1 鋼管的應(yīng)用

鋼管是燃?xì)夤こ讨袘?yīng)用 多的管材。其主要優(yōu)點(diǎn)是：強(qiáng)度高、韌性好、承載應(yīng)力大，抗沖擊性和嚴(yán)密性好，可塑性好，便于焊接和熱加工，壁厚較薄、節(jié)省金屬。但其耐腐蝕性較差，需要有妥善的防腐措施。燃?xì)夤こ讨惺褂玫匿摴芤话阌蓛?yōu)質(zhì)低碳鋼（Q235）或低合金鋼（16Mn）制成。

1.1 鋼管的選材

用于城市燃?xì)?a href='http://excelonlinenow.com' title='管道' target='_blank'>管道的鋼管主要有無(wú)縫鋼管和直縫鋼管兩大類。無(wú)縫鋼管的強(qiáng)度很高，但受生產(chǎn)工藝和成本的限制，一般是DN200以下的小口徑鋼管。焊接鋼管種類較多，按焊接方式可分為直縫焊接鋼管和螺旋縫焊接鋼管兩類。其中，直縫焊接鋼管（以下簡(jiǎn)稱直縫管）又包括直縫雙面埋弧焊（LSAW）鋼管和高頻電阻焊（ERW）鋼管等幾種。螺旋縫焊接鋼管（以下簡(jiǎn)稱螺旋管）則是螺旋縫雙面埋弧焊（HSAW）鋼管。

將直縫管和螺旋管的制造工藝進(jìn)行比較，則前者的優(yōu)勢(shì)在于：

① 螺旋管的制造工藝決定其殘余應(yīng)力要大于直縫管，因直縫管采用整體擴(kuò)徑工藝，殘余應(yīng)力接近零，而螺旋管不能做到這一點(diǎn)；

② 螺旋管焊縫錯(cuò)邊量大多在1.1~1.2mm范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)要求錯(cuò)邊量要小于壁厚的10%，對(duì)于薄壁管，錯(cuò)邊量很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，而厚壁鋼管直縫管不存在此問(wèn)題；

③ 與直縫管相比，螺旋管焊縫流線較差，應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重；

④ 螺旋管熱影響區(qū)大于直縫管，而熱影響區(qū)是焊管質(zhì)量的關(guān)鍵；

⑤ 螺旋管幾何尺寸精度差，給現(xiàn)場(chǎng)施工，如對(duì)口、焊接帶來(lái)一定困難；

⑥ 同樣管徑，螺旋焊管可能達(dá)到的厚度遠(yuǎn)小于直縫管，如直縫管板厚一般為6~25mm， 厚可達(dá)45mm，而螺旋管壁厚 大只能達(dá)到18mm；

⑦ API直縫管焊縫比螺旋管縮短60%，焊縫缺陷出現(xiàn)概率低；

⑧ 直縫管母材為單張控軋鋼板，可進(jìn)行100%無(wú)損探傷，而螺旋管母材為熱軋鋼板卷，不能做到100%的無(wú)損探傷；

⑨ 直縫管采用先成型后焊接的工藝，在焊接前有條件檢查成型縫的質(zhì)量，焊縫的間隙、坡口、錯(cuò)邊等可檢測(cè)處理，而螺旋管采用邊成型邊焊接的工藝，即使在焊接進(jìn)程中發(fā)現(xiàn)有錯(cuò)邊、開(kāi)縫等缺陷也很難隨時(shí)停機(jī)處理，可見(jiàn)直縫管的焊接質(zhì)量要優(yōu)于螺旋管[2]。

