序言

由中國機(jī)被工程學(xué)會設(shè)備與維修工程分會主編，機(jī)械工業(yè)出版社 1964 年 12 月出版發(fā)行的 《機(jī)修手冊》（8 卷 10 本），深受設(shè)備工程技術(shù)人員和廣大讀者的歡迎，曾于 1978 年和 1993 年兩次再版和 6 次印刷，對我國設(shè)備管理和維修工作起到了積極的作用。

隨著科技發(fā)展和知識更新，設(shè)備的更新?lián)Q代，《機(jī)修手冊》的內(nèi)容已不能適應(yīng)時代發(fā)展的要求，應(yīng)該重新編寫和修訂。但是，由于工程浩大，力不從心。為滿足廣大設(shè)備管理和維修工作者的需要，經(jīng)機(jī)械工業(yè)出版杜和中國機(jī)械工程學(xué)會設(shè)備與維修工程分會共同商定，從《機(jī)修手冊》中選出部分常用的、有代表性的機(jī)型，充實(shí)新技術(shù)、新內(nèi)容，以叢書的形式重新編寫。

從 2000 年開始，中國機(jī)械工程學(xué)會設(shè)備與維修工程分會組織四川省設(shè)備維修學(xué)會和中國第二重型機(jī)械集團(tuán)公司、中國航天工業(yè)總公司第一研究院、兵器工業(yè)集團(tuán)公司、沈陽市機(jī)械工程學(xué)會、陜西省設(shè)備維修學(xué)會和陜西鼓風(fēng)機(jī)廠，上海市設(shè)備維修專業(yè)委員會和上海重型機(jī)器廠、天津塘沽設(shè)備維修學(xué)會和大沽化工廠、大連海事大學(xué)、武漢鋼鐵公司氧氣有限責(zé)任公司、廣東省機(jī)械工程學(xué)會和廣州工業(yè)大學(xué)、山西省設(shè)備維修學(xué)會和太原理工大學(xué)等單位進(jìn)行編寫。

從 2002 年開始．到現(xiàn)在已經(jīng)出版 19 種。其中，2002 年出版了《液壓與氣動設(shè)備維修問答》、《空調(diào)制冷設(shè)備維修問答》、《數(shù)控機(jī)床故障檢測與維修問答》、《工業(yè)鍋爐維修與改造問答》4 種；2003 年出版了《電焊機(jī)維修問答》、《機(jī)床電器設(shè)備維修問答》、《電梯使用與維修問答》3 種；2004 年出版了《風(fēng)機(jī)及系統(tǒng)運(yùn)行與維修問答》、《發(fā)生爐煤氣生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行與維修問答》、《起重設(shè)備維修問答》、《輸送設(shè)備維修問答》4 種；2005 年出版了《工廠電氣設(shè)備維修問答》、《密封使用與維修問答》、《設(shè)備潤滑維修問答》3 中。2006 年出版了《工程機(jī)械維修問答》、《工業(yè)爐維修問答》2 種。2007—2008 年出版了《泵類設(shè)備維修問答》、《段壓設(shè)備維修問答》、《鑄造設(shè)備維修問答》3 種。2009 年已出版與將出版的有《空分設(shè)備維修問答》、《壓力容器設(shè)備管理與維護(hù)問答》、《工業(yè)管道及閥門維修問答》。

正在編寫的有《礦山機(jī)械設(shè)備維護(hù)問答》、《焦?fàn)t機(jī)械設(shè)備安裝與維護(hù)問答》。

我們對積極參加組織、編寫和關(guān)心支持叢書編寫工作的同志表示感謝，也熱烈歡迎從事設(shè)備與維修工程的行家里手積極參加叢書的編寫工作，使這套叢書真正成為從事設(shè)備維修人員的良師益友。

編寫說明

管道及閥門在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生活中是不可缺少的設(shè)施。它涉及的領(lǐng)城較為廣泛，例如：熱能傳遞，給排水，各種氣體，液體和物料輸送。均要靠管道的輸送來完成。

