长输管道焊接技术

长输管道焊接技术

一、长输管道焊接技术发展概论

世界上石油、天然气开采的迅猛发展，导致了长管道技术快速发展。经济发达国家正加速发展管道输送，特别是石油产品及油、气管道输送。20世纪70、80年代发展长输管道形成高潮。在经济发展的进程中，像其他发达国家一样，我国管道工业近10年也处于快速发展时期，能源结构以煤为主逐步转向以石油天然气为主，这就促进了快速发展长输管道。西气东输天然气管道是我国输量最大（年输量120³108m3）、距离最长（3900km）、和管壁最大的一条国家级乃至世界级的天然气管道，在我国管道工业的发展史上具有划时代意义。也标志着我国长输管道设计制管施工控制与运行等方面提高到了一个新水平，为今后进一步发展成品油长输管道、天然气管道长输打好基础。

高压输送和高密度输送技术是当今国际大流量输气管道技术的发展趋势，可为大型天然气管道项目带来可观的效益，并将对管道设计和钢管制造、管道施工、管道运行等产生巨大影响。

输气管道能耗大于输油管道的能耗，仅以西气东输管道为例，输送压力p＝10MPa，输送线长度4000km，将天然气输送到终点，已有1/10的能耗在沿途消耗掉了，可见高压输送和高密度输送的重要性和必要性。这就要求发展高强度、高韧性的管线钢。提高输送压力，适当减薄管壁厚度，可以大大减少一次性投资和运行费用。

1. 管材钢级现状与发展趋势

从欧洲钢管公司的供货统计，可以看出近10年来输油管道所用管材以X65钢为多，X60钢次之，X70钢正在逐步增加。不论是欧洲还是北美，目前X80钢处于试用阶段，还没有大范围在管道上使用的记录，见表1。

总计数量33道，用钢量261482t，（管径φ508～1524mm）

（1）国外高钢级管线钢技术的发展

1985年，德国Mannesmann钢管公司研制X80管线钢及直线焊管成功，并铺设了2.4km试验管道。

1993年德国用GRS550钢材（X80）铺设了鲁尔天然气管道，其管1220mm，壁厚18.3mm和19.4mm，全长250km，输送压力10MPa，至今运行正常。

1996年Stalco和Wellend也研制成功X80管线钢和螺旋缝焊管，至1997年加拿大NOVA公司已用X80管线钢铺设了205km管道，大部分用螺旋缝焊管。

加拿大IPSCO公司现在可生产各种规格尺寸的X80钢管，还成功地进行了

X90、X100钢管的试生产，其最终目标是要生产各种尺寸的X100钢管。

（2）管线钢钢级的发展史

美国石油学会（API）于1926年发布API 5L标准，最初只包括A25、A、B 三种钢级，最小屈服值分别为172MPa、207MPa、215MPa。

1947年发布API 5L X标准，增加了X42(σs＝289MPa)、X46(σs＝317MPa)、X52(σs＝358MPa)，σs均为最小屈服值。

1966年开始，先后发布了X56(σs＝386MPa)、X60(σs＝413MPa)、X65(σs ＝448MPa)、X70(σs＝482MPa)。

1972年API发布U80(σs＝551MPa)、U100(σs＝691MPa)，以后又将U80

改成X80，U100改成X100。

粗略统计，全世界2000年之前，X70用量在40％左右，X65、X60均在30％左右，小口径成品油管线也有相当数量用X52钢级，且多为ERW钢管（电阻焊管）。

（3）X80钢级的应用

国际钢铁巨头积极花巨资，研制X80甚至X100，但时至今日，X80只处于管道试验阶段，总长仅400km左右，原因是对采用X80钢级认识还不尽相同。有专家认为，随着操作压力提高，准备工作完善，X80将来必定会获得发展，只是时间问题。

我国冶金行业十余年来为发展管线钢付出了极大辛劳，业绩可喜。目前正在全力攻关X70直缝埋弧焊管，我国制管厂已有能力批量生产

X70螺旋缝焊管。

1998年，在中国石油物资装备总公司的领导下，武汉钢铁公司对X80级管线钢管的开发试制，武钢X80卷板性能满足API 5L对X80级管线钢要求，见表2和表3。

表2 武钢X80卷板性能

注：冲击功（J）：100、104为平均值。

2. 焊接制管工艺（管型）

目前在油气管线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），当直径小于或等于152mm时选用无缝钢管。

（1）螺旋埋弧焊管技术

我国早期由前苏联引进的螺旋埋弧焊管技术，随着管道工业的发展，在20世纪60年代末至70年代，我国螺旋焊管厂迅速发展，至今大型螺旋焊管厂已有五六家，加上中小型螺旋焊管厂共有数十家。

我国原油长输管道几乎都是螺旋缝焊管，西气东输的一类地区也选用螺旋缝焊管。螺旋缝焊管缺点是生产中造成产品缺陷的概率高，内应力大，尺寸精度差，在使用中焊缝处开裂。前苏联曾大量采用螺旋缝焊管，管道事故率远高于欧美，前苏联解体前数年曾向日本大量进口直缝埋弧焊管机，并建成若干直缝埋弧焊管工厂。有专家认为，现有螺旋管厂工艺设备认真改造后，其产品质量只要符合管道技术要求，可用于原油管线、输气管线的部分地区。

（2）直缝埋弧焊管技术

德国的有关人士认为，直管在某些使用性能上要优于螺旋缝焊管，其优点是焊缝长度短，钢管成形精度高，推荐在高压输气管道上优先考虑直缝管。这也和德国主要生产直缝埋弧焊管的现实有密切关系。实际上，在高压输气管道上使用何种钢管主要取决于钢管应满足管道技术要求，质量上稳定可靠，经济上合理。加拿大、德国焊管厂对壁厚较大的钢管均采用多丝焊，钢管开X形坡口，最多用5丝焊接。

（3）电阻焊管技术

参阅管道焊接制管。

3. 管道钢管规格（管径和长度）

从表4可见，仅IPSCO公司一家已向油气管道提供了208万吨螺旋缝焊钢管，总计10³104km，全部用户均在加拿大和北美地区，近30年来，主要管径为三种规格，即1118mm、1422mm和1219mm，壁厚分别为13.6mm、15.6mm、10.6mm、18.4mm、12.0mm。

（1）大口径管道管径的选择

目前西方国家所建设的天然气管道最大管径48in（1220mm），前苏联、俄国和伊朗的输气管道最大管径采用过56in(1420mm)，若提高输送压力，一般48in