油气管道焊接钢管特性比较

１６ 石油规划设计 第１６卷第６期 ＣＰＥ北京分公司技术专辑　 ＊ 田 立，男，１９７０年生，工程师。

１９９３年毕业于天津大学机电分校材料专业，现在中国石油工程设计有限责任公司北京分公司工作。

通信地址：河北省任丘市中国石油工程设计有限责任公司北京分公司，０６２５５２　焊接钢管已经越来越广泛的应用于建筑、机械、石油天然气、化工等各个行业。

近年来我国已建和在建的大中口径焊管生产线，无论是直缝埋弧焊管ＬＳＡＷ、高频直缝焊管ＥＲＷ及螺旋缝焊管ＳＳＡＷ产能都已能适应国内市场需求。

　我国钢管发展历程与世界主要产钢大国钢管发展历程相比较，具有的特点：一是世界各主要产钢大国是在调低无缝管的比例情况下，增加焊管的产量。

中国是无缝管与焊管同时增长的情况下，焊管的增速大于无缝管的增速，使焊管产量超过无缝管的产量；二是世界焊管在管型上重点发展ＥＲＷ及ＵＯＥ直缝焊管，而螺旋缝埋弧焊管（ＳＳＡＷ）产能萎缩。

我国是３种管型并举发展。

　焊接钢管工艺特点　焊接钢管一般强度低于无缝钢管。

随着焊缝质量的不断提高，焊接钢管的品种规格日益增多，并在越来越多的领域代替了无缝钢管。

目前，在油气管道上常用的管型有螺旋缝埋弧焊管（ＳＳＡＷ）、直缝埋弧焊管（ＬＳＡＷ）和电阻焊管（ＥＲＷ）。

直缝埋孤焊管按其不同的成型方式又分为ＵＯＥ、ＲＢＥ、ＪＣＯＥ钢管等。

　１ 螺旋缝埋弧焊管　螺旋缝埋弧焊管的生产，在板卷宽度确定的情况下，一般来说适合小批量多品种生产。

螺旋缝埋弧焊管可生产较大的直径，有的可达到２　５４０　ｍｍ以上，但由于加工工艺的限制，可制造的壁厚较薄，一般最大为１４　ｍｍ。

　２ ＵＯＥ钢管　ＵＯＥ管在焊管市场上被认为在质量和可靠性上是最好的钢管。

海底管道、河流穿越段、大落差地段、经过地震区和活动断层的地段、经过沼泽的地段以及难于抢修的地段，各国管道设计师仍然坚持采用ＵＯＥ钢管。

ＵＯＥ钢管的生产机组由于价格高昂，仍然为少数国家所拥有。

　ＵＯＥ钢管是经过冲压、卷制，采用埋弧焊焊接成型。

其生产方法适合于同一口径大批量生产，但其口径受板宽的限制，ＵＯＥ钢管由于采用冲压工艺，生产的板厚较大。

管道在绝大多数情况下，其厚度的选择是由刚性条件确定。

通常情况下，取低钢号和高厚度，其厚度可在２０　ｍｍ以上，有的甚至达到２８　ｍｍ或更大，这是螺旋管所无法满足的。

ＵＯＥ钢管的生产率很高，在世界范围内处于生产能力过剩的状况。

　３ ＪＣＯＥ钢管　ＪＣＯＥ钢管是台湾首先创造的一种焊管生产工艺。

其生产过程是首先在水压机上把钢板压成Ｊ形，两侧压边后，经过多次冲压成为Ｃ形，最后经半圆形模具上压成圆形。

这种制管采用埋弧焊，如焊后经涨管工序则称为ＪＣＯＥ钢管，不经涨管工序称为ＪＣＯ钢管。

涨管后，不仅几何形状得以改善，且消除了内应力。

ＪＣＯＥ钢管质量与ＵＯＥ钢管相近似，生产线价格远远低于ＵＯＥ机组，但其生产效率低于ＵＯＥ机组。

　田 立＊ 袁 玲　崔 杰　中国石油设计有限责任公司北京分公司　中国石油海洋工程有限公司大港实业部　田 立等．　油气管道焊接钢管特性比较．　石油规划设计，２００５，１６　（６）：１６～１８　摘 要 论述了焊接钢管的发展和现状，并介绍了螺旋缝钢管、几种直缝埋弧焊接钢管的制造工艺。

针对螺旋缝钢管、ＥＲＷ管、直缝埋弧焊管３种管型，从制造、焊接、检验、经济性等方面分别进行了比较。

根据大量的管道工程设计和实际经验，对管道焊接材料开料指标的计算形成了一个参考公式。

　关键词 油气管道 焊接钢管 制造工艺 管型 应力 焊接 分析　油气管道焊接钢管特性比较　 ＣＰＥ北京分公司技术专辑 石油规划设计 ２００５年１１月 １７　４ ＲＢＥ钢管　ＲＢＥ钢管是经过压边、卷制（用三辊或四辊滚卷机），采用埋弧焊焊接成型。