從 20 世紀(jì) 50 年代開始，管道的接口采用焊接結(jié)構(gòu)代替螺紋聯(lián)接。管道的材質(zhì)從鑄鐵和碳鋼單一品種發(fā)展為多品種。僅從鋼的品種而言，就有碳鋼、合金鋼、耐熱鋼、耐酸鋼、不銹鋼等。有色金姚管材有鋁及鋁合金、銅及銅合金、鉛及鉛合金等。非金屬管材有硬質(zhì)聚氯乙烯管、水泥管、石棒水泥管、耐酸陶瓷管等許多品種。焊接工藝技術(shù)也隨著管材有了新的發(fā)展。因此，甘道及閥門維修、安裝也有了新的要求和國家新的標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)。為此，中國機(jī)械工程學(xué)會設(shè)備與維修工程分會和機(jī)械工業(yè)出版社組織編寫了《工業(yè)管道及悶門維修問答》。

《工業(yè)管道及閥門維修問答》 是結(jié)合我們的實(shí)踐。對《機(jī)修手冊》第 5 卷第 6 篇工業(yè)管道的修理進(jìn)行了修訂。并增加了管道及閥門維修、安裝必備的基本知識，以及新檢修標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)維修方法，對管道及閥門的使用、維護(hù)、檢修都有一定指導(dǎo)作用。這是管道及閥門的管理、選用、維修、安裝人員必備的一本新書。

本書第 1、3、7 章由王鳳喜編寫，第 2、4 章由黃進(jìn)旗編寫，第 5 章由朱佺編寫，第 6 章由楊曉濱編寫，附錄由徐游編寫，孫先強(qiáng)也參加了部分編寫。全書由蔣世忠，曾翰林審稿。本書在編寫過程中得到中國策二重型機(jī)械集團(tuán)公司總經(jīng)理石柯，副總經(jīng)理曾祥東。裝備部長郭國英等的熱情幫助和支持，在此表示感謝。

第 1 章 國內(nèi)外工業(yè)管道及閥門的現(xiàn)狀與發(fā)展

1-1 管道完整性管理技術(shù)的最新發(fā)展如何？

答：近年來，國外在管道完整性管理方面開展了大量的研究和實(shí)踐。在 2006 年召開的國際管道會議上，介紹了美國管道完整性管理的最新進(jìn)展和發(fā)展趨勢，包括管道完整性管理的進(jìn)展與實(shí)踐、直接評價(jià)技術(shù)、內(nèi)檢測技術(shù)進(jìn)展等方面，并對我國開展管道完整性管理工作提出了建議。

（1）概述

國際管道會議（International Pipeline Conference）是由美國機(jī)械工程師學(xué)會（ASME）主辦的全球油氣管道工業(yè)界的盛會。2006 年 9 月 24~29 日，國際管道會議在加拿大卡爾加里市舉行。管道完整性管理 PIM（Pipeline Integrity Management），在此會議上依然是國際管道工業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)，論文多大 95 篇，內(nèi)容涉及管道完整性管理及技術(shù)的各個方面，體現(xiàn)了管道完整性管理的最新進(jìn)展。

根據(jù)此會議情況，對美國危險(xiǎn)液體管道完整性管理檢查工作、直接評價(jià)技術(shù)和內(nèi)檢測技術(shù)的最新進(jìn)展和發(fā)展方向進(jìn)行了分析，并針對上述方面對我國開展管道完整性管理工作提出建議。

（2）對危險(xiǎn)液體管道完整性管理工作的檢查

2002 年 11 月，美國國會通過了專門的 H.R.3609 號法案—《管道安全增進(jìn)法》，并于 2002 年 12 月 27 日 經(jīng)總統(tǒng)簽署后生效。此法案要求管道運(yùn)營商在出現(xiàn)安全后果嚴(yán)重地區(qū)實(shí)施管道完整性管理計(jì)劃，按照管道長度對管道進(jìn)行了分類：長度超過 804km（500mile）的為一類管道，長度小于804km（500mile）的為二類管道。要求運(yùn)營商在 2004 年 9 月 30 日前，完成一類管道 50% 的基線評價(jià)；在 2005 年 8 月 16 日前，完成二類管道 50% 的管道基線評價(jià)。

