燃气工程中钢管的应用及防腐方法

简介： 简单介绍了城市燃气管道的种类和材料。重点介绍了几种不同材质的钢管及其适用范围，并对其进行了比较。详细介绍了埋地钢管的土壤腐蚀类型及比较常见的防腐方法。最后指出了城市燃气管道中存在的一些问题和解决途径。
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0 前言
近十余年，我国的城市燃气事业蓬勃发展，设计、施工和管理等各方面技术都有了很大进步。尤其是今年来，不少城市发展城市燃气事业，对节约能源、保护环境、提高人民生活水平和促进社会经济发展都有重要意义。

现代化的城市燃气输配系统是复杂的综合设施，其主要部分是燃气管网。燃气管网敷设造价约占项目总造价的60%~70%，其中管材费用约占管网敷设造价的60%以上[1]。用于输送燃气的管材种类很多，主要有钢管、铸铁管和PE塑料管等三类。我们必须根据燃气性质、系统压力和施工要求来选用，并应满足机械强度、抗腐蚀、抗震和气密性等基本要求。

1 钢管的应用
钢管是燃气工程中应用最多的管材。其主要优点是：强度高、韧性好、承载应力大，抗冲击性和严密性好，可塑性好，便于焊接和热加工，壁厚较薄、节省金属。但其耐腐蚀性较差，需要有妥善的防腐措施。燃气工程中使用的钢管一般由优质低碳钢（Q235）或低合金钢（16Mn）制成。

1.1 钢管的选材

用于城市燃气管道的钢管主要有无缝钢管和焊接钢管两大类。无缝钢管的强度很高，但受生产工艺和成本的限制，一般是DN200以下的小口径钢管。焊接钢管种类较多，按焊接方式可分为直缝焊接钢管和螺旋缝焊接钢管两类。其中，直缝焊接钢管（以下简称直缝管）又包括直缝双面埋弧焊（LSAW）钢管和高频电阻焊（ERW）钢管等几种。螺旋缝焊接钢管（以下简称螺旋管）则是螺旋缝双面埋弧焊（HSAW）钢管。

将直缝管和螺旋管的制造工艺进行比较，则前者的优势在于：

① 螺旋管的制造工艺决定其残余应力要大于直缝管，因直缝管采用整体扩径工艺，残余应力接近零，而螺旋管不能做到这一点；

② 螺旋管焊缝错边量大多在1.1~1.2mm范围内，标准要求错边量要小于壁厚的10%，对于薄壁管，错边量很难达到标准要求，而直缝管不存在此问题；

③ 与直缝管相比，螺旋管焊缝流线较差，应力集中现象严重；

④ 螺旋管热影响区大于直缝管，而热影响区是焊管质量的关键；

⑤ 螺旋管几何尺寸精度差，给现场施工，如对口、焊接带来一定困难；

⑥ 同样管径，螺旋焊管可能达到的厚度远小于直缝管，如直缝管板厚一般为6~25mm，最厚可达45mm，而螺旋管壁厚最大只能达到18mm；

⑦ 直缝管焊缝比螺旋管缩短60%，焊缝缺陷出现概率低；

⑧ 直缝管母材为单张控轧钢板，可进行100%无损探伤，而螺旋管母材为热轧钢板卷，不能做到100%的无损探伤；

⑨ 直缝管采用先成型后焊接的工艺，在焊接前有条件检查成型缝的质量，焊缝的间隙、坡口、错边等可检测处理，而螺旋管采用边成型边焊接的工艺，即使在焊接进程中发现有错边、开缝等缺陷也很难随时停机处理，可见直缝管的焊接质量要优于螺旋管[2]。

因此，直缝管的工艺质量综合性能要忧于螺旋管。目前国内直缝管的生产情况是：公称直径DN400及其以下为高频电阻焊钢管，公称直径DN400以上为直缝双面埋弧焊钢管。对于直缝双面埋弧焊钢管，按成型工艺的不同，共有UOE、JCOE、HME、RBE和PFP等五种成管方式，以前两者最为常见。由于UOE成型焊接钢管生产线的成型设备技术含量高，生产效率高，成型工艺较简单，成型好，成型后焊接应力小；且由于生产中采用水压整体扩径，可有效消除钢管内应力，提高了管材的强度和尺寸精度，所以质量优于JCOE成型焊接钢管。

但是，螺旋管用卷板制管，造价比用钢板卷制的直缝钢管低廉。而且，螺旋管的焊缝在管子上形成的线条比直缝管均匀，焊缝避开了主应力方向。所以螺旋管在城市燃气输配管网中也还是有一定应用。

1.2 钢管的选用

城市燃气管道包括输气干管、分配管道、用户引入管和室内燃气管道，各管道都有不同的用途。按输气压力的不同，又可分为低压（不高于0.01MPa）、中压（0.01~0.4MPa）、次高压（0.4~1.6MPa）和高压（1.6~4.0MPa）。一般来说，管道压力越高，管道漏气的可能性越大，对管道的质量要求也越高；但采用较高压力的管道，则可以减少整个管网的初投资。不同用途、不同压力和不同直径的管道，就必须有不同材质和不同工艺。

城市燃气管网中，高压、次高压管道和输气干管一般都选用钢管，但是也存在着钢管类型的选用问题。近年来，直缝管在压力较高的管道中呈现出逐渐取代螺旋管的趋势。目前，高频电阻焊（ERW）钢管比螺旋管价格还要低，而且质量可靠性高于螺旋管，有着良好的性价比，应用越来越广泛。有一种取法是管道外径￠≤406mm采用直缝电阻焊ERW钢管，￠＞406mm采用直缝双面埋弧焊钢管（UOE成型工艺）[3]。

中低压管道方面，PE管柔韧性好、耐腐蚀、管道内壁光滑等优点，使得PE80材质PE管成为小直径中低压燃气管网的主要管材。而在国外，高密度的PE100材质PE管由于在价格和维护成本方面具有钢管无法比拟的优势，已成为埋地中低压燃气管道管材的首选[1]。但当管道管径较大、大于PE管的经济界限管径时，则应选用钢管。例如，DN200以上的中压管道是以选用直缝电阻焊ERW钢管为主。

城市里人口积聚、车辆集中、施工区繁多、地下设施复杂，燃气管道所处环境特殊，故对管道的选用提出了更高的要求。在重点区域应选用直缝管，减少制管焊缝长度，提高焊缝质量，降低发生事故的可能性。另外在确定管道钢级时，应在按经济比选出的钢级基础上再降低一级，以增加管道壁厚，提高管道线性刚度。

2 钢管腐蚀及防腐
在城市燃气管网中，燃气管道一般采取地下敷设，这容易给金属管道包括钢管带来严重的腐蚀。而且与长输管道相比，城市燃气管道多为环状、枝状，管件密布，管道变径较普遍；随着城市建设的进展逐步形成并拓展，质量缺陷较多；周边环境复杂甚至突变，城市杂散电流干扰严重。这都要求做好钢管的防腐工作。