天然气管道掺氢输送研究现状与分析

天然气管道掺氢输送是实现大规模、远距离和低成本氢气运输的手段之一,但氢气掺入天然气管道给管线运行工况、安全维护等带来了不容忽视的影响,具有一定的安全隐患。为此,围绕国内外天然气管道掺氢输送的技术研究与工程应用现状,讨论了影响天然气管道掺氢安全输送的主要因素,即掺氢引起的天然气物性改变、氢致失效和掺混不均,以及掺氢管道泄漏扩散和燃爆的安全问题。结果表明,天然气掺氢后,对现有管材提出了新要求,需开展相关实验以揭示氢致失效机理,掺氢天然气管道停输后是否发生气体分层与管道是否发生氢致失效密切相关。掺氢天然气管道泄漏扩散及自燃的安全范围、发生燃爆所需的最小掺氢比及燃爆机理尚不明晰,实验研究与实际运营存在差距。针对天然气管道掺氢输送的规范、标准及相关监管政策仍处于发展阶段,需要结合系统的研究数据及实践进一步完善。以上结果明晰了掺氢输送存在的风险,可为大规模掺氢混输的工程推广与实际运营提供参考。     

X70针状铁素体管线钢的优点暨恶劣环境下油气输送管道工业的发展

在过去几十年X70级管线钢的典型组织一直是铁素体-珠光体。近年来发展了低碳针状铁素体组织的管线钢以适应目前工业输送石油和天然气的要求，现已经成功地应用于中国西气东输管线工程。由于低屈强比和组织均匀，管线钢采用针状铁素体组织可以具有较好的(管)成型性及耐腐蚀性。用针状铁素体管线钢平板或卷板制造的焊管的力学性能彼此相差不大。为了优化管线钢的力学性能，对多种热轧工艺条件诸如原奥氏体晶粒尺寸、在再结晶终止温度以下的应变累积量(变形量)以及冷却开始和终止温度进行了研究。介绍根据实验结果(得到的优化工艺条件)，已经用于实际生产的情况和各种产品性能。利用组织-性能-预测模型分析了在热轧过程中的显微结构变化。同时也通过热轧工艺数据分析模型研究在轧制过程中的金相的变化。笔者还对为了满足当代石油天然气工业快速发展形势需求的一些新成果做了介绍。     

天然气输送管道选材分析

随着人们对天然气需求量的不断增加,天然气输送管道建设也迅速发展,并且需要高压力、大流量的钢管。在天然气输送钢管选材中应考虑其强度、韧性、可焊性和耐蚀性,论述了判断管材强度和韧性须考虑的技术指标以及判断管材可焊性的两个指标。阐述了输送介质的4种腐蚀破坏形式及腐蚀机理,提出了在天然气输送管道选材中应注意的问题。     

天然气管道输送混氢天然气的可行性

将氢以一定比例掺入天然气作为家用燃料使用,被认为是减少温室气体排放的途径之一,而利用现有发达的天然气管网输送混氢天然气(HCNG)至终端用户则被视为可行的方法 ;但由于氢气与天然气在物理化学性质方面存在着差异,HCNG有可能对燃气终端用户以及管道输送工况造成较大的影响。鉴于我国目前尚未出台HCNG作为燃料及其输送的相关标准,为此采用德尔布指数法、韦弗指数法、高沃泊指数与高热值法分别对天然气在不同混氢比下的燃气互换性和燃烧特性进行了评估分析,同时基于HYSYS软件和相似原理建立管道模型,分析了氢气的混入对天然气管道和压缩机运行工况的影响。研究结果表明:①随着混合气体中氢气体积分数的增加,燃具的热负荷下降,燃气的火焰传播速度急剧增大,燃具发生回火的风险增大,并以此确定对于天然气管道供应系统来说混氢天然气的最大混氢体积比不应超过27%;②氢气的混入虽然能提高管道的输气能力,但当管网和压缩机联合运行时其平衡工作点对应的压力和流量都将减小,反而会降低管道的输气能力。结论认为,该成果为天然气管道输送混氢天然气的可行性研究提供了基础数据。     

天然气增压输送管道节能技术研究

管道输送是天然气的主要运输方式,大型输气管道的能耗直接影响着输气成本的高低,通过对输气管道及压气站公式的分析,提出了提高天然气输送压力、降低管道中天然气的温度、提高管道的水力效率、提高压气站效率以及降低管道摩阻损失等天然气节能措施,指明了管道输送节能技术的主要方向,     

油气输送用不锈钢管道的免充氩焊接工艺

为了提高不锈钢管道的焊接质量和焊接效率,研究了油气输送用不锈钢管道的免充氩新型焊接保护剂工艺。通过对S31603不锈钢管焊接性分析和焊接保护剂工艺的应用,确定了焊接工艺评定过程中不同管壁的焊接方法和焊接保护剂使用注意事项,验证了免充氩焊接保护剂在S31603不锈钢管道中的焊接使用效果。研究表明,免充氩焊接保护剂在S31603不锈钢管道焊接工艺评定过程中操作简单,提高了焊接生产效率;焊接接头探伤合格,拉伸、冲击、硬度和弯曲性能均满足技术要求,具有良好的耐晶间腐蚀性能。     