為檢查管道運(yùn)營商對法案的執(zhí)行情況及進(jìn)一步推進(jìn)完整性管理，美國管道和危險(xiǎn)物質(zhì)管理局（PHMSA）從 2002 年 9 月開始，對危險(xiǎn)液體管道完整性管理的實(shí)施情況進(jìn)行了首輪檢查。在首輪檢查中，PHMSA 完成了所有一類管道以及部門二類管道的檢查。截止 2005 年 12 月，并完成了 175 個危險(xiǎn)液體管道的首輪檢查，管道合計(jì) 273104km（169841mile），其中以確定為出現(xiàn)安全后果嚴(yán)重地區(qū)的為 121534km（75581mile）。在總結(jié)首輪檢查經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從 2005 年中期開始，PHMSA 及其州屬管道安全機(jī)構(gòu)開始對危險(xiǎn)液體管道進(jìn)行第二輪檢查，重點(diǎn)在于落實(shí)首輪檢查中發(fā)現(xiàn)的需要改進(jìn)的地方以及高風(fēng)險(xiǎn)因素。

1）檢查內(nèi)容：根據(jù)《風(fēng)險(xiǎn)管理示范綱要》、《系統(tǒng)完整性檢查指導(dǎo)綱要》，以及 APLI160《危險(xiǎn)液體管道完整性管理》標(biāo)準(zhǔn)，對管道運(yùn)營商建立完整性管理體系的要求。檢查內(nèi)容包括：①檢查完整性管理方案的程序、執(zhí)行情況和文檔編制；②檢查管道運(yùn)營商完成的完整性評價(jià)；③檢查內(nèi)檢測結(jié)果及問題識別；④檢查修復(fù)和減緩計(jì)劃；⑤確認(rèn)是否按法規(guī)要求的時間進(jìn)行修復(fù)；⑥檢查試壓記錄是否按聯(lián)邦法規(guī) 49CFR495 執(zhí)行，檢查運(yùn)營商對所有實(shí)驗(yàn)失效的評估；⑦確認(rèn)預(yù)防和減緩措施是否得到執(zhí)行；⑧檢查組進(jìn)一步對資產(chǎn)、實(shí)際修復(fù)、直接評價(jià)及完整性管理方案相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行全面監(jiān)督。

2）檢查結(jié)果：絕大多數(shù)管道運(yùn)營商已經(jīng)建立并執(zhí)行了完整性管理體系，基本掌握了后果嚴(yán)重地區(qū)的管段，并按照規(guī)則要求，對這些地區(qū)進(jìn)行了完整性評價(jià)。截止 2005 年 12 月，已經(jīng)完成了 86% 的危險(xiǎn)液體管道的基線評價(jià)，只有極少數(shù)運(yùn)營商未在最后時限前完成 50% 管段的完整性評價(jià)。在首輪檢查中，PHMSA 對 1200 個需要“立即修復(fù)”的缺陷處理情況進(jìn)行了核實(shí)。除需要立即修復(fù)或 60 天、180 天之內(nèi)必須修復(fù)的情況外，運(yùn)營商也修復(fù)了大量的其他異常情況，運(yùn)營商也修復(fù)了大量的其他異常情況。行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，2004 年共有 11674 種情況被修復(fù)或減緩，包括影響后果嚴(yán)重地區(qū)和非影響區(qū)域。

