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俄羅斯油氣輸送用焊管標準與國內工廠現行標準對比研究

來源:至德鋼業 日期:2021-01-14 00:38:13 人氣:169

對比俄羅斯常用油氣輸送用焊管標準GOST R 520792003,CTT-08.00-60.30.00-KTN-013-1-05,ТУ14-156-82-2009與國內工廠現行常用標準API Spec 5L,CDP-S-NGP-PL-006-2011-2,CDP-S-COP-PL-007-2011-2的差異。結果表明:俄羅斯油氣輸送用焊管標準與國內工廠現行標準在理化性能和生產檢驗等方面差異較大。俄羅斯標準對試樣力學性能要求較高,強調較低的屈強比和較高的伸長率以及管材屈服變形后的塑性變形能力;在生產檢驗時,檢驗項目繁多。

俄羅斯油氣資源極為豐富,油氣長輸管道項目繁多。近年來,俄羅斯重視發展東部油氣工業,將石油天然氣產品瞄準了中國、日本、韓國等亞太國家市場,俄羅斯計劃建設中俄天然氣管道項目(阿爾泰項目),正是其走向亞太地區能源市場的重要項目之一。

俄羅斯油氣管道設計和建設特點鮮明,油氣輸送用鋼管標準也自成體系,與API Spec 5L管線鋼管規范有較大差異。國內鋼管廠主要以API Spec 5L,ISO 3183石油和天然氣工業管道運輸系統用鋼管》、GB/T 9711石油天然氣工業管線輸送系統用鋼管標準為基礎1-8],對俄羅斯標準體系缺乏深入了解,在獲得中俄天然氣管道項目時,難以及時準確生產符合該標準體系的鋼管產品。因此,為加強我國在俄羅斯鋼管市場的競爭力,為我國參與中俄天然氣管道建設提供必要的技術儲備,有必要對俄羅斯鋼管標準進行深入研究。

筆者現就俄羅斯與國內工廠現行標準的差異展開討論,通過技術比對和分析,提出制造符合俄羅標準的管線鋼管的建議。

1俄羅斯標準簡介

GOST標準一般是指蘇聯標準,有時也指獨聯體成員國跨國標準。GOST R標準屬于俄羅斯聯邦標準,即俄羅斯標準。比如GOST R 52079即屬于俄羅斯聯邦標準。OCT為行業標準,是由國家管理機構在其權限范圍內通過的標準。CTП10,OTT,CTTТУ標準屬于企業標準,即企業自行制定并獲批準的標準。其中,OTT為一般要求,CTT為特殊規定,而ТУ標準更接近管線項目技術條件。最后是CTO標準,即科學技術與工程協會標準11。

2俄羅斯標準與我國工廠現行標準差異

俄羅斯油氣輸送用鋼管標準主要采用俄羅斯標準,國內油氣輸送鋼管常用標準為ISO 3183,而ISO 3183目前和API Spec 5L進行了整合和統一,即國內油氣輸送鋼管標準采用的是歐美體系的標準。

2.1適用范圍

這里主要選取GOST R 520792003焊接鋼管干線天然氣管道,石油管道和石油產品管線管技術條件(簡稱52079),CTT-08.00-60.30.00-KTN-013-1-05工作壓力14 MPa高強度管線管的壓力管道特殊要求(簡稱CTT)和ТУ14-156-82-2009直徑1 420 mm,強度等級為K65的直縫焊管,用于工作壓力為11.8 MPa的天然氣干線管道技術規范(簡稱ТУ3個代表性、實用性強的俄羅斯標準進行對比分析。其中,52079標準為基礎標準;CTT標準針對鋼管工作壓力14 MPa,鋼級K65K70的輸油管道;ТУ標準針對鋼管工作壓力11.8 MPa,鋼級K65的輸氣管道。

2.2單位制

俄羅斯標準一般采用SI國際單位制,尺寸規格以1 mm為單位增減;而GB/T 9711,ISO 3183均是以API Spec 5L為基礎轉化制定的標準,雖然標準都標有SIUSC英制兩種單位制,但其最初標準是以USC單位制為基礎設置的,所以其尺寸以USC單位制來增減。

