、 液体 或 带 固 体 颗 粒 的 流 体 的 装 置 。通 常 ， 流 体 经 鼓 风 机 、 压 缩 机 、 泵 和 锅 炉 等 增 压 后 ， 从 管 道的 高 压 处 流 向 低 压 处 ， 也 可 利 用 流 体 自 身 的 压 力 或 重 力 输 送 。 管道 的 用 途 很 广 泛 ， 主 要 用 在 给 水 、 排 水 、 供 热 、 供 煤 气 、 长 距 离输 送 石 油 和 天 然 气 、 农 业 灌 溉 、 水 力 工 程 和 各 种 工 业 装 置 中

2、。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

3、 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

4、 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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、， 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

10、 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

11、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 ，

12、 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

13、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

14、灾 害 性 事 故 时 能 自动 及 时 地 停 止 输 送 ， 以 减 少 灾 害 损 失 。管 道 金 属 材 料一 、 管 道 金 属 材 料 的 选 用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

15、 。 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 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

16、 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 。 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

17、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 是 地 ， 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 。 热 疲 劳 性 能 钢 材 如 果

18、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 。 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

19、 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

20、 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 。 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

21、， 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 。 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

22、 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 10010-6 以 下 ， 而 我 国 液 化 石 油 气 中 H2S含 量 平 均 为 239210-6， 高 出 日 本 20 多 倍 。 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

23、 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） 金 属 材 料 选 用 原 则 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

24、 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 。 可 加 工 性 要 求 材 料 应 具 有 良 好 的 加 工 性 和 焊 接 性 。 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

25、 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 。（ 2） 常 用 材 料 的 应 用 限 制常 用 材 料 限 制 条 件 见 表 1， 常 用 材 料 使 用 温 度 范 围 见 表 2。（ 3） 管 道

26、常 用 金 属 材 料 名 称 及 规 格常 用 钢 管 名 称 、 标 准 、 牌 号 及 主 要 用 途 见 表 3。二 、 API 标 准 和 管 线 钢早 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、 X

27、60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

28、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 目 前 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

29、 。 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 在 螺 旋 焊 管 厂 积 极 进 行 技 术 改 造 ， 还 中 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 。三 、 钢 管1. 低 压 和 中 压 锅 炉 用 无 缝 钢 管 （ GB 3087

30、 1999） 低 压 和 中 压 锅 炉 用 无 缝 钢 管 牌 号 、 尺 寸 规 格 与 用 途 ， 见 表10。 钢 管 的 化 学 成 分 和 力 学 性 能 ， 见 表 11 和 表 12。3. 低 压 液 体 输 送 用 焊 接 钢 管 （ GB/T 3091 2001）（ 1） 牌 号 、 化 学 成 分 和 力 学 性 能牌 号 、 化 学 成 分 （ 熔 炼 分 析 ） 应 符 合 GB/T 700 中Q215A、 Q215B、 Q235A、 Q235B 和 GB/T 1591 中Q295A、 Q295B、 Q345A、 Q345B 的 规 定 ， 力 学 性 能 应 符 合

31、 表17 的 规 定 。（ 2） 制 造 方 法钢 管 用 电 阻 焊 或 埋 弧 焊 方 法 制 造 。（ 3） 工 艺 试 验 弯 曲 试 验 公 称 外 径 D 不 大 于 60.3mm 的 电 阻 焊 钢 管 应进 行 弯 曲 试 验 ， 镀 锌 管 弯 曲 半 径 为 8D， 非 镀 锌 管 弯 曲 半 径 为6D， 且 弯 曲 角 均 为 90。 压 扁 试 验 公 称 外 径 D 大 于 60.3mm 的 电 阻 焊 钢 管 应 进行 压 扁 试 验 。 液 压 试 验 液 压 试 验 压 力 值 见 表 18。（ 4） 焊 缝 余 高钢 管 壁 厚 不 大 于 12.5mm 时