PHMSA 總結(jié)首輪檢查經(jīng)驗(yàn)，就以下方面提出了改進(jìn)意見：①數(shù)據(jù)整合。有效的數(shù)據(jù)整合是完整性管理的關(guān)鍵，目前已經(jīng)開發(fā)了一些工具和方法，對不同類型數(shù)據(jù)進(jìn)行組合分析，但這方面的工作還處于開始階段。②對內(nèi)檢測結(jié)果的響應(yīng)。部分運(yùn)營商沒有利用內(nèi)檢測的結(jié)果進(jìn)行分析，未及時根據(jù)內(nèi)檢測結(jié)果制定并執(zhí)行修復(fù)或減緩計(jì)劃，從而影響了對內(nèi)檢測結(jié)果的有效利用。③風(fēng)險(xiǎn)分析。多數(shù)運(yùn)營商已應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)分析技術(shù)，對進(jìn)行基數(shù)評價(jià)的管道進(jìn)行排序；但一些運(yùn)營商所運(yùn)用的風(fēng)險(xiǎn)模型，還沒有覆蓋管道風(fēng)險(xiǎn)的全部范圍，仍然需要改進(jìn)分析方法以覆蓋所有風(fēng)險(xiǎn)，尤其是要整合所有數(shù)據(jù)來恰當(dāng)?shù)卦u價(jià)管道風(fēng)險(xiǎn)。④預(yù)防和減緩措施。首輪檢查中發(fā)現(xiàn)許多運(yùn)營商缺乏預(yù)防和減緩措施的分析，包括對撿漏能力及緊急情況處理能力的評估。在已經(jīng)開始的第二輪檢查中，還未見到明顯的改進(jìn)。⑤持續(xù)的評估和評價(jià)。完成基線評價(jià)后，在如何合理確定周期評價(jià)的時間間隔方面，需要進(jìn)行進(jìn)一步研究，應(yīng)著重于分析運(yùn)營商進(jìn)行周期評價(jià)的實(shí)施效果。⑥完整性管理實(shí)施細(xì)則。APLI160 是完整性管理的通用標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)營商還應(yīng)建立實(shí)施細(xì)則，以增強(qiáng)完整性管理的有效性。⑦完整性決策和分析的技術(shù)基礎(chǔ)。運(yùn)營商仍然沒有充分的利用歷史數(shù)據(jù)，來決定風(fēng)險(xiǎn)因素和再評價(jià)；另外，對歷史數(shù)據(jù)不充分情況下的決策分析方法有待改進(jìn)。PHMSA 希望有更多的技術(shù)和方法，作為完整性決策和分析的基礎(chǔ)。⑧完整性程序文件。文件編制的完整性和質(zhì)量，是完整性程序的關(guān)鍵要素。許多運(yùn)營商對評價(jià)記錄、修復(fù)記錄、文件的編制過程、技術(shù)驗(yàn)證、決策基礎(chǔ)缺乏足夠的重視。

（3）直接評價(jià)技術(shù)的進(jìn)展

內(nèi)檢測、試壓、直接評價(jià)是管道完整性評價(jià)的三種主要方法。盡管智能檢測器在不斷更新，但仍有許多管道不能使用內(nèi)檢測設(shè)備，試壓法是針對一些特定管道的評價(jià)方法，但要求管道在停輸狀態(tài)下使用。對無法進(jìn)行內(nèi)檢測和試壓的管道，可以選擇使用直接評價(jià)技術(shù)進(jìn)行完整性評價(jià)。與內(nèi)檢測、試壓等傳統(tǒng)評價(jià)方法相比，直接評價(jià)具有成本低、易實(shí)施等特點(diǎn)。近年來，許多管道運(yùn)營商在完整性管理方案中，已經(jīng)列入了直接評價(jià)技術(shù)，例如：在 Gasunie 公司管轄的 12000km 的高壓管道中，僅有 50% 適合進(jìn)行管道內(nèi)檢測，該公司從 2005 年開始，對不適合內(nèi)檢測的管道進(jìn)行直接評價(jià)。

1）直接評價(jià)方法及相關(guān)技術(shù)：直接評價(jià)是一種把管道的物理特性、操作歷史與管道的檢測、檢查結(jié)果結(jié)合起來，采用不開挖檢測技術(shù)（一般為地上或間接檢測）、并根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行開挖和檢查，來確定管道完整性的方法。一般分為預(yù)評價(jià)、間接檢測、直接檢查、后評價(jià)四個步驟：①預(yù)評價(jià)。通過數(shù)據(jù)收集和分析、確定直接評價(jià)是否可行，劃分評價(jià)區(qū)域和選擇間接檢測工具。②間接測評。主要為地面檢測，目的是確定涂層缺陷嚴(yán)重程度、其他異常及管道上已發(fā)生或可能發(fā)生腐蝕的區(qū)域。③直接檢查。根據(jù)間接檢查結(jié)果的分析，來選擇開挖點(diǎn)位置和數(shù)量，并在開挖后對管道表面直接檢查。④后評價(jià)。驗(yàn)證直接評價(jià)方法的有效性，并確定下一次評價(jià)的時間間隔。

直接評價(jià)按照管道的威脅因素，分為外腐蝕直接評價(jià)（ECDA）、內(nèi)腐蝕直接評價(jià)（ICDA）和應(yīng)力腐蝕開裂直接評價(jià)（SCCDA）。

ECDA 方法已較成熟。2002 年，美國腐蝕工程師協(xié)會（NACE）提出了 ECDA 方法的推薦標(biāo)準(zhǔn) NACE RPO502-2002《管道外部腐蝕直接評價(jià)推薦作法》。