因此，直縫管的工藝質(zhì)量綜合性能要憂于螺旋管。目前國(guó)內(nèi)直縫管的生產(chǎn)情況是：公稱直徑DN400及其以下為高頻電阻焊鋼管，公稱直徑DN400以上為直縫雙面埋弧焊鋼管。對(duì)于直縫雙面埋弧焊鋼管，按成型工藝的不同，共有UOE、JCOE、HME、RBE和PFP等五種成管方式，以前兩者 為常見(jiàn)。由于UOE成型焊接鋼管生產(chǎn)線的成型設(shè)備技術(shù)含量高，生產(chǎn)效率高，成型工藝較簡(jiǎn)單，成型好，成型后焊接應(yīng)力?。磺矣捎谏a(chǎn)中采用水壓整體擴(kuò)徑，可有效消除鋼管內(nèi)應(yīng)力，提高了管材的強(qiáng)度和尺寸精度，所以質(zhì)量?jī)?yōu)于JCOE成型焊接鋼管。

但是，螺旋管用卷板制管，造價(jià)比用鋼板卷制的直縫鋼管低廉。而且，螺旋管的焊縫在管子上形成的線條比直縫管均勻，焊縫避開(kāi)了主應(yīng)力方向。所以螺旋管在城市燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)中也還是有一定應(yīng)用。

1.2 鋼管的選用

城市燃?xì)夤艿腊ㄝ敋飧晒?、分配管道、用戶引入管和室?nèi)燃?xì)夤艿?，各管道都有不同的用途。按輸氣壓力的不同，又可分為低壓（不高?FONT face=Arial>0.01MPa）、中壓（0.01~0.4MPa）、次高壓（0.4~1.6MPa）和高壓（1.6~4.0MPa）。一般來(lái)說(shuō)，管道壓力越高，管道漏氣的可能性越大，對(duì)管道的質(zhì)量要求也越高；但采用較高壓力的管道，則可以減少整個(gè)管道網(wǎng)的初投資。不同用途、不同壓力和不同直徑的管道，就必須有不同材質(zhì)和不同工藝。

城市燃?xì)夤芫W(wǎng)中，高壓、次高壓管道和輸氣干管一般都選用鋼管，但是也存在著鋼管類型的選用問(wèn)題。近年來(lái)，直縫管在壓力較高的管道中呈現(xiàn)出逐漸取代螺旋管的趨勢(shì)。目前，高頻電阻焊（ERW）鋼管比螺旋管價(jià)格還要低，而且質(zhì)量可靠性高于螺旋管，有著良好的性價(jià)比，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。有一種取法是管道外徑￠≤406mm采用直縫電阻焊ERW鋼管，￠＞406mm采用直縫雙面埋弧焊鋼管（UOE成型工藝）[3]。

中低壓管道方面，PE管柔韌性好、耐腐蝕、管道內(nèi)壁光滑等優(yōu)點(diǎn)，使得PE80材質(zhì)PE管成為小直徑中低壓燃?xì)夤芫W(wǎng)的主要管材。而在國(guó)外，高密度的PE100材質(zhì)PE管由于在價(jià)格和維護(hù)成本方面具有鋼管無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，已成為埋地中低壓燃?xì)夤艿拦懿牡?選[1]。但當(dāng)管道管徑較大、大于PE管的經(jīng)濟(jì)界限管徑時(shí)，則應(yīng)選用鋼管。例如，DN200以上的中壓管道是以選用直縫電阻焊ERW鋼管為主。

城市里人口積聚、車輛集中、施工區(qū)繁多、地下設(shè)施復(fù)雜，燃?xì)夤艿浪幁h(huán)境特殊，故對(duì)管道的選用提出了更高的要求。在重點(diǎn)區(qū)域應(yīng)選用直縫管，減少制管焊縫長(zhǎng)度，提高焊縫質(zhì)量，降低發(fā)生事故的可能性。另外在確定管道鋼級(jí)時(shí)，應(yīng)在按經(jīng)濟(jì)比選出的鋼級(jí)基礎(chǔ)上再降低一級(jí)，以增加管道壁厚，提高管道線性剛度。

