采用WFHY系列高強(qiáng)鋼制作輸氣站匯管

張四毛 堵 佩 李 斌 何國(guó)棟

1中海油珠海天然氣有限責(zé)任公司2中海石油氣電集團(tuán)有限責(zé)任公司3中國(guó)石油西部管道塔里木輸油氣分公司4中國(guó)石油天然氣管道工程天津?yàn)I海分公司

采用WFHY系列高強(qiáng)鋼制作輸氣站匯管

張四毛1堵 佩2李 斌3何國(guó)棟4

1中海油珠海天然氣有限責(zé)任公司2中海石油氣電集團(tuán)有限責(zé)任公司3中國(guó)石油西部管道塔里木輸油氣分公司4中國(guó)石油天然氣管道工程天津?yàn)I海分公司

由于石油天然氣輸送用匯管使用壓力較高，且匯管原則上是參照壓力容器進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造的，以往制作匯管所用材料大多采用GB713標(biāo)準(zhǔn)中的壓力容器用鋼板，但由于容器用鋼的強(qiáng)度指標(biāo)較低，且隨著厚度的增加強(qiáng)度指標(biāo)隨之下降。拔制匯管通過(guò)整體補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算后筒體厚度會(huì)很大，由此給匯管制造帶來(lái)不利因素。低合金高強(qiáng)鋼是通過(guò)降低碳含量，加入鉻、鎳、鉬、鈮、釩、鈦、硼等微合金元素，使材料具有高的強(qiáng)度和韌性。采用低合金高強(qiáng)鋼制作匯管時(shí)鋼材用量遠(yuǎn)低于采用壓力容器材料，可降低工程投資。通過(guò)匯管的制造和在輸氣站場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用，匯管選材采用高強(qiáng)鋼WFHY415、WFHY485分別替代壓力容器用鋼Q 345RH和Q 370R，效果很理想。

輸氣站；匯氣管；選材；高強(qiáng)度鋼

由于石油天然氣輸送用匯管使用壓力較高，且匯管原則上是參照壓力容器進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造的，以往制作匯管所用材料大多采用GB713標(biāo)準(zhǔn)中的壓力容器用鋼板，但由于容器用鋼的強(qiáng)度指標(biāo)較低，且隨著厚度的增加強(qiáng)度指標(biāo)隨之下降。拔制匯管通過(guò)整體補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算后筒體厚度會(huì)很大，由此給匯管制造帶來(lái)不利因素：①壁厚造成匯管重量增大，使匯管的制造、運(yùn)輸成本提高；②由于匯管主體厚度比支管相接管線(xiàn)厚度多出幾倍，造成支口拔制與對(duì)接難度增大；③焊材消耗及焊接工作量亦相應(yīng)增大；④有些匯管焊縫采用射線(xiàn)探傷機(jī)已經(jīng)不能滿(mǎn)足檢測(cè)要求，必須采用放射線(xiàn)源方能檢測(cè)。

1 壓力容器材料及性能

壓力容器材料用鋼應(yīng)當(dāng)是氧氣轉(zhuǎn)爐或者電爐冶煉的鎮(zhèn)靜鋼。選擇壓力容器受壓元件用鋼時(shí)應(yīng)考慮容器的使用條件、材料性能（力學(xué)性能、化學(xué)性能等）、容器的制造工藝及經(jīng)濟(jì)合理性。壓力容器化學(xué)成分和機(jī)械性能分別列于表1、表2。

表1 壓力容器材料化學(xué)成分%

表2 壓力容器材料機(jī)械性能

2 高強(qiáng)鋼材料化學(xué)成分和機(jī)械性能

低合金高強(qiáng)鋼是通過(guò)降低碳含量，加入鉻、鎳、鉬、鈮、釩、鈦、硼等微合金元素，使材料具有高的強(qiáng)度和韌性。

一方面低碳有利于提高鋼的韌性，具有高的低溫止裂韌性；另一方面可顯著地改善鋼的焊接性能。對(duì)于需要更高韌性和焊接性能的受力復(fù)雜的大型鋼結(jié)構(gòu)件，通常采用≤0.10%的碳含量設(shè)計(jì)。