ICDA 方法分為三類，分別適用于干氣、濕氣和液體管道。目前針對干氣的 ICDA 方法，還有還有許多技術(shù)難題要克服。

SCCDA 方法步驟與 ECDA 相似，重點(diǎn)是識別容易發(fā)生 SCC 的情況和評估可疑的管道系統(tǒng)。此方法適用于高 pH 值的 SCC（傳統(tǒng)的）和接近中性 pH 值的 SCC（新型 SCC）。目前，北美已著手建立應(yīng)力腐蝕開裂的直接評價(jià)方法。針對應(yīng)力腐蝕開裂壓力試驗(yàn)間隔時間的方法的研究也有了新的進(jìn)展。

直接評價(jià)方法是實(shí)施，需要間接檢測方法作為技術(shù)支持。為提高檢測可靠性，NACE 要求運(yùn)營商使用兩種或更多間接檢測工具，已對檢測結(jié)果相互驗(yàn)證。

常用的間接評價(jià)及時有直流電位梯度檢測技術(shù)（DCVG）、密間隔電位檢測技術(shù)（CIPS）、交流電流衰減技術(shù)、電壓差技術(shù)等。

直接點(diǎn)位梯度檢測技術(shù)用來探測和查明涂層缺陷。其原理是：在施加了陰極保護(hù)埋地管線上，電流經(jīng)過土壤介質(zhì)，流入管道防腐層破損而裸露的管道處，在管道防腐層破壞處地面上形成一個電壓梯度場。在接近破損裸露點(diǎn)部位，電流密度增大，電壓梯度增大。一般情況下、電壓梯度與裸露面積成正比例關(guān)系該技術(shù)能檢測出較小的防腐層破損點(diǎn)、并可以精確定位，誤差為 ±15cm。這是世界上比較先進(jìn)的埋地管道防腐層缺陷測試技術(shù)。

密間隔電位檢測技術(shù)是當(dāng)今尖端的檢測技術(shù)之一，是一種用來提供管道對地電位與距離關(guān)系的地面檢測技術(shù)，能指示管道沿線的陰極保護(hù)效果，指出缺陷的嚴(yán)重性，并自動采集數(shù)據(jù)。其缺點(diǎn)是工作人員需攜檢測設(shè)備沿管道連續(xù)測量，其檢查結(jié)果不能指示圖層的剝離情況，還可能受到干擾電流的影響使用范圍受到一定的限制。

交流電流衰減技術(shù)采用等效電流原理，來評價(jià)防腐層絕緣電阻。當(dāng)外加交流電流流過管道時，在管道周圍產(chǎn)生相應(yīng)的磁場。當(dāng)管道外防腐層完好時，隨著管道的延伸，電流較平衡，無電流流失現(xiàn)象或流失較少，其管道周圍產(chǎn)生的磁場比較穩(wěn)定；當(dāng)管道外防腐涂層破損或老化時，在破損處就會有電流流失現(xiàn)象，隨著管道的延伸，其在管道周圍磁場的強(qiáng)度就會減弱，這是目前國內(nèi)外應(yīng)用比較成熟的一種檢測方法，可長間距快速探測整條管線的防腐層狀況，也可縮短間距對損破點(diǎn)進(jìn)行定位。

電流差檢測技術(shù)原理是：在管道與大地之間施加的交變電壓信號，通過管道防腐層破損點(diǎn)處時，會流失在大地土壤中；因而電流密度隨著遠(yuǎn)離破損點(diǎn)的距離而減小，在破算點(diǎn)的上方地表面形成了一個交流電壓梯度，經(jīng)過濾波放大后，顯示檢測結(jié)果。

根據(jù) 2006 年國際管道會議上戰(zhàn)士的最新研究結(jié)果，美國西南研究院和 CC 技術(shù)公司，開發(fā)了應(yīng)用薄膜腐蝕傳感器與移動無線技術(shù)相結(jié)合的檢測管道內(nèi)腐蝕的技術(shù)；中國石油天然氣集團(tuán)公司，開發(fā)了應(yīng)用超聲導(dǎo)波測量管道涂層內(nèi)腐蝕技術(shù)；PETROBRAS 公司開發(fā)了應(yīng)用聲學(xué)發(fā)射技術(shù)的直接評價(jià)方法；Trans Canada 公司開發(fā)出了應(yīng)用磁學(xué)的金屬損失檢測工具等。目前，結(jié)合 DCVC、CIPS、后處理差分全球定位系統(tǒng)（dGPS）三種技術(shù)的新型檢測設(shè)備正在研發(fā)之中。

