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用途：用于石油、天然氣工業中的氣、水、油輸送

（管線管規范），是美國石油學會編制并發布的，在世界各地通用。 管線管:是把抽出地面的油、氣或水，通過管線管輸送到石油和天然氣工業企業。管線管包括無縫和焊接管兩種，其管端有平端、帶螺紋端和承口端;其連接方式為端頭焊接、接箍連接、承插連接等。該管主要材質為L245、L290、L360、L418、L480、G.R B、X42、X46、X56、X65、X70、X80、X100等鋼級。

一、 選用管材等級的影響因素

1、 設計輸送壓力

埋地鋼管在服役時由于受設計輸送壓力（內力）P的作用，在管壁上產生環向應力（σ_h）及軸向應力（σ_a），一般要求這些應力小于或等于管材允許使用應力。允許使用應力是依據管材等級，即鋼管屈服極限（σ_s）來乘以設計系數（F）、焊縫系數（Φ）、溫度系數（t）而定。管道壁厚是依據強度要求而確定的

δ＝PD/2ΦFσ_st或δ＝PD/2ΦFσ_s （1）

式中 P——設計輸送壓力；

δ——鋼管選用壁厚；

D——鋼管外徑；

Φ——焊縫系數，選用目前國家標準《石油天然氣工業輸送鋼管交貨技術條件》（GB/T 9711.1～

9711.3）的鋼管，取1.0；

F——設計技術，依GB 50251-94《輸氣管道工程設計規范》及GB 50253-94《輸油管道工程設計規范》

的規定選??；

t——溫度系數，當輸送溫度小于120℃時，取1.0。

由于（1）可以看出，在同一壓力與直徑下選用管材等級（用鋼管屈服強度表示σ_s）越高，管子壁厚越小，管道工程總的管材用量將減少。

2、 韌性要求

隨著輸送應力的提高及環境因素的影響，國內外多次發生管道斷裂事故，因而從60年代以來對管材的韌性要求越來越高。根據文獻【1】提出的要求，特別是對輸送油氣的管道，不允許有脆性斷裂。按照文獻【2】總結的國外對管材塑性斷裂止裂的要求，沖擊功CVN值是隨著應力σ_h增加而增加，也隨管徑D增大而增大。而CVN值同管材的化學組分、軋制方法與過程、微晶結構與細度等因素有關，過去提高管材強度是靠提高碳（C）的含量實現的，這反而降低了CVN值，現在的微合金鋼將碳（C）級硫（S）降到很低含量，而增加錳（Mn）含量，如API標準中×80級管材允許碳（C）最大含量為0.18％，而錳（Mn）的最大含量增至1.8％。因此，現在的高強度等級管材也可以滿足高韌性要求，如加拿大要求×80級管材在-5℃時，母材CVN值為180J、焊縫的CVN值為36J，這有利于發展高壓、大管徑輸送油氣的需要。同等級管材應適當增加選用壁厚，降低σ_h值，則CVN值也可以適當降低。

3、 剛度與穩定的要求

鋼管在運輸、儲藏、服役過程中，應有一定的剛度及變形穩定性的要求，這在GB 50251與GB 50253中均反映管材壁厚要求。雖然在一定的壓力P與管徑D條件下，選用高強度等級管材可以減薄壁厚，減少管材總用量，但太薄的壁厚有可能滿足不了此要求。在GB 50253-94第5.6.1條中要求D／δ≤140，在

GB 50251-94第5.1.3條中，依照D的大小要求60≤D／δ≤140。兩標準均規定管子在無內壓狀態時受外力作用管子水平徑向變形量不得大于3％D。

在建立管材等級選用模式時，取式（2）可滿足兩個國家標準要求：60≤D／δ≤140 （2）

4、 腐蝕

埋地鋼管在周圍土壤環境和輸送介質作用下，惠產生電化學腐蝕或H₂S腐蝕，因此對材質選用有要求。但是這種要求與材質等級關系不大，只與材質成分、防腐措施有關，文獻【3】已有論述。需要指出的是，管壁厚度對SCC是有影響的，低σ_h厚壁有利抗SCC（應力腐蝕裂紋）。

5、 施工組焊

管道工程施工組焊要求管材有良好的可焊性與較小的冷裂紋敏感系數，可焊性與材質碳當量有關，由于冶煉技術的提高，現在無論是低碳鋼還是高強度微合金鋼，均能控制碳當量（Ceq），達到良好的可焊性要求。目前高強度等級鋼管相對于低強度等級鋼管需要增加施工措施，管材等級高于×60級時，低溫地區組焊均要求預熱和保溫，防止冷裂紋?？偟膩碚f，施工組焊對管材等級選用影響不大。

6、 經濟影響因素

管材選用的就經濟性E，涉及管道長度L、管徑D、管材等級σ_s、鋼管壁厚δ、鋼管型式M及施工組焊費用Cw，可用式（3）表達：E＝f（L，D，δ，σ_s，M，Cw） （3）