国外天然气管道输送技术发展现状

近几十年来,全球输气管道建设进入了高峰时期,各种新材料、新工艺、新设备、新技术的应用,使得天然气长输管道无论在设计、施工、运营管理方面,还是在管材、原动机、储库调峰技术方面都有了很大发展,特别是大口径、高压干线输气管道的施工和运营管理技术发展更加迅速。文章综述了国外天然气管道输送技术发展的一些特点,主要表现为提高输气压力、采用高钢级管材、干线采用大口径管道、输气干线呈网络化发展、采用高压富气输送工艺、高度的自动化遥控和先进的通讯技术、采用先进快速的管道机械化施工技术和装备等方面,这些经验和技术可供国内管道研究和施工人员学习和借鉴。     

天然气管道输送计量输差的控制

结合天然气管输计量现状,对天然气管道输送企业在日常运行过程中出现的计量输差问题,从技术角度进行探讨。通过计量流程配置、气体组分分析、系统泄露等五个方面对输差产生的原因进行分析,同时结合输差的成因,从技术措施和输差管理两个方面提出解决输差问题的措施和建议。本文所探讨的问题不适用于城市输配气管网。     

X70针状铁素休管线钢的优点暨恶劣环境下油气输送管道工业的发展

在过去几十年X70级管线钢的典型组织一直是铁素体-珠光体.近年来发展了低碳针状铁素体组织的管线钢以适应目前工业输送石油和天然气的要求,现已经成功地应用于中国西气东输管线工程.由于低屈强比和组织均匀,管线钢采用针状铁素体组织可以具有较好的(管)成型性及耐腐蚀性.用针状铁素体管线钢平板或卷板制造的焊管的力学性能彼此相差不大.为了优化管线钢的力学性能,对多种热轧工艺条件诸如原奥氏体晶粒尺寸、在再结晶终止温度以下的应变累积量(变形量)以及冷却开始和终止温度进行了研究.介绍根据实验结果(得到的优化工艺条件),已经用于实际生产的情况和各种产品性能.利用组织-性能-预测模型分析了在热轧过程中的显微结构变化.同时也通过热轧工艺数据分析模型研究在轧制过程中的金相的变化.笔者还对为了满足当代石油天然气工业快速发展形势需求的一些新成果做了介绍.     

高含硫天然气管道的焊接技术

通过分析H2S对天然气输送管道的危害和影响,提出高含硫管道的焊接技术要求,并据此优选焊材,设计坡口型式及焊接方法,确定最佳焊接工艺参数,制订合理的焊后热处理工艺措施。力学性能试验表明,该焊接接头常规力学性能符合标准规范的要求,而且具有良好的抗氢致开裂和应力腐蚀开裂性能,该工艺技术在工程中获得了良好的应用效果。     

管线钢焊缝中晶内针状铁素体的研究进展

为了研究晶内针状铁素体(intragranular acicular ferrite,IAF)对低碳微合金高强度管线钢焊接质量的影响,从IAF的本质、形核机理和长大以及影响其形核的因素等几方面进行了详细分析。研究认为,IAF是一种以非金属夹杂物诱发形核长大的组织,夹杂物种类、夹杂物尺寸、原奥氏体晶粒尺寸和冷却速度是影响其形核的主要因素,低碳微合金高强度管线钢焊缝中的IAF具有显著提高管线钢强度和改善韧性的作用。研究结果以期为高性能管线钢焊接的深入研究及生产实践提供科学指导与参考。     

X80管线钢环焊缝的焊接工艺研究

以目前在我国管道建设中使用的最高钢级X80管线钢为研究对象,采用焊接工艺试验、力学性能测试及显微分析技术研究了CO2气体保护焊工艺下X80管线钢焊接接头的性能和热影响区的组织变化规律。结果表明:采用设计的工艺参数对X80管线钢进行焊接,X80管线钢母材及其焊接接头的显微组织均为针状铁素体和晶内针状铁素体,可以得到合格的焊接接头,能够满足管道建设工程的需要。     

合金元素对X100级管线钢焊缝组织和性能的影响

采用不同合金成分的焊丝进行了X100级管线钢的焊接试验,对焊缝的力学性能及显微组织进行了分析,发现在进行X100级管线钢焊接时焊丝合金成分对焊缝力学性能和显微组织影响较大,采用含Mn、Cr、N i、Mo等合金元素较丰富的焊丝进行焊接时可以改变焊缝中的显微组织形貌,得到综合性能良好的焊接接头。     