2 鋼管腐蝕及防腐

在城市燃?xì)夤芫W(wǎng)中，燃?xì)夤艿酪话悴扇〉叵路笤O(shè)，這容易給金屬管道包括鋼管帶來(lái)嚴(yán)重的腐蝕。而且與長(zhǎng)輸管道相比，城市燃?xì)夤艿蓝酁榄h(huán)狀、枝狀，管件密布，管道變徑較普遍；隨著城市建設(shè)的進(jìn)展逐步形成并拓展，質(zhì)量缺陷較多；周邊環(huán)境復(fù)雜甚至突變，城市雜散電流干擾嚴(yán)重。這都要求做好鋼管的防腐工作。

2.1 鋼管腐蝕類型

埋地金屬管道的腐蝕形式分為均勻腐蝕和局部腐蝕兩種，多以局部腐蝕為主，其危害性也 大。鋼管在土壤中的腐蝕過(guò)程主要是電化學(xué)溶解過(guò)程，由于形成了腐蝕電池從而導(dǎo)致管道的銹蝕穿孔。按腐蝕電池陽(yáng)極區(qū)與陰極區(qū)間距的大小，又可將鋼管的腐蝕形態(tài)分為微電池腐蝕和宏電池腐蝕兩大類。

所謂微電池腐蝕，是指由相距僅為幾毫米甚至幾微米的陽(yáng)極和陰極所組成的微電池作用所引起的管道腐蝕。其外形特征十分均勻，故又稱均勻腐蝕。由于微陽(yáng)極與微陰極相距非常近，故微電池腐蝕的速度不依賴于土壤電阻率，僅決定于微陽(yáng)極和微陰極的電極過(guò)程。微電池腐蝕對(duì)埋地鋼管的危害性較小。

所謂宏電池腐蝕，是指由相距幾厘米甚至幾米的陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)所組成的宏電池作用所引起的管道腐蝕。宏電池腐蝕也稱局部腐蝕。由于陽(yáng)極區(qū)與陰極區(qū)相距較遠(yuǎn)，土壤介質(zhì)電阻在腐蝕電池回路總電阻中占相當(dāng)大比例，因此宏電池腐蝕的速度除與陽(yáng)極和陰極的電極過(guò)程有關(guān)外，還與土壤電阻率有關(guān)。土壤電阻率大，就能降低宏電池腐蝕的速度。在埋地鋼管表面出現(xiàn)的斑塊狀或孔穴狀的腐蝕即由宏電池腐蝕造成，其危害性相當(dāng)大。

綜上所述，埋地管道在土壤中主要遭受電化學(xué)腐蝕，、該腐蝕分為陽(yáng)極過(guò)程、陰極過(guò)程、電流流動(dòng)三個(gè)過(guò)程，相互獨(dú)立又彼此聯(lián)系，其中一個(gè)過(guò)程受阻，另兩個(gè)過(guò)程也受阻，腐蝕電池就會(huì)停止和減慢[4]。這給我們采取防腐對(duì)策提供了理論依據(jù)。