2）直接評價(jià)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：美國腐蝕工程師協(xié)會（NACE）正在或已經(jīng)編制了ECDA、DG-ICDA（干氣）、WG-ICDA（濕氣）和 SCCDA 標(biāo)準(zhǔn)。ECDA 標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)完成，也會并入該項(xiàng)規(guī)則。NACE 關(guān)于 DG-ICDA 的標(biāo)準(zhǔn)有望在近期出臺；WG-ICDA 和液體管道 ICDA 的初稿還處于編制的前期階段，有望在 NACE 2007年國際腐蝕會議上進(jìn)行討論。

3）專題研究工作：為加強(qiáng)完整性相關(guān)技術(shù)的研究，美國國會加大了對 PHMSA 管道安全研發(fā)項(xiàng)目的支持力度。經(jīng)過過會的授權(quán)，PHMSA 重點(diǎn)資助了一些研發(fā)項(xiàng)目，以加強(qiáng)美國能源運(yùn)輸和配送管道的安全性、可靠性和合乎環(huán)境要求的操作工藝的解決方案。從 2002 年開始，PHMSA 一共支持了 25 個與直接評價(jià)技術(shù)相關(guān)的研發(fā)項(xiàng)目，一些工業(yè)組織、管道運(yùn)營商、管理者和研究機(jī)構(gòu)共同為這些項(xiàng)目提供了近 1400 萬美元的資助。這些項(xiàng)目由美國、加拿大和歐洲的研究機(jī)構(gòu)分別承擔(dān)，重點(diǎn)在于擴(kuò)大直接評價(jià)的應(yīng)用范圍，以及在直接評價(jià)過程中各項(xiàng)完整性技術(shù)的整合。國際管道研究會（PRCI）、美國天然氣協(xié)會（AGA）和美國能源部州際天然氣協(xié)會（INGAA）等組織，也對許多企業(yè)和項(xiàng)目進(jìn)行了贊助。

這些專題研究包括了實(shí)際效果研究、間接檢測設(shè)備應(yīng)用效果、流體力學(xué)模型、直接評價(jià)的不正確性和可靠性、對實(shí)踐的總結(jié)等，具體有以下幾個方面：①對 ECDA 和內(nèi)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，以對 ECDA 方法進(jìn)行驗(yàn)證；通過實(shí)例論證 NACE 發(fā)布推薦的有效性；對復(fù)合管、光管、巖石區(qū)和其他難以進(jìn)行 ECDA 評價(jià)的情況進(jìn)行試驗(yàn)；對不合適進(jìn)行 ECDA 評價(jià)的條件進(jìn)行研究；針對難以進(jìn)行 ECDA 的區(qū)域開發(fā)機(jī)器人系統(tǒng)。②檢查驗(yàn)證 DG-ICDA 作為預(yù)測內(nèi)腐蝕位置的方法，開展對 WG-ICDA 的初步研究。③評估導(dǎo)波技術(shù)的有效性，研究對遠(yuǎn)距離超聲導(dǎo)波信號的增強(qiáng)及區(qū)域擴(kuò)大可能性的評估；遠(yuǎn)距離超聲導(dǎo)波與計(jì)算機(jī)終端的數(shù)據(jù)處理和通信系統(tǒng)結(jié)合技術(shù)；加大地面檢測管壁金屬損失工具的研發(fā)力度，使之能與智能檢測器技術(shù)抗衡。

PHMSA 和美國管道安全代表協(xié)會（NAPSR），聯(lián)合組織美國能源部州際天然氣協(xié)會（INGAA）、美國天然氣協(xié)會（AGA）、美國腐蝕工程師協(xié)會（NACE）、美國民用天然氣協(xié)會（APGA）舉辦了論壇，專題討論與天然氣完整性相關(guān)的直接評價(jià)技術(shù)。PHMSA 向管理者和行業(yè)推介直接評價(jià)研發(fā)的現(xiàn)狀，提供直接評價(jià)實(shí)施的典型案例。并討論 NACE 有關(guān) ECDA、ICDA、SCCDA 標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)展情況。