2.3鋼級規定

API Spec 5L管線鋼標準的鋼級以雙牌號表示,分別是以字母L開頭,或者以字母XB級鋼以上強度的鋼級)開頭。以字母X開頭時,數字代表符合該鋼級的最小屈服強度值,以1 kpsi(千磅/平方英寸)表示。而俄羅斯管線鋼標準的鋼級以字母K開頭,數字代表以kgf/mm2為單位的該鋼級的最小抗拉強度值。

2.4化學成分

API Spec 5L對不同鋼級鋼管的化學成分都有詳細規定,而52079中沒有明確要求,但規定鋼管的化學成分應符合鋼材的化學成分要求。選取CTTТУ兩個代表性強的俄羅斯標準與中國石油天然氣股份有限公司天然氣與管道分公司發布的油氣儲運項目設計規定CDP-S-NGP-PL-006-2011-2天然氣管道工程鋼管通用技術條件(簡稱CDP-006)和CDP-S-COP-PL-007-2011-2原油管道工程鋼管通用技術條件(簡稱CDP-007)進行對比,不同標準對不同鋼級鋼管各元素的化學成分(質量分數)要求見表1。

他元素含量上限均比CDP低,尤其對S,PC元素的控制相對更加嚴格;同時,CTT中還給出了N,Al的上限值,而CDP中并未提及。

2.5拉伸性能

俄羅斯標準和API Spec 5L,CDP標準均對鋼管的屈服強度、抗拉強度、伸長率的下限值和屈強比的上限值做了明確規定。不同標準對鋼管母材、焊接接頭拉伸性能要求見表2。

從表2可以看出,52079標準要求K60屈強比為0.90,API Spec 5L要求X70-PSL2屈強比為0.93。同時,CTTK65K70的屈強比均小于CDPX80API Spec 5LX90-PSL2的屈強比。可以看出,俄羅斯標準與國內工廠現行標準相比,屈強比相對更低。同時,俄羅斯標準規定K60最小伸長率為20%,K65K70最小伸長率均為19%ТУ中規定K6518%。API中,按照X70,X80,X90棒樣計算,最小伸長率分別為17%,16%,14%,同樣低于俄羅斯標準。

綜上所述,俄羅斯標準更強調試樣低屈強比、高伸長率特性,即更強調鋼管在屈服變形后的塑性變形能力。該低屈強比組織微觀結構主要是貝氏體,并帶有少量體積分數的鐵素體。

2.6沖擊性能

52079對所有類型鋼管母材和焊縫金屬均有沖擊韌性要求,試驗用試樣缺口為V形和U形;而API Spec 5L一般采用V形缺口。API Spec 5L規定試驗溫度為0的沖擊韌性值,一般與鋼管的外徑、鋼級有關。52079中規定的試驗溫度為管線的最低溫度,沖擊韌性值與鋼管的外徑、工作壓力和溫度有關,與施工現場聯系更為緊密。不同標準對鋼管CVN沖擊性能要求對比見表3~4。

從表3可以看出,52079要求夏比沖擊試驗溫度比API Spec 5L20,CTTТУAPI Spec 5L40℃。俄羅斯標準中,該溫度一般根據管線工況確定,屬于額定最低使用溫度。從表3還可以看出,52079規定-20℃時鋼管母材夏比沖擊功比API Spec 5L標準0℃時的還要大。另外,CTT-40℃時鋼管母材和焊接接頭處的夏比沖擊功均比CDP-0070℃時的大。從表4可以看出,ТУ標準中-40℃時鋼管母材和焊接接頭處的夏比沖擊功均比CDP-006-5時的大。由此可見,俄羅斯標準對試樣夏比沖擊要求更加苛刻。

