天然气管道材料性能的分析与应用

蔡道广

摘 要：随着能源的需求逐渐增加，推动了天然气管道工业的发展。西气东输等一些天然气管道项目建设加快了管道技术发展，尤其是天然气管道材料在强度、性能等各方面符合标准等提出了高要求。对此，笔者根据实践就天然气管道材料性能与应用进行了简要分析。

关键词：天然气；管道；材料性能；分析与应用

根据目前焊接材料发展情况分析，我国焊接材料发展落后于发达国家，多数管道的特殊焊接材料仍然需要靠进口。基于这一状况下，想要得到更高发展首先需要摆脱这一问题，提升建造天然气管道水平进而提升管道应用。

1 天然气管道分析

1.1 天然气管道

天然气管道主要作用是把天然气从处理厂运输至城市配气中心，也叫做输气管道。通过天然气管道进行天然气运输，也是现阶段陆地运输形式之一。在全球管道使用总量中，天然气管道约占总量的一半。

1.2 天然气管道结构

输气管道为相同的管对接而成。现阶段，集气管道和输气管道其材质为钢，主要连接方式为焊接。钢管也具有较多类型，例如：螺旋缝管、直缝管等。其中，无缝管的应用条件为管径在529mm以下管道中。而直缝管的使用条件为较大口管道内。集输管横断面组成可以划分成多层。即：内涂层——钢管——外绝缘层——保温层，结构较为繁琐。相对于而言，钢管与外绝缘层则较为简单，内壁土层与保温层全部需要在输气技术上得以确认。

1.3 材料分析

管道的构成为钢管。天然气钢管需要经过精细化生产、加工后，才能成为一个完整的冶金商品。钢管其加工技术分为多种，不同厂家有不同的工艺技术，生产的管道钢也不同。20世纪60年代，主要为X52钢级，到了70年代使用的X60、X65钢级，80～90年代主要以X70钢为主。随着科学技术的发展，国外在输气管道上开始应用X80钢。目前我国开始致力于推广管道钢的研究。例如：X100、X120；但处于实验状态。此外，我国在一些地区也首次实现了X80级管道钢使用在7.71km实验中。在4843km二线干线管道内采用了直径为1219mm的X80管道钢。这一成果标志着我国将输气压力增加到了12MPa。一般状态下，X80钢的成分组织是铁素体与贝氏体双相组织。其X100管道钢为贝氏体组织，X120管道钢为超低碳贝氏体与马氏体。使得我国天然气管道无论是在材料、还是在柔软度上均符合我国质量标准。

2 管道材料应用

2.1 强度分析

管道材料强度与性能，主要对屈服极限、抗拉强度极限、扩展率数值的研究。其3项参数因为材料具有一定差异性而存在一定不同，钢管抗拉强度极限在335～365MPa；屈服极限在205～480MPa，钢的延伸性与屈服极限相反，延伸大则屈服极限减小，塑性越高易焊接。

2.2 天然气管道断裂柔韧度

管道断裂通常可以划分为：柔韧性断裂与脆性断裂。原因是超出承受的拉力范围，或是裂缝问题致柔韧折断。而当温度角度、拉力较多、裂缝问题等共同作用下易出现脆性断裂。为确保管道完整，在制管与施工阶段需要控制管道裂纹与降低外应力等影响因素。

2.3 温差适应度

天然气主要在西北与东北区域，西北与东北区域冬季温度较低、干燥，温差大、气候温度差异明显。而天然气管道施工主要在温差较大的冻土层内。因此，天然气管道在材料选择上需要选择能够在低温或是高温下具有一定柔韧度，无断裂问题出现的材料。

2.4 材料防腐蚀性

众所周知，空气中包含二氧化碳、硫化物、硫化氢、氧与腐蚀性物质，其化合物能够对金属腐蚀，导致管道出现凹穴，严重时发生穿孔现象。针对这一问题，一般会在管道中涂刷聚乙烯管道防腐物质。其物质中具有一定防老化与抗腐蚀性，延长使用时间。因为其物质成分中包含双峰聚乙烯；具有支链度小、密度大、柔韧性较强，具有一定力学性能与耐环境应力开裂性。无毒无害，化学性较为稳定，导热值较弱，保温性较高。

3 天然气管道中钢管类别与应用

焊接刚是通过钢板在成型之后通过焊接成的钢管。其管无需较多费用投入、工艺简单、效果好、类别多样等特点。不过，在强度上要低于无缝钢管。自20世纪30年代后，一些帶钢连轧逐渐涌现，焊接技术与检测技术得到了提高，焊缝质量有所提升，焊接钢管规格较多而慢慢的代替无缝管。一般状态下，口径小的管适合适用平直焊接；反之则适用螺旋焊接。

3.1 螺旋焊钢管

（1）承压流体输送螺旋缝埋弧焊钢管。该种形式主要是通过热轧钢带作钢坯。在正常温度条件下固定成为螺旋状，随后利用双向埋弧形式使得承压流体在管内。钢管中能够承受较大压力、焊接性较强，并给经过实践证明，稳定性较强。钢管口径大、输送率较大，同时能够节省经济投入。

（2）高频焊接钢管。该种材料也适合应用在天然气管道中。该种钢管是利用热轧钢带卷为钢坯，在常规温度下固定成型，通过有效焊接方式。此外，通过承压流体的螺旋缝高频焊接钢管，有较大的抗压性、塑性高等特点。

3.2 直缝钢管

该钢管适合硬功在钢管纵向平行内。通常可以划分为多种类型。例如：电焊薄壁管、变压器冷却油管等。直缝钢管具有效率高、投入少、发展迅速的特点。大口径直缝埋弧焊接钢管主要利用折弯成型形式应用在天然气管道中。因为时常需要利用控扎板在冷态下成型加工成具有一定厚度的钢管，具有高成型精度与压力特点。

4 结语

制造天然气管道，应选择具有较强延伸性、韧性和防腐蚀性能较高的材料。我国目前的天然气运输管道多为螺旋风管与直缝钢管，应用效果显著。

参考文献

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（作者单位：广东科进尼龙管道制品有限公司）