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国外X80管道钢管的研究与应用现状

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-03-20  来源:中国彩钢网  浏览次数:565

  马秋荣霍春勇等:国外X80管道钢管的研究与应用现状,油气储运,2000,19(11)913.高屈服强度、更高韧性和易加工的方向发展,使用高钢级管材是提高管道设计压力的主要途径,同时,在同样的设计压力下使用高强度管材可减少钢材的消耗量。以德国Ruhrgas管道为例,介绍了国外高钢级管道钢管X80的实际质量水平,包括管道钢的合金化、控制轧制和控制冷却工艺,并就高钢级管道钢管的部分热点问题如富气输送、高钢级管道钢管的焊接和裂纹扩展止裂等进行了讨主题词管道钢管研究应用现状综述使用高钢级管材是提高管道设计压力的主要途径,同时,在同样的设计压力下,使用高强度管材可减少钢材的消耗量。据统计,世界范围内用于油气输送管道的钢材年消耗量超过1000X104t,管材成本占管道建设总a资的30%35%,因此近年来对优质高钢级管材的研制和使用受到关注。

  一、X80管道钢管的实际应用目前干线输送管的等级以APISPEC 5LX52、X60、X65、X70为主,X80钢管也有少量的使用。管材的研究呈现向更高屈服强度、更高韧性和易加工方向发展的趋势。

  高钢级焊管用于天然气和其他气体的高压输送,是当前天然气管道的发展趋势,目前天然气高压输送的压力已达1015MPa.实践表明,高钢级管道钢管的使用是降低管道建设投资的重要途径。加拿大NOVA公司在使用高钢级管道钢管的方面处于领先地位,这主要是因为该公司从高钢级管道钢管的使用上获得了明显的经济利益。早在70年代,NOVA公司就开始使用X70钢级管道钢管,在成功使用X70钢级钢管的基础上,于90年代初开始使用X80钢级钢管,是NOVA公司对使用不同钢级管道钢管时的投资对比情况。由可见,在较高压力下(10MPa)使用X80级钢管比X65可降低投资10%左右⑴。

  钢级生产的X80钢管开始在国内的管道上使用,使高钢级钢管在长输管道上的使用成为现实。

  在过去的40年里,管道钢管经历了从X52到X80的开发、研制和使用的过程,其中X80管道钢管的开发和应用经历了更长的时间。1985年,MRW 71陕西省西安市电子2路东段21号;电话:(029)82181.钢管,该钢管用于长各为3. 6km的管道1985年,X80钢管开始在欧洲和北美的部分管实验段上,管径分别为1 117.6和1422.4mm.道上投人使用,具体应用情况见表1.表1 X80钢管应用情况使用时间管道名称管道长度(km)管道规格(mm)生产厂家使用国家德国第四输气管道原捷克斯洛伐克l卯0加拿大德国加拿大阿尔伯达东部管道加拿大阿尔伯达中部管道加拿大阿尔伯达东部干线环路加拿大实,见和。

  三、X80管道钢管的性能二、X80管道钢管的研制管道钢管,并铺设了3.2km的实验管道,19921993年又用X80钢管铺设了长达250km的天然气管道,输送压力为10MPa,这一管道至今运行正常'加拿大在90年代初也成功地研制了X80钢管,并在国内的干线中投入使用。使用结果表明,高钢级管道钢管的使用大大降低了管道建设的投资。

  新技术的开发与应用有力推动了高钢级管道钢的发展进程。从60年代后期到80年代初期,微合金钢的研究应用得到了迅猛的发展,为管道钢的开发奠定了基础,当时开发的管道钢主要有Mn-Nb系列(X52,X60)和Mn-Nb-V系列(X60,X70),组织为铁素体+少量珠光体。同时还研究了强度水平更高的低碳Mn-Nb-Mo和Mn-Nb-Mo-Ti系列微合金钢,其组织状态为针状铁素体或超低碳贝氏体,强度水平超过450MPa.到80年代中期,基于对微合金钢的强韧化机理的进〃步研究,世界上一些主要钢厂根据已有的经验,进一步优化了微合金钢的成分设计和轧制工艺,商用X80管道钢管开始出现。