式（3）中除了L、D相對于某條管道是固定值外，M與Cw是可變因素，但不是決定因素，而決定因素是互為相關的壁厚δ與鋼管允許屈服強度σ_s。鋼管允許屈服強度高，壁厚小，其經濟性好，但要受其它影響因素控制，不能無限提高σ_s。

二、 建立管材等級選擇模式

從上述6種影響因素分析看，選用管材等級決定性的因素是設計輸送壓力和剛度及穩定性要求，為此將式（1）代入式（2）中，可得到式（4）：σ_s≤（30－70）P／F （4）

式（4）為選用管材等級建立了合理的模式，管材等級σ_s的選用決定與輸送壓力P。如果輸送壓力低，選用了高強度等級管材，又要滿足剛度及穩定要求，勢必增加壁厚，造成不經濟的效果。根據兩個國家標準對輸送油氣管道規定的設計系數F，在依據不同的輸送壓力計算出管材等級選用表（見表1）。

需要指出的是，式（4）是按最小壁厚要求建立的模式。當設計系數F值偏小時，如三、四類地區的輸氣管道，輸送壓力超過6MPa以上的大管徑管材，要求鋼管大等級σ_s將很高，甚至目前還無此高強度管材。因此，在實際設計中，選用壁厚較厚，D／δ一般是60～90，故σ_s≤（30-45）P／F必要時甚至更厚，以滿足要求。

從表1可以看出，如果按滿足剛度及穩定性要求選用最小壁厚的管材，在設計系數較低時，徑厚比較小，則幾乎無此等級管材用于高壓大口徑管道。因此在設計時只能適當增加管子壁厚，以降低使用應力σ_h，便于選擇合適的管材?，F舉例說明。

一條管道外徑D為711mm，設計壓力P為6.3MPa，位于四類地區，設計系數F為0.4，如何選用管材等級？

根據國家標準GB 50251-94第5.1.3條選用最小壁厚δ＝6.5mm，徑厚比D／δ為109，則環向應力σ_h為：σ_h＝＝＝361MPa

如選用國內生產的X70級管材，則其許用應力[σ]為：[σ]＝ΦFσ_st＝1.0×0.4×482×1.0＝193MPa

顯然σ_h>[σ],不滿足強度要求，要滿足σ_h≤[σ]的要求，則σ_s＝902.5MPa，目前無此等級管材。

如若用式（1）計算壁厚選用，則X70級管材仍可用，選用壁厚為δ＝＝11.6mm

取標準壁厚11.9mm，其徑厚比不大于60，σ_h<[σ]滿足強度要求。

表1 管材等級選用情況

鋼管屈服強度極限σ_s（MPa）

輸送壓力 設計系數F

P（MPa） 0.4 0.5 0.6 0.72

5.0 375～875 300～700 250～583 208～486

6.3 473～1 102.5 378～882 315～735 263～612

9.0 675～1 575 540～1 260 450～1 050 375～875

12.0 900～2 100 720～1 680 600～1 400 500～1 167

輸送壓力 對應GB9711所列管材等級

P（MPa） 設計系數F

0.4 0.5 0.6 0.72

5.0 L390～無 L320～無 L290～無 L210～L485

6.3 L485～無 L390～無 L320～無 L290～無

9.0 無 L555～無 L450～無 L390～無

12.0 無 無 無 L555～無

輸送壓力 對應APISepSL所列管材等級

P（MPa） 設計系數F

0.4 0.5 0.6 0.72

5.0 X56～無 X46～無 X42～X100 B～X70

6.3 X70～無 X65～無 X46～無 X42～無

9.0 X100～無 X80～無 X65～無 X56～無

X100～無 X80～無

三、 結束語

（1）輸送油氣用鋼管的等級按設計輸送壓力的高低選用，不宜低壓輸送采用高強度等級管材，不宜高壓輸送采用低強度等級管材，由于受剛度與穩定性要求的影響，鋼管壁厚受控，造成不經濟。

（2）如條件允許，提高輸送壓力，采用高強度等級鋼管，選用合適的壁厚，這種設計可以增大輸量，節省管材，經濟合理。

（3）選用的管型對管道工程造價是有一定影響的，特別是我國目前尚無生產UOE直縫埋弧焊管的條件，依靠進口將更不經濟。加拿大和德國對螺旋縫焊管（SSAW）的看法，在質量上與直縫埋弧焊管是等同的，而加拿大的油氣管道70％采用了螺旋縫焊管，管徑大于914mm的鋼管幾乎全用螺旋縫焊管。但是加拿大的螺旋縫焊管在管材成型與焊縫殘余應力處理上比我國先進，采用了先成型后焊接，并用機械擴徑消除殘余應力，變形控制自1.5％以內。

（4）選用管材必須提出韌性要求，既不允許發生脆性斷裂，又要滿足塑性斷裂止裂要求。根據管道所處的環境及輸送介質性質，合理提出CVN值要求，必要時可通過增加管壁厚度，減少使用應力，以避免過高的CVN值要求，造成管材價格過高。當然增加厚度也增加了管材總用量，需要對其進行對比和經濟分析。