燃氣常用鋼管標準化研究報告

來源:四川燃氣 更新時間:2018-11-21 閱讀:302

  • 成都燃氣集團股份有限公司  余俊偉  鄧輝


        【摘  要】:隨著燃氣行業的快速發展,工程建設項目不斷增加,鋼管選用的數量和種類越來越多。同時,我們發現各種鋼管選擇標準不統一,標注方法不同,導致鋼管類型特別繁多。加之,鋼管采購周期長、難度大,特定型號的鋼管起訂量較大,鋼管型號多的同時,與之配套的鋼制管件、閥門、絕緣接頭等類型也較多。本文將以中低壓、次高壓、高壓、城市地下綜合管廊四種使用環境,開展鋼管標準化研究,并深入開展經濟性分析,結合鋼管制造商生產實際,對鋼管選型做出選擇建議。
        【關鍵詞】:選材標準化  管道成型技術標準化  尺寸、壁厚標準化
          一、 前言
      隨著燃氣行業的快速發展,工程建設項目不斷增加,鋼管選用的數量和種類越來越多。同時,我們發現各種鋼管選擇標準不統一,標注方法不同,導致鋼管類型特別繁多,據統計,以成都燃氣為例,2012年至今工程使用的各種鋼管類型達到91種。加之,鋼管采購周期長、難度大,特定型號的鋼管的起訂量較大,鋼管型號多的同時,與之配套的鋼制管件、閥門、絕緣接頭等類型也較多。
      為此,我們在國家、行業相關標準的基礎上,通過廣泛收集現用鋼管型號,征求鋼管制造商的意見,深入開展經濟性、流通量分析,充分進行討論和修改后,形成《燃氣常用鋼管標準化研究報告》。
      二、 鋼管標準化研究范圍
      本研究報告所指鋼管包括:
      1、戶內、庭院、市政中低壓等常規燃氣工程中選用的鋼管。
      2、次高壓、高壓及長輸管道等管線燃氣工程中選用的鋼管。
      3、城市地下綜合管廊內燃氣工程中選用的鋼管。
      三、 鋼管標準化原則
      鋼管標準化堅持安全、可靠、經濟的原則,從以下三個方面開展:
      1、選材標準化:主要材質為L系列、Q系列及20#。
      2、管道成型技術標準化:主要成型技術為無縫鋼管、直縫埋弧焊鋼管、螺旋縫埋弧焊鋼管、鍍鋅鋼管。
      3、尺寸、壁厚標準化:統一以外徑命名,壁厚結合設計規范、安全間距因素、市場購買便捷度及經濟性比較而確定。
      鋼管標準化按壓力級別分類如下:
      1、中壓及以下:P≤0.4Mpa
      2、次高壓:0.4 Mpa<P≤1.6 Mpa
      3、高壓:1.6 Mpa<P≤4.0 Mpa
      四、 中低壓鋼管選型與計算
      1、鍍鋅鋼管
      1.1鍍鋅鋼管選型原則
      燃氣用鍍鋅鋼管用于低壓地上管道,并符合下列要求: 
      1.1.1管材應符合現行國家標準《低壓流體輸送用焊接鋼管》GB/T 3091 的規定,材質采用 Q235B;
      1.1.2當管子公稱尺寸小于或等于DN50時,且管道設計壓力為低壓時,宜采用鍍鋅鋼管,連接方式應采用螺紋連接;
      1.2鍍鋅鋼管壁厚計算
      根據《城鎮燃氣設計規范》GB 50028關于鋼制燃氣管道直管段的最小壁厚計算公式計算結果如表1:


    表1 鍍鋅鋼管最小壁厚計算結果





            1.3鍍鋅鋼管選型結果

            經實際調研和分析,目前主要做引入管及立管使用的DN20、DN32規格鍍鋅管可分別放大至DN25、DN40使用。鑒于此,鍍鋅鋼管的使用型號如表2:

    表2鍍鋅鋼管的使用型號詳表



      2、無縫鋼管
      2.1無縫鋼管選型原則
      無縫鋼管常用于中低壓地上或地下燃氣管道,并符合下列要求:
      2.1.1管材應符合現行國家標準《輸送流體用無縫鋼管》GB/T 8163 的規定。 
      2.1.2除必要的設備連接以及居民用戶公稱直徑≤DN15 的室內低壓燃氣管外,無縫鋼管應采用焊接。
      2.1.3地上無縫鋼管采用環氧涂層防腐;埋地無縫鋼管采用3層PE防腐。
      2.2無縫鋼管壁厚計算
      根據《城鎮燃氣設計規范》GB 50028關于鋼制燃氣管道直管段的最小壁厚計算結果如表3:

    表3   無縫鋼管最小壁厚計算結果

     注:1、屈服強度均按照材料最低屈服強度的75%進行取值計算。
          2、強度系數均按照四級地區進行取值計算。
            2.3《城鎮燃氣設計規范》GB 50028關于鋼質燃氣管道最小壁厚如表4:

    表4   鋼制燃氣管道最小壁厚


      2.4無縫鋼管選型結果
      根據常規工程使用需求,同時結合管廊相關標準和規范,擬確定以下無縫鋼管型號。如表5:

