中亚—俄罗斯地区钢管标准问题探讨<br/>——以克阿管线钢管供货标准磋商为例

中亚—俄罗斯地区钢管标准问题探讨
——以克阿管线钢管供货标准磋商为例

2021-04-07王文博

焊管 2021年2期

王钢，王文博，王瑾

（中国石油技术开发有限公司，北京100028）

0 前言

哈萨克斯坦的克孜勒奥尔达—阿斯塔纳天然气管线钢管供货项目由中国石油技术开发有限公司与哈萨克斯坦KSS 公司于2019 年3 月经多次协商确定。项目用钢管总量约26 万t，分别由俄罗斯和中国提供，管道公称直径为820 mm，工作压力9.8 MPa。该项目不同于以往的中亚管线，无中资背景，哈方首先提出了钢管的最初标准，整个标准分为两部分，基本原则如下： ①向俄罗斯采购的直缝埋弧焊管执行俄罗斯标准ГОСТ 31447—2012 《石油和石化产品传输管线干线用焊接钢管技术要求》，钢级为K60； ②向中国采购的螺旋埋弧焊管执行API SPEC 5L 标准以及补充技术条件，钢级为X70M。在确定原则的基础上，哈方提出了最初的技术要求，但是，哈方提出的要求与我国和欧美标准不尽相同，尤其是在止裂韧性指标方面。笔者介绍了哈萨克斯坦克阿输气管道X70M 钢管的技术标准的磋商及解决问题的途径，为我国钢管制造企业提供一定的参考。

1 哈方最初技术要求

克孜勒奥尔达—阿斯塔纳天然气管线项目用螺旋埋弧焊管主要规格为Φ820 mm×12 mm，执行标准为API SPEC 5L （45 版） PSL2，及补充技术条件（共24 条）。主要的4 个补充技术条件为： ①卷板化学成分应满足API SPEC 5L PSL2 中表5 的要求，并且应当符合买方要求，碳当量CEIIW上限不得超过0.42%； ②钢管应采用耐低温卷板生产，母材和焊缝应满足-20 ℃下V 形缺口试样和-60 ℃U 形缺口试样冲击试验要求，母材应满足-20 ℃断口剪切面积的要求； ③管端椭圆度不超过0.8%； ④所有成品钢管长度为11.7～12 m。

2 哈方最初技术要求存在的问题

哈方提出的最初技术要求存在以下问题：①合同要求卷板化学成分除满足API SPEC 5L（45 版） PSL2 要求外，还应满足买方要求，但买方并未给出明确要求； ②X70M 管线钢的强度要求与K60 有差异； ③API SPEC 5L 中要求夏比V 形缺口冲击试验0 ℃冲击功≥40 J，该指标需获得哈方认可； ④API 5L PSL2 中无U 形缺口冲击试验要求，需明确标准及要求值； ⑤断口剪切面积要求不明确，需确认断口剪切面积试验方法及要求，如果要求是夏比V 形缺口冲击试验， API SPEC 5L 中只要求报告结果，如果要求是落锤撕裂试验（DWTT），则-20 ℃太严苛，难度较大； ⑥无论是哈方技术要求中向俄罗斯采购的直缝埋弧焊管的执行标准ГОСТ 31447—2012，还是向中国采购的螺旋埋弧焊管执行标准和补充技术条件，哈方均未给出关键的止裂韧性要求。由于API SPEC 5L 标准只给出了确定止裂韧性的方法，哈方又给不出具体要求，如不予以明确，可能会存在延性断裂长程扩展的风险，需向哈方提出解决问题的建议。