鉻、鎳能增加奧氏體過(guò)冷能力，降低馬氏體和貝氏體的轉(zhuǎn)變溫度，促進(jìn)馬氏體的形成，適量的鉬和硼能顯著增加鋼的淬透性，推遲過(guò)冷奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變。通過(guò)鉬和硼的復(fù)合添加，鋼板軋后再經(jīng)過(guò)ACC快速冷卻，基本可以消除鋼中鐵素體和珠光體的生成。鈮對(duì)晶粒細(xì)化作用十分明顯，通過(guò)軋制過(guò)程中Nb(C，N)應(yīng)變誘導(dǎo)析出阻礙形變奧氏體回復(fù)、再結(jié)晶，經(jīng)控軋控冷使精軋階段非再結(jié)晶區(qū)軋制的形變奧氏體組織再相變時(shí)轉(zhuǎn)變成細(xì)小的相變產(chǎn)物。釩具有較高的析出強(qiáng)化作用，用來(lái)提高鋼的強(qiáng)度。鈦是強(qiáng)烈的固N(yùn)元素，細(xì)小的TiN粒子可有效地阻礙鋼在加熱時(shí)的奧氏體晶粒長(zhǎng)大，并且能顯著地改善鋼的焊接性能。高強(qiáng)鋼材料的化學(xué)成分和機(jī)械性能分別列于表3、表4。

表3 高強(qiáng)鋼材料化學(xué)成分%

表4 高強(qiáng)鋼材料機(jī)械性能

3 經(jīng)濟(jì)性分析

以PN9.2MPa DN900匯管為例，最大拔制開(kāi)口DN700mm，設(shè)計(jì)系數(shù)0.4，考慮2mm腐蝕余量。若采用Q370R材料計(jì)算時(shí)筒體厚為59mm，匯管每米重量1 244 kg；若采用WFHY485材料計(jì)算時(shí)筒體厚度為43mm，匯管每米重量924 kg。兩者重量差320 kg。按市場(chǎng)鋼板價(jià)格比較，二者鋼板噸價(jià)幾乎相同，均為8 500元/噸，所以重量的差異導(dǎo)致匯管造價(jià)相差2 720元/噸左右。

4 綜合分析

（1）由表1～表4可以看出，Q345R及Q370R所含合金元素較少，與高強(qiáng)鋼材料成分差別較大，且不能通過(guò)熱處理提高強(qiáng)度指標(biāo)，而WFHY415和WFHY485所含合金元素與管線(xiàn)鋼管材料成分接近，強(qiáng)度指標(biāo)與管線(xiàn)鋼管材料相同，且可以通過(guò)相應(yīng)熱處理獲得需要的強(qiáng)度指標(biāo)，其沖擊韌性指標(biāo)明顯高于壓力容器用材料。

（2）就焊接因素來(lái)考慮，WFHY415和WFHY485與管道或管件焊接連接屬于同級(jí)別或相近級(jí)別相焊接，而Q345R及Q370R由于材料成分的差異，選擇焊材時(shí)應(yīng)考慮影響焊接的因素較多，導(dǎo)致焊接工藝評(píng)定的工作量相應(yīng)增大。因此，采用WFHY系列材料比采用Q345R及Q370R與管道或管件焊接具有很大優(yōu)勢(shì)，也為管道工程良好的焊接質(zhì)量提供更有力保證。

（3）由于匯管開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算是按屈服強(qiáng)度考慮的，因此相同設(shè)計(jì)參數(shù)用Q345R材料計(jì)算后得到的厚度要比用WFHY415材料厚20%左右；而用Q370R材料計(jì)算厚度比用WFHY485厚30%左右。由此帶來(lái)的不利影響如下：①由于厚度的差異，使筒體卷制難度相當(dāng)大，甚至已經(jīng)超出了薄壁圓筒的范圍，需要采用熱卷筒節(jié)來(lái)解決；②使用壓力容器材料造成匯管的焊材消耗及焊接工作量增大；③匯管的拔制難度增大，拔制部分從主管到支管金屬厚度變化非常大，管道應(yīng)力分布不均，且焊接連接由厚變薄過(guò)渡較困難。

（4）從上述分析及匯管制造總體考慮，由于噸價(jià)接近，采用低合金高強(qiáng)鋼制作匯管時(shí)鋼材用量遠(yuǎn)低于采用壓力容器材料，可降低工程投資。

（5）近幾年，通過(guò)匯管的制造和在輸氣站場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用，匯管選材采用高強(qiáng)鋼WFHY415、WFHY485分別替代壓力容器用鋼Q345RH和Q370R，效果很理想。

（欄目主持張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.028