直接評價(jià)技術(shù)將不斷為現(xiàn)在難以評價(jià)的區(qū)域，提供改進(jìn)了的解決方案。直接評價(jià)不僅作為一種制藥的評價(jià)工具，同時作為智能檢測器和試壓的輔助工具，將具有更加廣泛的應(yīng)用前景。

（4）內(nèi)檢測技術(shù)的進(jìn)展以及存在的問題

隨著完整性管理的發(fā)展，需要精確可靠的數(shù)據(jù)，來執(zhí)行先進(jìn)的完整性評價(jià)計(jì)劃和優(yōu)化方法；對內(nèi)檢測器的精確性、可靠性、可重復(fù)性、可對比性以及高分辨率等方面，提出了更高的要求。各種檢測技術(shù)不斷發(fā)展，應(yīng)用各種原理的管道智能內(nèi)檢測不斷更新，內(nèi)檢測技術(shù)取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，但仍然存在一些問題。

1）裂紋內(nèi)檢測技術(shù)：目前最適合于檢測裂紋的技術(shù)是超聲波方法，脈沖波在管道內(nèi)表面和表面反向產(chǎn)生周向橫波；如果脈沖遇到裂紋，他就會原路返回并被變換器接收，由此檢測到該裂紋的存在。其主要優(yōu)點(diǎn)是能夠提供對管壁的定量檢測，具有較高的數(shù)據(jù)精度和置信度；缺點(diǎn)是需要耦合劑，應(yīng)用于輸氣管道時較復(fù)雜。

德國 ROSEN 公司研發(fā)出一種新型高分辨率超聲波檢測器。該探測器使用電磁聲波傳感檢測技術(shù)（EMAT）,提供了能有效和精確地檢測裂紋的新方法。研究人員花費(fèi) 2 年的時間，驗(yàn)證 EMAT 傳感器的技術(shù)和設(shè)計(jì)，從實(shí)驗(yàn)室獲得的大量數(shù)據(jù)，證明了 EMAT 作為探測管道應(yīng)力腐蝕開裂和其他結(jié)構(gòu)缺陷的可行性。這一新型檢測器已經(jīng)通過了工業(yè)試驗(yàn)，可以判斷 SCC、涂層剝落、其他裂紋缺陷、異常溝槽、人為缺陷等。該技術(shù)最大優(yōu)點(diǎn)是借助電子聲波傳感器，代替了傳統(tǒng)的壓電傳感器，使超聲波能在一種彈性導(dǎo)電介質(zhì)中得到激勵，不需要機(jī)械接觸或液體耦合，是適用于天然氣管道的超聲裂紋檢測器，其檢測指標(biāo)見表 1-1。

注：D 為管徑

傳統(tǒng)的裂紋探測器可檢測的裂紋長度最小臨界值為 30mm。由表 1-1 可見，新型檢測器的裂紋長度最小臨界值達(dá)到 20mm。

2）同時進(jìn)行金屬損失和裂紋的內(nèi)檢測技術(shù)；金屬損失及裂紋是管道的兩大主要缺陷，存在于管道的整個生命周期內(nèi)。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，管道運(yùn)營商必須分別使用裂紋探測儀和金屬損失檢測儀，對管道的金屬損失和裂紋進(jìn)行檢測，這會花費(fèi)巨大的精力和財(cái)力。

2006 年的國際管道會議上，美國 GE-P Ⅱ 和德國 NDP 公司分別推出了一種先進(jìn)的內(nèi)檢測器。應(yīng)用新一代超聲、電子技術(shù)與相控陣技術(shù)相結(jié)合，對超聲波傳感器進(jìn)行了全新的設(shè)計(jì)，把金屬損失、壁厚及裂紋檢測功能融為一體，實(shí)現(xiàn)了一次通過可以同時檢測出管道的腐蝕和裂紋。

該技術(shù)的特點(diǎn)是：電子設(shè)施控制的超聲波束允許一次通過檢測金屬損失和裂紋；優(yōu)化的傳感器、超聲波束及大量的測量通道，實(shí)現(xiàn)了覆蓋整個管壁圓周的高分辨率；可敏感地探測小的凹陷和腐蝕造成的裂紋。