  其中最具代表性的为Mannesmann公司,冶金上采用了低碳微合金钢,轧制中TM 19921993年德国铺设的250km的冷却技术的引进使其生产的X80管道钢管成为现Ruhrgas管道为例(1219X18.4),将X80管道钢管的性能列于表2和表3.表2X80管道钢管。的化学成分与含置化学成分含量化学成分含量c0.表3X80钢生产参数板坯再加终轧冷却冷却开冷却终热温度温度速率始温度止温度tC)(C)CC/s)(C)(C)116877215760560 018件冲击试验结果进行了统计,结果表明,该批钢管不但达到X80钢级钢管的强度要求,而且具有很好的韧性。钢管屈服强度为611MPa,抗拉强度为721MPa,屈强比为85,管体冲击韧性CVmC'时)为190.四、轧制工艺及加速冷却的作用管道钢是控制轧制和控制冷却技术(TMCP)应用最成功的领域。控制轧制是指合金元素最佳化和从加热到轧制及其后的冷却所包括的整个工艺过程的综合技术。控制轧制的实质是得到细小的奥氏体晶粒,以便在相变后得到细小的铁素体晶粒,有效地提高钢的强韧性。控制冷却的实质是防止控制轧制后细小的奥氏体或铁素体晶粒重新再结晶或长大,以便最后获得细小的组织。控制轧制和快速冷却工序有奥氏体再结晶区轧制、奥氏体非再结晶区轧制、伸到7两相区的传统控制轧制工艺和高温再结晶控制轧制工艺,或这两种工艺联合使用。

  近年来,控制轧制管道钢工艺研究较多的是轧后的控制冷却技术。为获得低碳或超低碳的针状铁素体和贝氏体组织,在钢中添加抑制等轴铁素体形成的元素(Mo、B)的基础上,采用T轧后的动态加速冷却(DAC)技术。DAC工艺的高温终轧还有利于防止夹杂物的延伸。目前,X80及X100级管道钢的生产均采用DAC技术。再加热温度、终轧温度、冷却速度、冷却停止温度和板卷的卷取温度是控制轧制和控制冷却技术的关键。

  五、高钢级管道钢的研究趋势1、高压富气输送对管道钢管韧性的要求天然气输送压力已有显著提高原因是提高压力可显著提高输送效率。问时。调整天然气组分,把较重的烃气留存在天然气中,也可提高管道输送效率。因此,近年来富气输送也成为-种新的趋势。对于高压富气输送,管道设计人员必须制定断裂控制计划预防断裂。断裂通常是由某些事故引起的,若不能迅速止裂,事故引发的开裂可沿管子扩展数十米。

  断裂控制要求管道材料的最低韧性应能保证管道断裂速度低于管道内天然气减压波速度。减K波速度取决于天然气的组分、压力和温度。

  高压富气输送首先在联盟管道上得以实现。巴特尔对管道的断裂控制进行了研究,提出了CVN试验测得性与管子实际有效韧性之间的关系式。

  联盟管道采用r这一关系式,提高了所要求的韧性指标。这项研究表明,钢材的韧性要求值对天然气中的凝析液含量敏感,因此,在高压富气输送条件下,管道需要更高的韧性要求值。

  2、高钢级管道钢管的止裂行为研究由于裂纹扩展对压力容器、焊接结构及油气管道造成的危害巨大,因此在国际上已受到普遍重视。

  为防止这种裂纹快速扩展引起的灾难性破坏,要求材料必须能够阻止快速扩展的裂纹。美国天然气协会和英国天然气协会通过试验室小尺寸止裂韧性的测试及实物钢管爆破试验的研究,已初步建立了裂纹扩展、止裂的判据。

  国内在止裂方面的研究很少,在裂纹的止裂理失稳扩展预防这个层次上的研究几乎空白,尤其在输送管道止裂韧性方面的研究更少。随着油气管道工业的发展,裂纹扩展与止裂问题已引起越来越多的专家和学者的重视。

  管道钢管止裂行为的研究主要集中在对管道止裂判据的研究上。对止裂所需韧性,国际上有许多机构正对这方面进行研究M.通过实物试验,得出了止裂所需初性的表达式,如早期的AISI、Battelle和BG等公式。

  由于不同关系式的所得结果对于钢管的承压能力和规格尺寸对止裂CVN的影响序各不相同,因此管道的裂纹扩展与止裂的研究和讨论还将继续。其中最为关键的问题是裂纹扩展的动态过程研究,如裂纹扩展速度和减压波速是如何影响裂纹扩展止裂的。

