大直徑雙層埋弧焊管在油氣輸送管道應(yīng)用中的技術(shù)問題探討

曹軒 魯飛彪 吳金輝

【摘要】石油、天然氣生產(chǎn)量的不斷增加，使油氣運(yùn)輸管道的輸送量和壓力也在不斷升高，對(duì)油氣輸送管道越來越高的要求，使傳統(tǒng)的單層埋弧焊管制造難度不斷極大，成本也越來越高。大直徑雙層埋弧焊管以多層超高壓容器和雙金屬?gòu)?fù)合管的結(jié)構(gòu)作為啟發(fā)，從結(jié)構(gòu)上提高鋼管的承壓能力，即不造成太大的技術(shù)難題，又能很好地提高管道的輸送能力。但在應(yīng)用到油氣輸送管道中，大直徑雙層埋弧焊管還有一些包括鋼管檢測(cè)的技術(shù)問題存在。

【關(guān)鍵詞】大直徑雙層埋弧焊管 無損檢測(cè) UT

隨著我國(guó)石油、天然氣生產(chǎn)量的不斷增加，我國(guó)在油氣輸送管道方面的技術(shù)也得到了進(jìn)一步的發(fā)展。油氣的輸送是一個(gè)大規(guī)模的工程，利用管道運(yùn)輸相對(duì)經(jīng)濟(jì)、安全。油氣輸送管道主要采用的是直縫埋弧焊管，與螺旋埋弧焊管比起來，這種輸送管道更具優(yōu)勢(shì)，但隨著對(duì)管道安全性的要求，直縫埋弧焊管的厚度不斷增加，生產(chǎn)技術(shù)難度增大，由于受到管線鋼板厚度的限制，大直徑埋弧焊管在油氣輸送時(shí)質(zhì)量穩(wěn)定性差，成材率低，成本高。

人們對(duì)油氣運(yùn)輸中經(jīng)濟(jì)效益和運(yùn)行安全性越來越高的要求，使運(yùn)輸管道在生產(chǎn)上僅靠增加厚度和強(qiáng)度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因而需要新的生產(chǎn)技術(shù)來生產(chǎn)出相對(duì)更經(jīng)濟(jì)、更安全的運(yùn)輸管道。

大直徑雙層埋弧焊管的設(shè)計(jì)，是受到了多層超高壓容器和雙金屬?gòu)?fù)合管結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，將大直徑雙層埋弧焊管應(yīng)用在油氣運(yùn)輸中，能提高了管道的輸送能力，使油氣運(yùn)輸?shù)陌踩院徒?jīng)濟(jì)效益得到提高，但在其應(yīng)用中，還有技術(shù)問題需要解決。

1 大直徑雙層埋弧焊管的結(jié)構(gòu)

大直徑雙層埋弧焊管是在大直徑埋弧焊管的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)完成的，采用的仍是埋弧焊技術(shù)，但其管道是由內(nèi)管和外管組成，內(nèi)、外管的材料使用的是直縫雙面埋弧焊鋼管。比起一般的雙金屬?gòu)?fù)合管，大直徑雙面埋弧焊管內(nèi)、外管的直徑更大，管壁也更厚，內(nèi)管的外徑比外管的內(nèi)徑小2至5毫米，厚度均在8至25毫米之間，比一般內(nèi)管厚度在1至3毫米的一般雙金屬?gòu)?fù)合管的耐壓能力要強(qiáng)得多。而內(nèi)外管同時(shí)承受內(nèi)壓，也使運(yùn)輸管道的抗壓能力更高，更加安全。

比起一般的單層直縫埋弧焊管，大直徑雙層埋弧焊管僅僅只是增加了內(nèi)管外焊縫清理、外管內(nèi)焊縫和穿管的工序，在生產(chǎn)技術(shù)上并不會(huì)造成太大的難度。

2 大直徑雙層埋弧焊管在應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)

大直徑雙層埋弧焊管在油氣運(yùn)輸應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來解釋，如大型起吊機(jī)上的鋼絲，一根鋼絲承受的重量是十分有限的，但很多鋼絲擰在一起形成的起吊機(jī)上的鋼絲就能承受重得多的重量。

通過以上的例子不難看出，如果將兩個(gè) 15毫米厚的單層鋼管復(fù)合成一個(gè)30毫米厚的雙層鋼管，其抗壓能力就會(huì)提高，而生成技術(shù)也不會(huì)因?yàn)殇摴艿暮穸榷斐衫щy，既能使鋼板的質(zhì)量穩(wěn)定性、性能水平和合格率、生產(chǎn)率得到提高，還能降低生產(chǎn)技術(shù)難度，并降低成本。

3 大直徑雙層埋弧焊管在應(yīng)用中的技術(shù)問題

大直徑雙層埋弧焊管應(yīng)用到工程中，能給油氣運(yùn)輸?shù)募夹g(shù)帶來革新，但要將其用到工程中，還有包括鋼管檢測(cè)在內(nèi)的一些技術(shù)問題需要探討解決。

