大直径双层埋弧焊管在油气输送管道应用中的技术问题探讨

曹轩 鲁飞彪 吴金辉

【摘要】石油、天然气生产量的不断增加，使油气运输管道的输送量和压力也在不断升高，对油气输送管道越来越高的要求，使传统的单层埋弧焊管制造难度不断极大，成本也越来越高。大直径双层埋弧焊管以多层超高压容器和双金属复合管的结构作为启发，从结构上提高钢管的承压能力，即不造成太大的技术难题，又能很好地提高管道的输送能力。但在应用到油气输送管道中，大直径双层埋弧焊管还有一些包括钢管检测的技术问题存在。

【关键词】大直径双层埋弧焊管 无损检测 UT

随着我国石油、天然气生产量的不断增加，我国在油气输送管道方面的技术也得到了进一步的发展。油气的输送是一个大规模的工程，利用管道运输相对经济、安全。油气输送管道主要采用的是直缝埋弧焊管，与螺旋埋弧焊管比起来，这种输送管道更具优势，但随着对管道安全性的要求，直缝埋弧焊管的厚度不断增加，生产技术难度增大，由于受到管线钢板厚度的限制，大直径埋弧焊管在油气输送时质量稳定性差，成材率低，成本高。

人们对油气运输中经济效益和运行安全性越来越高的要求，使运输管道在生产上仅靠增加厚度和强度是远远不够的，因而需要新的生产技术来生产出相对更经济、更安全的运输管道。

大直径双层埋弧焊管的设计，是受到了多层超高压容器和双金属复合管结构的启发，将大直径双层埋弧焊管应用在油气运输中，能提高了管道的输送能力，使油气运输的安全性和经济效益得到提高，但在其应用中，还有技术问题需要解决。

1 大直径双层埋弧焊管的结构

大直径双层埋弧焊管是在大直径埋弧焊管的基础上设计完成的，采用的仍是埋弧焊技术，但其管道是由内管和外管组成，内、外管的材料使用的是直缝双面埋弧焊钢管。比起一般的双金属复合管，大直径双面埋弧焊管内、外管的直径更大，管壁也更厚，内管的外径比外管的内径小2至5毫米，厚度均在8至25毫米之间，比一般内管厚度在1至3毫米的一般双金属复合管的耐压能力要强得多。而内外管同时承受内压，也使运输管道的抗压能力更高，更加安全。

比起一般的单层直缝埋弧焊管，大直径双层埋弧焊管仅仅只是增加了内管外焊缝清理、外管内焊缝和穿管的工序，在生产技术上并不会造成太大的难度。

2 大直径双层埋弧焊管在应用中的优点

大直径双层埋弧焊管在油气运输应用中的优点可以用一个简单的例子来解释，如大型起吊机上的钢丝，一根钢丝承受的重量是十分有限的，但很多钢丝拧在一起形成的起吊机上的钢丝就能承受重得多的重量。

通过以上的例子不难看出，如果将两个 15毫米厚的单层钢管复合成一个30毫米厚的双层钢管，其抗压能力就会提高，而生成技术也不会因为钢管的厚度而造成困难，既能使钢板的质量稳定性、性能水平和合格率、生产率得到提高，还能降低生产技术难度，并降低成本。

3 大直径双层埋弧焊管在应用中的技术问题

大直径双层埋弧焊管应用到工程中，能给油气运输的技术带来革新，但要将其用到工程中，还有包括钢管检测在内的一些技术问题需要探讨解决。

3.1 钢管检验和验收标准

UT（Ultrasonic Testing），即超声波检测，是工业中无损检测中的一种，主要是利用超声波来对试件进行宏观缺陷、几何特性、组织结构和力学性能变化的检测，通过研究超声波对试件的反射、透射和散射波，对试件的特定应用性进行评价。

我国现有的油气输送埋弧焊管标准有GB/T9711、ISO3183《石油天然气工业 输送钢管交货技术条件管线钢管》、API SPEC 5L《管线管规范》和一些具体的工程技术条件，大直径双层埋弧焊管的内外管复合后，UT检测需要确定内外管的间隙和扩径率。内外管之间的间隙太小会给穿管造成困难，而间隙太大又会在使用过程中由于承压问题引起管道变形，影响油气运输的安全性。

由于油气管道在输送天然气时，输送的是高压缩比的可燃性天然气，一旦管道出现裂缝，就会很快造成长距离的扩展，从而造成極大的损失。对于传统的单层埋弧焊管，经过试验和分析，已经提出了对钢管断裂韧性的指标要求，但由于双层埋弧焊管的结构不同，管道的止裂能力也会不同，因此UT检测需要对大直径双层埋弧焊管的止裂韧性进行检测研究，解决钢管的止裂韧性指标的确定这一技术难题。

油气运输是一个长距离、大规模的工程，不同地区的不同地质、环境条件都影响着管道的设计，在一些地震、滑坡、泥石流多发的地区，管线都采用了“基于应变设计法”的概念，这就需要使用抗大变形的钢管，以使钢管达到更高的抗压缩和拉伸应变性能。目前，抗大变形管基本上使用的都是单层直缝埋弧焊管，对其变形能力已经有了很多的研究和计算，建立了很多的分析方法，但还没有对双层埋弧焊管的变形能力进行专门的研究。

3.2 制造技术

大直径双层埋弧焊管的制造工艺比单层埋弧焊管多出的是穿管和扩径的工序，要使穿管顺利，就需要将内管的外焊缝和外管的内焊缝余高打磨掉，这个工序虽然看似简单，但需要很大的工作量，因此也成为双层埋弧焊管制造中的技术难题之一。

而内外管之间的间隙大小和扩径率则要求内外管的尺寸必须精确，同时，还需要考虑到内管和外观的变形量，使内外管既能顺利完成穿管工序，又能紧密贴合。

3.3 管道环焊缝焊接

一般单层埋弧焊管的环形焊缝只要将两根钢管无缝连接好就可以了，但双层埋弧焊管在进行环焊缝时，要将两根钢管连接起来时，中间的母材是分开的，但焊缝是一体的，这必然会给焊接带来难题。

在焊接过程中，内外管之间可能存在的任何污物都会影响到焊缝的质量，而在管道运行中，内外管分界面和环焊缝交界处的不连续也可能会引起焊缝处的开裂。

4 总结

采用双层埋弧焊管的结构来制造尤其输送管道，不仅能减少生产技术上的难度，降低成本，还能根据不同的情况，发挥不同材料的性能特点，满足在特殊情况下的输送要求，而作为一种新型的管道结构，双层埋弧焊管在应用时还存在着不少技术问题。但是，虽然还存在着一些问题，我们仍应相信，通过不懈的研究和努力，这些问题终会被解决，从而使大直径双层埋弧焊管结构更好地应用在油气输送管道中，促进输送管道制造技术的发展。

参考文献

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