    表5  無縫鋼管的使用型號詳表


      五、 次高壓及高壓鋼管選型
      1、 次高壓鋼管
      次高壓燃氣管道選用規范主要為《石油天然氣工業管線輸送系統用鋼管》GB/T9711及《輸送流體用無縫鋼管》GB/T 8163。
      次高壓燃氣管道的選用標準主要考慮方便采購、控制燃氣管道與建筑物之間的水平凈距及滿足綜合管廊設計要求。
      2、高壓鋼管
      高壓燃氣管道選用規范主要為《石油天然氣工業管線輸送系統用鋼管》GB/T9711及《高壓化肥設備用無縫鋼管》GB 6479。
      《高壓化肥設備用無縫鋼管》GB 6479管材價格高于《石油天然氣工業管線輸送系統用鋼管》GB/T 9711管材價格,考慮工程造價的經濟性,推薦選用GB/T9711標準的管材作為高壓燃氣管道的用管標準。
      為減小高壓燃氣管道與建筑物之間的水平凈距,高壓燃氣管道的壁厚均不小于12mm。
      3、選型計算
      鑒于次高壓及高壓鋼管一般口徑較大,同時考慮綜合管廊使用鋼管,本次選型計算選擇口徑范圍:DN150-DN600,材質分別為20#、L245N、L360N、L415M,計算結果如下表6:

    表6   次高壓及高壓鋼管壁厚計算結果


            注:1、屈服強度均按照材料最低屈服強度的75%進行取值計算。
                  2、強度系數均按照四級地區進行取值計算。
    六、 綜合分析
            1、管道流通能力分析
            為便于計算,本次計算模擬值設定為:進口壓力=0.3MPa、管長=1000m、最大流速=20m/s進行取值計算,結果如表7:

    表7   管徑流通能力計算結果


     由上表可以看出,當用D45代替D38,以及D273代替D219的情況下,在工程成本小幅增加的情況下,鋼管的流通能力將大幅增加約67%;DN300以及DN500標準化以后,對鋼管的流通能力無影響或影響較小。

            2、采購成本及難度分析
            2.1無縫鋼管
            因無縫鋼管使用的普遍性,使得其在所有燃氣工程用鋼管中,采購最為便捷和簡單。同時,又因為其價格相對焊接鋼管較高,若在工程上大規模使用無縫鋼管,則會大大增加工程成本,故無縫鋼管的公稱直徑不宜大于200mm。
            2.2焊接鋼管
            焊接鋼管按工藝區分主要有直縫電阻焊(ERW)、螺旋埋弧焊(SSAW)和直縫埋弧焊(LSAW)三種工藝。
            直縫電阻焊鋼管(ERW)的原料是熱軋鋼卷,可實現連續流水線作業,生產效率較高,生產成本低。中小口徑(φ114-φ355.6)的ERW鋼管,由于生產廠家眾多,便于采購。
            直縫埋弧焊鋼管的原料是熱軋鋼板,無法實現連續流水線作業,生產效率較低,生產成本高。
            螺旋鋼管的原料是熱軋帶鋼或熱軋板卷來制造鋼管,其優勢主要集中在大口徑鋼管制造方面,制造成本相對較低。但對于中小口徑的鋼管,則制造成本較高。
            ERW鋼管與螺旋鋼管進行比較, 中小口徑鋼管的ERW鋼管比螺旋鋼管價格低8%-15%。同時,大型螺旋鋼管廠往往不生產小口徑的螺旋鋼管,采購難度較大。
            ERW鋼管與直縫埋弧焊鋼管進行比較,其價格一般比直縫埋弧焊鋼管價格低15%-25%。同時,因國內生產直縫埋弧焊鋼管的生產廠家較少,采購難度高。當直徑小于φ406時,采購成本的差異更大。
            3、鋼管標準化結論
      通過以上經濟分析和技術分析,鋼管標準化以后,具有以下幾個方面的優勢。
      3.1將型號相近的鋼管統一圓整后,可以實現在工程成本以及流通能力基無變化的情況下,減少同規格鋼管的型號和種類,實現對鋼管的備庫功能。
      3.2因市政工程的不可預見性,常因緊急工程所用鋼管無現貨,導致錯過最佳的施工時間而不得不進行二次開挖,而土方開挖及修復成本較高,標準化以后對各個規格型號的鋼管進行備庫,會節約工程二次開挖及修復的成本,將大幅降低整個工程的成本。
      3.3鋼管標準化以后,將大大減少與之配套的閥門、絕緣接頭、鋼塑轉換等材料的規格和型號。通過對此類物資的進一步標準化,可實現在庫容不變的情況下,進一步增大常用工程材料的備庫數量,提升工程物資的管理水平。
            七、 鋼管選型表
      原則上,常規工程用鋼管推薦選用以下標準型號,對于本研究報告以外的工程所用鋼管,以工程專項設計為準。如表8:

    表8   鋼管標準型號一覽表


         八、 結論
         鋼管標準化以后,所有型號的鋼管均為普通常用鋼管,可實現各個工程的鋼管互為調配、互為補充的功能,提高工程的施工效率以及燃氣公司工程物資的管理水平;同時,所有型號的鋼管可實現備庫,保障搶險工程以及市政工程的材料供給,避免長時間停氣以及道路開挖對市民生活和出行造成的影響,提升燃氣公司在市民心中的滿意度。
    參考文獻:
            [1]城鎮燃氣設計規范(《GB 50028-2006》).
            [2]輸氣管道工程設計規范(《GB 50251-2015》).
            [3]輸送流體用無縫鋼管(《GB/T 8163-2018》).
            [4]低壓流體輸送用焊接鋼管(《GB/T 3091-2015》).
            [5]石油天然氣工業管線輸送系統用鋼管(《GB/T 9711-2017》).
            [6]城鎮燃氣輸送用不銹鋼焊接鋼管(《YB/T 4370-2014》).


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