如不采取涨管整形称为ＲＢ钢管，采取涨管整形则称为ＲＢＥ钢管，涨管后消除了内应力，其质量与ＵＯＥ相近。

ＲＢＥ钢管生产线的价格低于ＵＯＥ，其生产率也低的多。

现国内还没有这种管形的生产厂商。

　５ ＥＲＷ钢管　高频直缝焊管（ＥＲＷ）是将热轧卷板经过成型机成型后，利用高频电流产生的效应，使管坯边缘加热熔化，在挤压辊的作用下进行压力焊接。

ＥＲＷ钢管具有内外表面光洁、尺寸精度好、生产效率高、成本和价格相对较低的优点，目前在国内外已广泛采用。

　螺旋埋弧焊管与直缝埋弧焊管比较　１ 螺旋埋弧焊管与直缝埋弧焊管比较　５０～６０年代，螺旋钢管在油气输送管道中得到广泛的应用，７０～８０年代受到直缝埋弧焊钢管及ＥＲＷ钢管的严重挑战，至今世界各国在油气管道输送中基本上已不再采用螺旋钢管，国际上许多大石油公司及管道公司已经不允许在油气管道上选用螺旋埋弧焊钢管。

这是因为管道工业的发展对钢管可靠性要求越来越高，而螺旋钢管由于其制造本身无法克服的缺陷，使其难以满足客观发展的要求。

螺旋管与直缝埋弧焊管在质量上相比有一定的不足。

　（１）螺旋钢管的制造工艺决定其残余应力较大，据国外有关资料记载，有些甚至接近屈服极限，直缝埋弧焊管因采用扩管工艺，残余应力接近零。

　（２）螺旋焊缝焊接跟踪及超声波在线检测跟踪均较困难，因此，焊缝缺陷超标概率高于直缝埋弧焊管。

　（３）螺旋钢管焊缝错边量多数在１．１～１．２　ｍｍ，按照国际惯例错边量要小于厚度的１０％，如管道壁厚较小时，错边量难以满足要求，而直缝埋弧焊管无此问题。

　（４）与直缝埋弧焊管相比，螺旋焊缝流线较差，应力集中现象严重。

　（５）螺旋埋弧焊管热影响区大于直缝埋弧焊管的热影响区，而热影响区是焊管质量薄弱环节。

　（６）螺旋缝焊管几何尺寸精度差，给现场施工（如对口、焊接）带来一定的困难。

　（７）同样直径，螺旋缝焊管能达到的厚度远小于直缝埋弧焊管。

　２ 螺旋埋弧焊管生产工艺　螺旋埋弧焊管生产工艺具有许多优点：一是可以利用同一宽度带钢生产不同直径钢管；二是成型易于调整，更换规格方便，既适合于大批量制造，又适合于小批量制造；三是生产过程易于实现机械化、自动化和连续化。

这是螺旋埋弧焊管早期能够得到发展并能控制市场的主要原因。

　（１）螺旋缝焊管生产线价格远低于直缝埋弧焊管生产线，成品钢管相对价格也低于直缝埋弧焊钢管。

　（２）可以利用同一宽度带钢生产不同直径钢管；成型易于调整，更换规格方便，既适合于大批量制造，又适合于小批量制造，生产过程易于实现机械化、自动化和连续化。

　（３）可生产螺旋缝焊管规格直径从∅２１９～１４２０　ｍｍ，甚至可以达到２　５４０　ｍｍ。

直缝埋弧焊管直径受板宽的制约较为明显。

　（４）螺旋缝焊管的焊缝避开了主应力方向，钢管受内压后，主应力为环向应力，螺旋焊缝与轴线形成的夹角约为４５°，避开了主应力，而直缝焊管主应力正好垂直于焊缝。

　（５）钢板顺轧制方向的冲击韧性最高，而垂直轧制方向冲击韧性最低，两者相差数倍。

螺旋缝焊管韧性的薄弱环节避开了主应力，但直缝管的韧性薄弱环节正好是主应力作用的部位。

　ＥＲＷ钢管与螺旋埋弧焊管特性比较　直缝电阻焊钢管（ＥＲＷ）和螺旋埋弧焊管（ＳＳＡＷ）都能较好的满足石油、天燃气输送管道的要求。

对于中等口径（∅６３０　ｍｍ）以下的钢管国外大都采用ＥＲＷ钢管，螺旋埋弧焊管一般只用于低压流体输送、民用建筑、结构和打桩管。

我国目前此类长输管道主要选用ＳＳＡＷ钢管，这主要是开始我国没有ＥＲＷ钢管，因此设计选用的钢管品种受到限制；其次与对ＥＲＷ钢管的认识有关。

然而中口径ＥＲＷ钢管在国际上的普遍使用，特别是在海底管道上的成功使用已经充分说明ＥＲＷ钢管的优势所在。

在我国中等口径油气输送管道上推广使用ＥＲＷ钢管是今后发展的趋势。

　电阻焊管（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ－Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ－Ｗｅｌｄｅｄ）钢管简称ＥＲＷ钢管，具有生产率高、成本低、尺寸精度高及外形美观等诸多优点。

