输煤管道工程管材选型研究
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摘 要：介绍了管道输送技术在煤浆输送方面的应用趋势，分析了输煤管道输送介质特性，并对各类流体输送钢管的生产工艺及产品特性进行了比较，筛选出适合输煤管道工程的管型。
关键词：输煤管道 介质特性 钢管特性比较 管型选择
中图分类号：TG31
文献标识码：A
文章编号：1007-3973（2012）006-001-02
1 前言
管道运输是一种新兴运输方式，是继铁路、公路、水运、航空运输之后的第五大运输方式，它在国民经济和社会发展中起着十分重要的作用，已广泛应用于石油天然气领域。目前,全世界石油、天然气管道总长度2.60?06km,并以每年2?04～3?04km的速度增长。截至2009年底,我国油气长输管道总长度已达7?04km，预计到2015年将达到14?04km。可以说，国内外管道输送技术已经非常成熟，这对管道输送技术在煤浆输送方面的应用打下了坚实的基础。
目前，管道输送技术已逐步应用到铁精矿、磷精矿、铝土矿及电厂灰渣等各类浆体的输送中，在我国先后建成的浆体输送管道有山西省太钢尖山铁精粉矿浆管道、贵州瓮福磷精矿浆体管道、包钢铁精矿矿浆管道及昆钢大红山铁精粉矿浆管道等，这些浆体管道的建设投产都给企业带来了良好的经济效益。
在煤浆的管道输送方面，美国曾先后建成过两条输煤管道。一条是东湖电厂输煤管道，该项目建于1957年，是将美国俄亥俄州乔治城选煤厂的选精煤通过管道输送至克利夫兰电气照明公司东湖电厂，管道长173公里，年运煤140万吨，这条管道运行了6年，共运煤630万吨。另一条就是著名的美国黑迈萨输煤管道，该管道始建于1969年，于1970年建成投产，是将亚利桑那州凯恩塔（Kayenta）黑迈萨(Black Masa)露天矿的动力煤通过管道输送至内华达州的莫哈夫电厂（2?9万KW）。该管道全长440公里、主管道直径457mm，年运煤量500万吨。该管道成功运行了35年之久，于2005年因与电厂合同到期而停运，累计运煤量达1.5亿多吨。
在我国，由陕煤化集团投资建设的神渭输煤管道项目已经通过初步设计评审，即将进入实施阶段。该项目是将陕西神木县红柳林矿的洗选煤制成一定浓度和粒径级配的浆体后，通过管道输送至陕西渭南的煤化工区，输送主管径为DN600，输送总距离约为750km，输送规模为10Mt/a。
由于我国的能源结构主要以煤炭为主，而煤炭资源大多分布在西北偏远地区，用户主要集中在中部和东南沿海经济发达地区，每年煤炭的运输问题都是焦点问题。因此，神渭输煤管道的建成投产，必将在我国的煤炭运输方面起到示范作用，将有力推动我国输煤管道事业的发展。
2 输煤管道输送介质特性
输煤管道输送的是一定浓度和一定粒度级配的煤浆，属于固液两相流体，在介质特性及流态上有如下特点：
(1)由于是固液两相流，为防止浆体在管道中沉淀堵管，设计流速相对较高，一般在1.2~2.5m/s；
(2)浆体粘度较高，普通合格浆体粘度一般在40~80mpa·s。
由于以上特点，为实现长距离输送，输送压力较高，一般在10～15MPa，因此对输送管的管材及管型的选择都有较高要求。目前，浆体输送管道管材一般采用生产工艺成熟的X系列高强管线钢，钢级则根据输送规模和输送压力经综合比选后确定。
3 输煤管道管型的选择
我国长输管道用钢管普遍采用美国API SPEC 5L标准。按照该项标准，将钢管按生产工艺不同分为无缝钢管、电阻焊钢管、埋弧焊钢管等8种。但主要使用的有无缝钢管(Seamless )、直缝高频电阻焊管(Electric Resistance Welding，简写为 ERW )、直缝埋弧焊管 (Longitudinally Submerged Arc welding，简写为LSAW)、螺旋缝埋弧焊管（Spirally Submerged Arc Welding，简写为SSAW）等4种。
3.1 制管工艺简介
3.1.1 无缝钢管
无缝钢管是采用热加工方法（如热轧，挤压，热减径，热扩径，热处理）制造的钢管。
3.1.2 螺旋缝埋弧焊钢管(SSAW)
螺旋缝埋弧焊钢管生产时所用的原材料为热轧板卷。在将卷板以一定的角度卷制同时对卷板边缘采用埋弧焊接的方式进行焊接，制成钢管。钢管的焊缝与钢管的轴线有一定的夹角，呈螺旋线形状。使用同一板宽的热轧卷板，采用不同的螺旋夹角可以生产出不同直径的钢管。
我国在上个世纪50-70年代缺乏热轧宽带钢，螺旋焊管具有可以应用窄带钢的优势，首先应用于我国石油天然气管线，其优点主要有四点：
(1)钢管直径与带钢宽度不再受“%i”的比例的约束；
(2)螺旋线在理论上可以在输气时对止裂性能有帮助；
(3)直径最大可以达到2500mm以上，适用于输水管线；
(4)成型设备比较简单，基建投资较少。
螺旋焊管应用受到局限性主要有四点：
(1)存在较复杂的残余能力，以及分布和量值大小变化较大；
(2)从基于应变的设计理念来看，螺旋焊管抗大变型能力要弱一些；
(3)受到壁厚的限制，一般壁厚S≤25mm；
(4)受到钢级的限制，一般高强度钢级X90～X120的开发仅限于直缝埋弧焊管。
3.1.3 直缝埋弧焊钢管(LSAW)
直缝埋弧焊钢管所采用的原材料为钢板。经过不同的成型方式，将钢板采用模具压弯加工成圆形,然后再采用埋弧焊接的方式焊成钢管。直缝埋弧焊钢管的成型方式主要有UOE、JCOE、RBE等，直缝埋弧焊钢管在焊接完成后一般都要经过扩径处理，以保证钢管的尺寸精度，同时扩径处理的过程也能减小残余应力，并使残余应力的分布更加均匀。直缝埋弧焊管在国内应用于油气输送工程比较晚，但起步迅速，发展步子大，成绩显著。