  3、高钢级钢管力学特性和管道断裂控制研究随着管道钢管强度的提高,对高钢级管道钢管性能特征的研究迫切性更强,如高钢级钢管的连续屈服特征、高屈强比特征、高钢级钢管强度和韧性的匹配性能和高钢级钢管临界缺陷尺寸等。根据欧洲钢管公司的介绍,管道用的钢板或板卷在制管后发生屈服强度的降低,除了与包辛格效应有关外,还与成型过程中的加工硬化有关,最终的屈服强度值取决于两者综合的结果。而后者主要受材料拉伸曲线形状的影响,如果板材拉伸曲线为连续屈服时,制成管材后的屈服强度要较用有屈服平台拉伸曲线的板材制作的管材要高。在与加拿大Welland焊管厂的技术交流中,加方特别强调板材具有针状铁素体显微组织的重要性,这种板材可以使扩径后的钢管具有较高的屈服强度。根据Welland焊管厂的介绍,X70钢板的最小屈服强度只要达到441MPa,就可以使焊管的屈服强度达到API5L规定的482MPa的要求。

  国外有关技术人员认为,当管道工作压力超过12MPa,钢级超过X70时,其目前管道设计时所使用的安全系数法已经不适用,应该采用断裂力学的方法来进行管道设计,通过断裂力学方法确定管道允许存在的缺陷,既要充分利用管材的强度,又要防止高压输气管道断裂事故的发生。采用断裂力学方法进行高压输气管道设计的原则,是在确保管道安全运行、防止管道开裂的前提下,充分利用高钢级管材的强度,以取得最佳的经济效益。国外目前正在大力开展X80管道的设计研究,其研究内容包括应用断裂力学的原理和计算方法来确定各项设计参数,通过建立管道裂纹扩展的力学模型进行管道设计的有关计算。其中在建立管道的力学模型时,各项断裂力学参数的正确取值是一个关键问题,需要通过大量试验后确定。

  管道建设中新型焊接方法的开发是和高钢级管道钢管的开发同时进行的。早在1985年,X80钢管在MegalI管道试验段上使用时,欧洲的焊条开发商就开始了适用焊条的开发工作。同时,对于这样高强度材料的管道建设,手工焊接方法也应做相当大的改变。由于材料强度很高,对于用纤维素药皮焊条焊接金属,要达到相应的强度,同时又具有较好的韧性和较好的抗冷开裂能力,已不可能,因此开发出了混合电极手工焊接方法。用这种方法,根部焊道和热焊道采用较低钢级的纤维素药皮焊条,而添充焊道和盖帽焊道采用高强度的碱性焊条(见表4和)。这样在保证焊区强度的同时,还可获得较好的焊区性。是纤维素焊条和碱性焊条的焊区韧性对比。从可以看出,采用混合电极焊接可使焊区韧性成倍提篼。

  表4焊道与焊条技术参数焊条焊接焊道牌号直径电流电压速度纤维素焊条热焊碱性焊条填充焊碱性焊条盖帽焊建设俄中原油管道的重战略意义靳正利(中国石化集团经济技术研究院发展战略研究所)靳正利:建设俄中原油管道的重要战略意义,油气储运,2000,19(11)是长期的,且依赖程度将日益增大。而目前完全依赖海运进口石油的局面越来越不利于我国整体经济安全以及中国石化集团今后的生存与发展。修建俄中原油管道将为我国开辟全新的陆路进口通道,有利于改善我国未来的资源结构,满足华北等内陆地区的资源供应,大幅度提高东部原油管网的综合调度能力,并且将成为一种分散市场风险、制衡国际市场人为投机的有效手段。

  主题词俄中管道建设构想意义综述一、石化集团原油资源的供需矛盾自进人90年代中后期以来,我国石化产品市场需求逐年增大,同时国内各个油田的原油产量总体上连续多年停滞不前,导致国内原油资源供应缺口不断加大,实际进口原油数量逐年上升。1999年全国合计加工原油1.71X108t,其中进口原油3 800X104t,原油资源短缺尤以南方地区的中国石化集团公司。为甚。1999年石化集团合计加工原油89901041,其中进口原油3 4351041,进口原油比例已超过38%,预计2000年将超过5原油比例将继续上升。在今后相当长的时期内,预计石化集团所辖范围内的原油开发生产难有大的突年的历史,近年来,高钢级管道钢管在高压输气管道上的应用越来越受到各大石油公司的重视,管道钢管向高强度发展已成趋势,因此国内应尽早对国外高钢级管道钢管的研究和使用情况进行跟踪和国产高钢级管道钢管的研究开发,并就其应用中的相关问题进行研究。

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