近年来，各国都在积极研究用ＥＲＷ钢管代替无缝钢管和螺旋缝焊管。

在工业发达国家，直径在∅６１０　ｍｍ以下，ＥＲＷ所占比１８ 石油规划设计 第１６卷第６期 ＣＰＥ北京分公司技术专辑例已达到约７０％。

过去由于焊缝可靠性差，在使用范围上受到很大的限制。

近１０年来，随着生产技术的日趋完善，产品质量不断提高，ＥＲＷ钢管的焊缝质量已可以与ＵＯＥ钢管相比。

因此，广泛应用在不同地域和苛刻条件下的油气管道。

　１ ＥＲＷ钢管特点　（１）ＥＲＷ钢管焊接机理等方面的研究取得可喜成就，并以理论为指导进行焊接工艺的优化，对所有优化参数实现计算机控制，提高了焊缝质量。

　（２）焊缝退火采用了荧光线定位技术，使退火严格在规定部位进行，从而使焊缝质量进一步提高。

　（３）早期ＥＲＷ钢管焊缝区的韧脆性转变温度ＦＡＴＴ值比母材高出很多，最高相差４０～５０℃。

由于冶金技术的进步，焊管母材的ＦＡＴＴ值可低至约－７０～８０℃，这样即使两者有一定差值，仍能满足用户要求。

　（４）由于自动化及超声波检测技术的应用，使超声波自动跟踪在线检测得以实现，从而使焊缝由于漏检而形成缺陷的概率进一步减少。

　２ ＥＲＷ钢管与螺旋埋弧焊管特性比较　由于ＥＲＷ钢管与螺旋埋弧焊管在制管过程中的成型、焊接和工艺不同，使两种钢管在性能上存在着一定的差异。

　（１）ＥＲＷ钢管表面质量优于螺旋埋弧焊管，ＥＲＷ钢管表面光滑、平整、美观，螺旋埋弧焊管有内外焊缝余高。

　（２）ＥＲＷ钢管焊缝比螺旋埋弧焊管短，ＥＲＷ钢管焊缝和钢管长度一样长，而螺旋埋弧焊管焊缝长度一般是钢管长度约１．４～１．７倍。

焊缝越长，出现焊接缺陷的几率越高。

　（３）标准中对ＥＲＷ钢管和螺旋埋弧焊管几何尺寸要求基本相同，但就实物而言，ＥＲＷ钢管有定径、校直工序，因此，几何尺寸比螺旋埋弧焊管精度高。

　（４）ＥＲＷ钢管焊缝缺陷类型比螺旋埋弧焊管少。

螺旋埋弧焊管采用溶敷焊接，缺陷类型比较多，除了体积性缺陷外，还有线行缺陷。

ＥＲＷ钢管焊缝只有线行缺陷，且焊缝平直，检验过程中容易跟踪，而且缺陷在最大反射处，一旦出现缺陷，超声波反映强烈，易于检测。

　（５）ＥＲＷ钢管残余应力比螺旋埋弧焊管低。

由于ＥＲＷ钢管在变形过程中变形比较充分，加之随后的定径平椭、立椭的变化和缩径，使ＥＲＷ钢管残余应力变小。

实物检测表明，同规格、同材质的ＥＲＷ钢管沿轴线切开后，轴向和横向的切口位移均比螺旋埋弧焊管小。

　（６）ＥＲＷ钢管整体性能一致，当钢管出现缺陷时，钢管判废，不允许补焊。

螺旋埋弧焊管允许补焊，而补焊的性能与钢管整体性能不一致，补焊处容易出现应力腐蚀开裂。

实验证明ＥＲＷ钢管应力腐蚀疲劳实验寿命比螺旋埋弧焊管长。

　（７）ＥＲＷ钢管涂层质量比螺旋埋弧焊管高。

　ＥＲＷ生产机组投资大，工序多，相对钢管加工费用高。

由于ＥＲＷ钢管没有补焊，不允许对头管，相对成材率低。

因此，ＥＲＷ钢管的直接价格要比螺旋埋弧焊管高约３００元／ｔ。

从管道建设整体成本分析，并不增加。

一是ＥＲＷ钢管质量好而且使用寿命长；二是ＥＲＷ钢管表面质量好，涂层均匀，节约大量涂敷材料，钢管防腐成本低；三是ＥＲＷ钢管几何尺寸精度高，对焊速度快，现场施工效率高，降低了施工成本。