32、 ， 焊 缝 余 高 不 大 于 3.0mm； 钢管 壁 厚 大 于 12.5mm 时 ， 焊 缝 余 高 不 大 于 3.5mm。（ 5） 钢 管 长 度电 阻 焊 （ ERW） 钢 管 通 常 长 度 4 12m； 埋 弧 焊 （ SAW）钢 管 通 常 长 度 3 12m。（ 6） 弯 曲 度公 称 外 径 不 大 于 168.3mm 的 钢 管 ， 应 平 直 或 按 供 需 双 方 协议 规 定 的 弯 曲 度 指 标 ； 公 称 外 径 大 于 168.3mm 的 钢 管 ， 弯 曲 度不 大 于 钢 管 全 长 的 0.2%。（ 7） 管 端壁 厚 大 于 4mm 的 钢 管 ，

33、 管 端 可 加 工 坡 口 30+50 ， 留 根1.6mm0.8mm， 管 端 斜 度 小 于 或 等 于 5mm。（ 8） 外 形 尺 寸 和 质 量 公 称 外 径 不 大 于 168.3mm 的 钢 管 ， 其 公 称 口 径 、 公 称 外径 、 公 称 壁 厚 及 理 论 质 量 应 符 合 表 19 的 规 定 。 公 称 外 径 大 于 168.3mm 的 钢 管 ， 其 公 称 外 径 、 公 称 壁 厚及 理 论 质 量 应 符 合 表 20 的 规 定 。4. 锅 炉 用 无 缝 钢 管（ 1） 钢 管 规 格锅 炉 用 无 缝 钢 管 分 热 轧 （ 挤 压 、 扩

34、管 ） 和 冷 拔 （ 轧 ） 两 种 ，执 行 国 家 标 准 GB 5310 1995。 外 径 、 壁 厚 和 理 论 质 量 ， 见 表 21 和 表 22。 外 径 和 壁 厚 的 允 许 偏 差 ， 见 表 23。 钢 管 通 常 长 度 为 4 12mm。 壁 厚 s15mm 时 ， 弯 曲 度不 得 大 于 1.5mm/m； 15 s30mm 时 ， 弯 曲 度 不 得 大 于2.0mm/m； s 30mm 时 ， 弯 曲 度 不 得 大 于 3.0mm/m。 集 箱 管总 弯 曲 度 不 得 大 于 12mm。（ 2） 钢 管 的 牌 号 和 化 学 成 分钢 管 的 牌 号

35、 和 化 学 成 分 见 表 24。（ 3） 钢 管 的 热 处 理 制 度钢 管 的 热 处 理 制 度 见 表 25。 当 热 轧15MoG、 20MoG、 12CrMoG、 15CrMoG、 12Cr2MoG、 12Cr1MoVG 钢 管 的 终 轧 温 度 符 合 表 中 规 定 的 正 火 温 度 时 ， 可 以 热 轧 代替 正 火 。管 道 焊 接 技 术国 内 外 油 气 管 道 焊 接 技 术 发 展 综 述中 国 石 油 天 然 气 管 道 局 科 学 研 究 院 薛 振 奎 隋 永 莉 0 引 言 我 国 的 油 气 资 源 大 部 分 分 布 在 东 北 和 西 北 地

36、 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

37、 “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

38、4176 公 里 ， 总 投 资 1200 亿 元 ， 今 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 ， 目 前 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

39、 5月 开 工 建 设 ， 目 前 已 接 近 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

40、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 去 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

41、 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

42、 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

43、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 。近 年 来 ， 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

44、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 。 1 我 国 石 油 天 然 气 管 道 建 设 初 期 焊 接 工 艺 应 用 情 况 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 720mm， 钢 材 选 用 16MnR，

45、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 ， 3.2 打 底 、 4 填 充 、 盖 面 ； 焊 接 电 源 采 用 旋 转 直 流 弧 焊机 ； 坡 口 为 60V 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 。 8

46、0 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

47、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 管 道 施 工 用 钢 管 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

48、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 ：C0.2%， 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

49、 。 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