2.2 鋼管的防腐方法

針對(duì)埋地管道電化學(xué)腐蝕的三個(gè)過(guò)程，鋼管的防腐方法也從抑制其中某一過(guò)程入手。如在管道外壁加防腐涂層，可增大回路電阻，減少腐蝕電流；外加直流電源，使鋼管對(duì)土壤造成負(fù)電位、形成陰極保護(hù)，可消除陰陽(yáng)極電位差，從根本上停止陰陽(yáng)極過(guò)程的進(jìn)行。防腐涂層法治表，陰極保護(hù)法治本。但是一旦防腐涂層破損，露鐵部分會(huì)加速局部腐蝕。故防腐涂層與陰極保護(hù)相結(jié)合才是表本兼治的方法，經(jīng)濟(jì)而有效。美國(guó)等國(guó)家已明確規(guī)定，采用了防腐涂層的同時(shí)必須采用陰極保護(hù)。但對(duì)于城市燃?xì)庀到y(tǒng)，由于地下管網(wǎng)密集，陰極保護(hù)的外加電源對(duì)其它管道干擾大，會(huì)造成自身受益、他家受害的局面。而采用比鋼管電位負(fù)的金屬材料與鋼管相連的犧牲陽(yáng)極保護(hù)法則不會(huì)出現(xiàn)此類情況，因此，城市燃?xì)獾妮敋飧晒軕?yīng)采用防腐涂層與犧牲陽(yáng)極相結(jié)合的防腐方法。對(duì)于其他壓力較低的非主干管道，則一般直接采用防腐涂層法。目前埋地燃?xì)夤艿莱Ｓ玫耐夥栏繉又饕腥龑?FONT face=Arial>PE復(fù)合結(jié)構(gòu)、環(huán)氧樹(shù)脂粉末（FBE）、煤焦油瓷漆、環(huán)氧煤瀝青和PE膠帶等五類。三層PE復(fù)合結(jié)構(gòu)、環(huán)氧樹(shù)脂粉末防腐涂層性能優(yōu)異，因而也是歐美國(guó)家埋地管道的主要防腐涂層[1]。在我國(guó)，從耐用年限、維護(hù)費(fèi)用等全面的經(jīng)濟(jì)因素考慮，一般 選三層PE復(fù)合結(jié)構(gòu)防腐涂層。在犧牲陽(yáng)極保護(hù)法中，一般采用鎂合金作為犧牲陽(yáng)極對(duì)管道進(jìn)行保護(hù)。由于在輸出電流過(guò)程中遭受破壞，鎂合金犧牲陽(yáng)極的設(shè)計(jì)使用年限 好與管道的使用年限相匹配，既不產(chǎn)生浪費(fèi)也不多增加維護(hù)費(fèi)用。但應(yīng)注意的是，當(dāng)土壤電阻率太高和被保護(hù)管道穿過(guò)水域時(shí)，不宜采用犧牲陽(yáng)極保護(hù)[5]。不同的防腐方法有不同的防腐質(zhì)量和費(fèi)用，應(yīng)根據(jù)被保護(hù)鋼管的不同壓力、不同用途及其所處的不同環(huán)境和輸送的不同燃?xì)?，綜合全面地考慮防腐方法和防腐費(fèi)用。在考慮經(jīng)濟(jì)合理性方面應(yīng)注意兩點(diǎn)：①燃?xì)夤芫W(wǎng)建設(shè)時(shí)的一次防腐投資，②燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)行后的維護(hù)費(fèi)用。由于城市燃?xì)夤芫W(wǎng)位于市區(qū)，投運(yùn)后維護(hù)檢修困難且費(fèi)用較高，因此應(yīng)適當(dāng)加大一次投資，以減少投運(yùn)后管道的日常維修工作量[1]。

3 結(jié)束語(yǔ)

在城市燃?xì)忸I(lǐng)域，甚至整個(gè)燃?xì)忸I(lǐng)域，鋼管都發(fā)揮了不可替代的重要作用。但是，我們也必須看到由于我們?cè)谠O(shè)計(jì)、施工和維護(hù)管理等方面的工作還存在一定問(wèn)題，導(dǎo)致燃?xì)夤艿缐勖^短，實(shí)際輸氣能力與設(shè)計(jì)值相差較大，發(fā)生爆管、漏氣等事故，浪費(fèi)國(guó)家物資，妨礙社會(huì)穩(wěn)定，影響城市正常建設(shè)和市民日常生活，甚至威脅人民生命和財(cái)產(chǎn)的安全。

當(dāng)然，發(fā)生以上問(wèn)題有其他客觀因素的影響，但我們專業(yè)工程技術(shù)人員也應(yīng)當(dāng)負(fù)有一定責(zé)任。通過(guò)我們的合理設(shè)計(jì)、文明施工、細(xì)心維護(hù)、規(guī)范管理，再配合政府部門、生產(chǎn)廠家和廣大市民的共同努力，我國(guó)的城市燃?xì)馐聵I(yè)必定會(huì)得到更廣泛、更健康的發(fā)展。

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