3.1 鋼管檢驗(yàn)和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

UT（Ultrasonic Testing），即超聲波檢測(cè)，是工業(yè)中無損檢測(cè)中的一種，主要是利用超聲波來對(duì)試件進(jìn)行宏觀缺陷、幾何特性、組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能變化的檢測(cè)，通過研究超聲波對(duì)試件的反射、透射和散射波，對(duì)試件的特定應(yīng)用性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

我國(guó)現(xiàn)有的油氣輸送埋弧焊管標(biāo)準(zhǔn)有GB/T9711、ISO3183《石油天然氣工業(yè) 輸送鋼管交貨技術(shù)條件管線鋼管》、API SPEC 5L《管線管規(guī)范》和一些具體的工程技術(shù)條件，大直徑雙層埋弧焊管的內(nèi)外管復(fù)合后，UT檢測(cè)需要確定內(nèi)外管的間隙和擴(kuò)徑率。內(nèi)外管之間的間隙太小會(huì)給穿管造成困難，而間隙太大又會(huì)在使用過程中由于承壓?jiǎn)栴}引起管道變形，影響油氣運(yùn)輸?shù)陌踩浴?/p>

由于油氣管道在輸送天然氣時(shí)，輸送的是高壓縮比的可燃性天然氣，一旦管道出現(xiàn)裂縫，就會(huì)很快造成長(zhǎng)距離的擴(kuò)展，從而造成極大的損失。對(duì)于傳統(tǒng)的單層埋弧焊管，經(jīng)過試驗(yàn)和分析，已經(jīng)提出了對(duì)鋼管斷裂韌性的指標(biāo)要求，但由于雙層埋弧焊管的結(jié)構(gòu)不同，管道的止裂能力也會(huì)不同，因此UT檢測(cè)需要對(duì)大直徑雙層埋弧焊管的止裂韌性進(jìn)行檢測(cè)研究，解決鋼管的止裂韌性指標(biāo)的確定這一技術(shù)難題。

油氣運(yùn)輸是一個(gè)長(zhǎng)距離、大規(guī)模的工程，不同地區(qū)的不同地質(zhì)、環(huán)境條件都影響著管道的設(shè)計(jì)，在一些地震、滑坡、泥石流多發(fā)的地區(qū)，管線都采用了“基于應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)法”的概念，這就需要使用抗大變形的鋼管，以使鋼管達(dá)到更高的抗壓縮和拉伸應(yīng)變性能。目前，抗大變形管基本上使用的都是單層直縫埋弧焊管，對(duì)其變形能力已經(jīng)有了很多的研究和計(jì)算，建立了很多的分析方法，但還沒有對(duì)雙層埋弧焊管的變形能力進(jìn)行專門的研究。

3.2 制造技術(shù)

大直徑雙層埋弧焊管的制造工藝比單層埋弧焊管多出的是穿管和擴(kuò)徑的工序，要使穿管順利，就需要將內(nèi)管的外焊縫和外管的內(nèi)焊縫余高打磨掉，這個(gè)工序雖然看似簡(jiǎn)單，但需要很大的工作量，因此也成為雙層埋弧焊管制造中的技術(shù)難題之一。

而內(nèi)外管之間的間隙大小和擴(kuò)徑率則要求內(nèi)外管的尺寸必須精確，同時(shí)，還需要考慮到內(nèi)管和外觀的變形量，使內(nèi)外管既能順利完成穿管工序，又能緊密貼合。

3.3 管道環(huán)焊縫焊接

一般單層埋弧焊管的環(huán)形焊縫只要將兩根鋼管無縫連接好就可以了，但雙層埋弧焊管在進(jìn)行環(huán)焊縫時(shí)，要將兩根鋼管連接起來時(shí)，中間的母材是分開的，但焊縫是一體的，這必然會(huì)給焊接帶來難題。

在焊接過程中，內(nèi)外管之間可能存在的任何污物都會(huì)影響到焊縫的質(zhì)量，而在管道運(yùn)行中，內(nèi)外管分界面和環(huán)焊縫交界處的不連續(xù)也可能會(huì)引起焊縫處的開裂。

4 總結(jié)

采用雙層埋弧焊管的結(jié)構(gòu)來制造尤其輸送管道，不僅能減少生產(chǎn)技術(shù)上的難度，降低成本，還能根據(jù)不同的情況，發(fā)揮不同材料的性能特點(diǎn)，滿足在特殊情況下的輸送要求，而作為一種新型的管道結(jié)構(gòu)，雙層埋弧焊管在應(yīng)用時(shí)還存在著不少技術(shù)問題。但是，雖然還存在著一些問題，我們?nèi)詰?yīng)相信，通過不懈的研究和努力，這些問題終會(huì)被解決，從而使大直徑雙層埋弧焊管結(jié)構(gòu)更好地應(yīng)用在油氣輸送管道中，促進(jìn)輸送管道制造技術(shù)的發(fā)展。

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