长输管道设计施工中的问题

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翻新时间：2023-01-29

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长输管道设计施工中的问题

随着管道输送工艺的不断发展，管道输送以其输送成本低、管理方便等优势，在各个领域的应用越来越广，在国民经济发展中的作用越来越大，但由于管道工程投资大、建设周期长、整体性强，因此，管道安全问题显得尤为重要。下面就谈一谈长输管道设计、施工中的几点安全问题。

二、管道材质的选择

由于在相同管径和输送压力下，选用高强度钢材可以减少钢材用量，进而降低管材的运输、施工等费用。因此出于经济角度考虑，目前国内外在管材选择上多使用高强度钢材，如Ｘ６５、Ｘ７０、Ｘ８０等，但由于冶金，轧制等技术原因，目前高强度钢管、尤其是Ｘ８０这样的超高压力钢管还存在着一定问题，一是产品质量控制难度大，在管材内部易出现隐形缺陷，二是随着强度的提高，管材韧性尤其是管材冲击韧性的上平台能ＣＮＮ值难以得到相应提高。这两种因素的迭加，再加上管材在运输和施工过程中造成的损伤，使得高强度管道发生延性断裂的几率大大增加。

据有关资料统计，使用Ｘ６０以上级管材的各级管道，均有管道发生过延性断裂。因此对长输管道而言，由于其管径大、输送距离长，管材内部缺陷、运输施工损伤及焊缝缺陷漏检几率增大，再加上管道沿途不乏人口密集地区，输送介质一般又为易燃易爆或有毒介质，这就对管道安全提出了更高的要求，因此，目前在管道材质选择上应选用技术较为成熟、ＣＮＮ值较高、焊接工艺成熟的Ｘ６０、Ｘ６５级钢管为宜。

三、管道的断裂与止裂

１９６０年美国Ｔｒａｎｓｗｅｓｔｅｒｎ公司在对一条直径７６２毫米、材质Ｘ５２的输气管道进行气压试验时，管道发生断裂，断裂长度为１３ｋｍ，裂源为一根管子在运输过程中造成的损伤，起裂后，裂纹向两边扩展，一端碰到一个厚壁三通后止裂，另一端碰到一根韧性较大的管子而止裂。若当时管道已投入运营，管内介质为有毒或易燃易爆气体，发生这样的断裂，其灾难性后果是可以想象的。因此，对材质等级较高的管道在设计时应考虑管道裂纹失稳扩展的控制。

管道断裂可以分为脆性断裂和韧性断裂两种。就脆性断裂而言，随着冶金技术水平的提高，目前象Ｘ７０钢其韧性形貌转变温度已达到零下４０摄氏度以下，在我国这样的气候条件下，一般不具备发生脆性断裂的条件。但当管道的ＣＮＮ值较低时，在常温下管道易发生韧性断裂。近来的研究表明，虽然对于韧性断裂，其裂纹扩展速度一般只有６０～２５０米／秒，而象天然气等气体的减压波速度约为４００米／秒，按照过去的理论，裂纹似乎应该止裂，但对于输气管道而言，因为在减压波的后面，裂纹尖端处的输送介质仍保留有一定的压力，在气体释放过程中，由于气体体积的快速膨胀，把能量传给裂纹，如果在此温度下材料的ＣＮＮ值较低，仍会造成裂纹的继续扩展。在裂纹处残留的压力越高裂纹扩展速度越快，并且随着环向应力和管道直径的增加，产生韧性断裂失稳扩展的趋势就越大，也就是说止裂越困难。尤其是近年来，出于管输的经济效益考虑，对管径、输送压力、管材强度等级的选取越来越高，在这样的条件下，要防止管道韧性断裂的发生，就对管材的韧性提出了更高的要求。例如，有关资料介绍，对于西气东输管道管道材质为Ｘ７０，管径为１０１６毫米，壁厚为１９毫米，输送介质为天然气，要使其能自身止裂，其上平台能应达到１５４Ｊ。可见，要达到这样的韧性指标是很困难的，也是不经济的。

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