不同標準對鋼管DWTT剪切面積百分比要求對比見表5。552079標準中并未具體給出試驗溫度,從目前所掌握的俄羅斯標準推測,該試驗溫度應低于0。即使以0℃為準,52079中單個試樣的剪切面積百分比最小值為76.5%,也比API Spec 5L中規定的70%。ТУDWTT溫度為-20℃,遠低于CDP-006中要求的0℃。同時,ТУ中規定單個試樣的剪切面積百分比最小值為76.5%,也比CDP-006中要求高。綜上所述,俄羅斯標準對鋼管剪切面積百分比要求比國內標準嚴格。

2.7尺寸偏差

不同標準對鋼管尺寸偏差要求對比見表6。

在計算鋼管單位長度質量時,俄羅斯標準比國內工廠現行標準多了一個焊縫加強系數,俄羅斯標準在計算鋼管單位長度質量時考慮的更為全面。不同標準中鋼管單位長度質量計算公式見表7。

2.8水壓試驗

API Spec 5L標準和俄羅斯標準均要求對所有類型鋼管進行靜水壓試驗,并要求保留試壓曲線圖,而且要對軸向壓應力進行補償。水壓試驗壓力的計算公式相同,均為P=2St/D,但參數表征有所不同。API Spec 5L中的環向應力與鋼級、外徑有關,最大為鋼管最小屈服強度的90%,而俄羅斯標準規定環向應力為鋼管最小屈服強度的95%。API Spec 5Lt為規定壁厚,D為規定外徑;而俄羅斯標準中t為最?。òㄘ摴睿┍诤?,D為鋼管內徑。另外,水壓試驗的保壓時間也不相同,API Spec 5L規定保壓時間至少為10 s,俄羅斯標準規定保壓時間至少為20 s。

2.9無損檢測

API Spec 5L52079均對缺陷進行了定義,對X射線檢測、超聲波檢測和電磁渦流檢測的方法、檢測設備、標樣等進行了規定,具體要求見表8。但是,ТУCTT標準規定水壓試驗前后分別進行無損檢測,皆為強制性規定,這一點與國內工廠現行標準明顯不同。

3結論和建議

綜上所述,俄羅斯油氣輸送用鋼管標準與國內工廠現行標準相比,差異較大。

1)理化性能。

俄羅斯標準對試樣力學性能要求較高,強調較低的屈強比和較高的伸長率,強調管材在屈服變形后的塑性變形能力。同時,對于低溫沖擊韌性溫度,API Spec 5L規定為0或協議更低;而俄羅斯標準規定為-20℃甚至-40℃TУ,CTT中規定),且低溫韌性值普遍比國內工廠通行標準要求要高。此外,某些高鋼級(如K65/K70)標準對試樣的化學成分(質量分數)控制較嚴。

2)生產檢驗。

俄羅斯標準要求檢驗的項目繁多,檢驗環節涉及大量二級、三級標準。其中,ТУ,CTT標準將無損檢測分為水壓試驗前后分別進行,且為強制性規定。此外,俄羅斯標準還規定對入廠鋼板進行檢測,對測量鋼管的直徑、不圓、壁厚、直度、鈍邊等所用的依據、方法和工具做了非常詳細而明確的規定。依據K系列鋼管小批量試制經驗,筆者認為,國內某些鋼廠、管廠已經具備生產制造符合俄羅斯標準的鋼板及鋼管的能力。為達到俄羅斯標準要求,國內管廠需注意以下環節:

1)原材料環節。

關鍵點為解決原材料低屈強比、高延伸率問題。

2)生產環節。

關鍵點為調整生產工藝,滿足焊縫熱影響區沖擊韌性要求。

3)檢驗環節。

關鍵點為吃透檢驗用相關標準,適當購買符合俄羅斯焊管標準的檢驗工具。在后續管線項目中,為減少賣方與買方分歧,需要國內鋼廠、管廠對俄羅斯標準體系做更深入地研究,為國內管廠拓展俄羅斯鋼管市場,增強管線鋼管國際市場競爭力做好準備。

本文標簽:焊管標準 

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