油气管道环焊缝搅拌摩擦焊机的研制

为了保障油气管道对接环焊缝的焊接质量,提高焊接效率,开发设计了专门用于油气管道对接环焊缝的搅拌摩擦焊机。介绍了搅拌摩擦焊接（friction stir welding,FSW）的焊接机理以及油气管道对接环焊缝搅拌摩擦焊机的主要构成及其工作参数。该焊机的机械系统主要由支撑系统、夹持系统、环形运动驱动系统、搅拌头系统与退出孔消除系统等组成,焊机最大扭矩达186 N·m,可以在较宽的焊接参数范围内完成多种材质、不同直径管道的搅拌摩擦焊接。     

管线钢显微组织的基本特征

简要介绍了管线钢的概念和组织发展过程,详细论述了管线钢主要组织形态——多边形铁素体(PF)、准多边形铁素体(QF)、粒状贝氏体(GB)、贝氏体铁素体(BF)和针状铁素体(AF)的主要特征。最后,对管线钢的一些其他组织的基本特征进行了简要分析。     

1Cr低合金管线钢焊接接头组织和性能研究

采用TIG焊对1Cr低合金管线钢进行了焊接,研究了焊接接头的显微组织、力学性能和耐蚀性,探讨了1Cr低合金钢的焊接性能。结果表明,以铁素体组织为主要特征的母材和热影响区具有较好的冲击韧性,冲击吸收功较高;以粒状贝氏体组织为主的焊缝区,韧性较母材和热影响区稍差。焊接接头的最高硬度为250HV,出现在熔合线附近,整体硬度适中。在管线钢中加入1％Cr未明显降低接头热影响区韧性或提高硬度,表明1Cr低合金管线钢具有较好的焊接性。     

X65管线钢焊接接头的显微组织和低温韧性研究

研究了X65管线钢焊接接头的显微组织和力学性能。试验结果表明，该钢焊接接头焊缝为典型的铁素体和少量的珠光体组织，HAZ（热影响区）含有侧板条铁素体。焊接接头的拉伸试验断裂部位在焊缝。焊接HAZ熔合线附近的硬度值最高，远离熔合线硬度降低，并逐渐接近母材金属的硬度，从冲击结果和上述的硬度结果可以看出，焊接接头有良好的冲击韧性。焊缝和母材属于“低强度”匹配。焊接接头和母材都具有良好的力学性能，焊缝的断裂韧度相对优于热影响区。     

管线钢管现场焊缝宏观检验方法

为了解决管线钢管现场焊缝宏观检验传统方法存在的成品管浪费量大、耗时长、试样修磨精度不高造成腐蚀时间延长以及环境污染等问题,提出了一种基于投影原理的现场焊缝快速检验方法。该方法可快速完成试样制备以及现场焊缝焊偏量、重合量和宏观质量的快速检测。相比传统检测方法,该方法不会造成成品管浪费,腐蚀操作安全环保,检测效率能提高十几倍甚至数十倍。采用手机软件可进行图像采集、数据处理以及焊偏量和重合量的测量,检测精度和宏观照片清晰度等同实验室焊缝金相宏观检验水平,远高于现场酸蚀法焊缝宏观检验。     

铌对X70高性能管线钢性能和组织的影响

叙述了X70管线钢中铌 (Nb)质量分数在 0 .1 0 %范围内的试验研究 ,探讨了铌与X70钢的σt0 .5、σb 和 - 2 0℃Akv的关系 ,从而确定了西气东输等工程用X70钢合理的铌的质量分数为 0 .0 5 %～ 0 .0 8% ,并通过工业性应用 ,取得了良好效果。     

焊缝金属中Mn含量对螺旋埋弧焊管焊缝性能的影响

为了研究焊丝中的Mn含量对螺旋焊管焊缝金属的微观组织、力学性能和热裂纹敏感性的影响,选取了3种w(Mn)分别为0.88%,1.05%和1.54%的焊丝,在X70螺旋焊管的生产和试验条件下进行焊接,获得的焊缝金属中w(Mn)分别为1.26%,1.44%和1.67%。通过光学显微镜及扫描电镜的金相学检查分析显示:提高焊缝金属的Mn含量,能降低各相(针状铁素体(AF)、先共析铁素体(PF)和侧板条铁素体(FSP))的晶粒尺寸。而且随着针状铁素体不断增加,先共析铁素体(主要是晶界铁素体)和侧板条铁素体的体积分数会降低。同时力学性能试验结果显示:Mn含量越高,焊缝金属的强度和硬度就越高。冲击韧性和延伸率,观测发现有一个最佳值。Mn含量最大的焊缝金属具有较低的韧性,这归因于淬透性的增加及马奥岛(M/A)及晶界碳化物在针状铁素体位置的形成。对长度超过1 000 m的螺旋焊管焊缝金属的分析显示:当焊缝金属中w(Mn)增加到1.4%时,热裂纹形成的可能性从0.005%减少到0.001%。