3 解决办法

3.1 化学成分的确定

由于俄罗斯ГОСТ 31447—2012 标准和API SPEC 5L （45 版） PSL2 标准存在差异，难以兼顾。为满足双方需求，保证项目安全实施，经过分析，发现了一个兼容双方标准的俄罗斯标准，即俄罗斯伏尔加钢管厂制定的企业标准ТУ 14-156-77—2008 《工作压力≤9.8 MPa，直径530～1 420 mm 的大口径天然气焊管技术条件》，该标准兼容包括了K 系列和X 系列管线钢的钢级，其化学成分也都给出了相应规定。因此，选定ТУ 14-156-77—2008 作为参考标准，用于补充技术条件中哈方不能明确条款的制定依据，具有较好的效果。 ТУ 14-156-77—2008 标准对管线钢化学成分的要求见表1。

表1 ТУ 14-156-77—2008 标准对管线钢化学成分的要求

参考ТУ 14-156-77—2008 标准，与API SPEC 5L （45 版） PSL2 相关条款结合，将严格的指标定为最终要求，最终确定了本项目X70M管线钢的化学成分见表2。哈方曾对Nb、 V、 Ti的单个质量分数以及总质量分数提出疑问，经我方说明两者要求应同时满足后，哈方表示认可。

表2 最终确定的X70M 管线钢化学成分

3.2 拉伸性能的确定

与化学成分确定方式相同，拉伸性能的确定参照ТУ 14-156-77—2008 标准中的相关要求，拉伸性能见表3。

表3 ТУ14-156-77—2008 标准K 系列和X 系列管线钢的拉伸性能要求

根据API SPEC 5L 相关条款，参考ТУ 14-156-77—2008 标准，确定了本项目X70M 管线钢的拉伸性能要求见表4。对抗拉强度下限进行了微调，与K60 保持一致。

表4 最终确定的X70M 管线钢力学性能要求

3.3 断裂韧性指标的确定

根据API 5L 和ТУ 14-156-77—2008 相关条款，双方一致确定了-20 ℃管体、焊缝和热影响区的起裂抗力以及-5 ℃的DWTT 剪切面积要求。但是俄罗斯标准采用的冲击韧性单位与ISO 标准不一致，要按缺口下方面积进行换算。哈方坚持按ISO148-1 进行-60 ℃的U 形缺口冲击试验，采用5 mm 的缺口，但却要求吸收能量值不变。我方同意进行-60 ℃的U 形缺口冲击试验，并说明不同缺口深度下的面积，而俄罗斯标准采用的冲击韧性单位与ISO 标准不同，应考虑缺口深度的影响。最终取得哈方认可，采用2 mm 深度的缺口以及冲击吸收能量要求。同时，明确了剪切面积要求是针对DWTT，按API 标准进行， CVN 剪切面积作为信息报告。为便于哈方了解国产X70 管线钢的韧性裕度，同意列入了系列温度冲击试验。

3.4 止裂韧性指标的确定

由于克阿管线是天然气长输管道，存在发生长程延性断裂扩展的危险。除了满足上述起裂抗力要求外，还需按API SPEC 5L 附录G——抗延性断裂的PSL2 钢管要求，确定其阻止长程延性断裂扩展的止裂韧性要求。由于哈方不能提出管体止裂韧性要求，但此问题存在巨大风险，因此我方协助其进行了该工作。首先根据欧洲管线研究组织（EPRG） 2018 年关于管线钢止裂韧性的推荐意见第三版（IPC2018-78043），判定其输送介质是否是富气。 EPRG 推荐意见第三版给出了确定贫气的定义表（见表5），只有表中所有项都满足要求才能确定为贫气，否则为富气。

按表5 要求对克阿管线气体组分进行逐项计算对比，幸运的是，克阿管线天然气组分计算结果表明是贫气，可运用EPRG 推荐的查表法确定止裂韧性要求。根据EPRG 2018 年关于管线钢止裂韧性的推荐意见（第三版）表4b 中的要求， X70钢级、 9.8 MPa 压力、设计系数不大于0.72 的管线钢管，其以夏比冲击吸收能表示的Φ820 mm 钢管的止裂韧性为120 J。由于此值高于起裂抗力要求，因此管体夏比V 形缺口试样冲击试验要求可统一为Φ820 mm 钢管-20 ℃下的止裂韧性为120 J。