相控陣技術(shù)與傳統(tǒng)超聲技術(shù)相比，報(bào)本改進(jìn)在于：傳統(tǒng)無損檢測技術(shù)使用的超聲波束的形狀及傳播方向．被每個傳感器所固定，每個獨(dú)立的傳感器被固定排列，如果測量條件改變，則必須改變傳感器的排列類型；相控陣技術(shù)所使用的傳感器的排列和發(fā)射模式是程序化的，每個獨(dú)立的傳感器具有可以發(fā)射不同方向及不同聲束特性的功能，當(dāng)測量條件發(fā)生變化時，超聲波束的設(shè)置全部由計(jì)算機(jī)界面執(zhí)行操作，不需要再對傳感器進(jìn)行人工校準(zhǔn)。

GE-P Ⅱ 公司的一次通過可同時檢測金屬損失及裂紋的新一代超聲波檢測器，已經(jīng)在 2005 年 3 月應(yīng)用于歐洲一條管徑為 609.6mm（24in）的成品油管道，并于 2005 年 9月，對北美一條管徑為 863.6mm（34in）的原油管道進(jìn)行了檢測。這兩條管道以前均使用過金屬損失檢測器和裂紋檢測器，與以往的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比表明，可以是圓周分辨率從 8mm 提高到 3.3mm。相控超聲技術(shù)內(nèi)檢測器不僅分辨率高，節(jié)約時間和費(fèi)用，同時檢測數(shù)據(jù)具有高效的精確度和可靠度。

3）機(jī)械損傷檢測技術(shù)：機(jī)械損傷來自對管道表面的直接沖擊，包括巖石與管道的直接接觸、不適當(dāng)?shù)慕ㄔO(shè)行為以及第三方挖掘等。有些損傷在未被發(fā)現(xiàn)情況下會維持相當(dāng)長的時間，從而進(jìn)一步形成腐蝕或裂紋，有可能導(dǎo)致管道以后的失效。目前，機(jī)械損傷已經(jīng)成為導(dǎo)致管道失效的主要原因之一。管道運(yùn)營商希望通過使用適當(dāng)?shù)膬?nèi)檢測工具，可以檢測各種原因造成的、影響管道有效內(nèi)徑的幾何異常現(xiàn)象，并確定其程度和位置。

最近兩年，幾何檢測要求提高了，其中對凹陷尺寸的最小要求是：高分辨率的幾何工具應(yīng)該能夠探測和定位深度大于等于 6.35mm（0.25in）的凹陷，而再用的幾何檢測器現(xiàn)狀是：對橢圓變形和大的變形難以提供凹陷評價(jià)的有效信息，基于 78 例現(xiàn)場挖掘證實(shí)，其探測率僅為 32%，無法滿足要求；對凹陷和橢圓變形的特征仍然沒有一個適當(dāng)?shù)娜毕菰u價(jià)技術(shù)。對凹陷和機(jī)械損傷的高質(zhì)量內(nèi)檢測過程，應(yīng)能提供要求的信息，如凹陷的幾何形狀和數(shù)據(jù)，這些都對探測器機(jī)械損傷的內(nèi)檢測提出了更高的要求。

漏磁（MFL）技術(shù)應(yīng)用于管道內(nèi)檢測，已有超過 40 年的時間，一般用來探測腐蝕造成的金屬損失，是目前最適宜的腐蝕檢測技術(shù)；但由于機(jī)械損傷產(chǎn)生的漏磁信號，不能很好地判斷的 MFL 技術(shù)很少用于檢測機(jī)械損傷帶來的缺陷，在識別第三方破壞方面效果不佳。來自凹陷的漏磁信號的解釋困難由以下原因造成：機(jī)械損傷的漏磁信號在幾何和應(yīng)力的作用下是重疊的；機(jī)械損傷區(qū)域的應(yīng)力分布十分復(fù)雜，包括塑性變形和殘余應(yīng)力。

由于樓此技術(shù)被認(rèn)為是最具有成本效率的內(nèi)檢測方法。管道運(yùn)營商、管理者和研發(fā)人員都希望提高漏磁技術(shù)檢測機(jī)械損傷的靈敏度，從而使漏磁探測技術(shù)有效應(yīng)用于機(jī)械損傷缺陷的識別。目前該項(xiàng)工作有了以下新的發(fā)展：①德國 ROSEN 公司開發(fā)出用于內(nèi)檢測器的新一代幾何傳感器，可以提供高精度的管道內(nèi)部輪廓的幾何數(shù)據(jù)，如能探測到的最小凹陷是 4.47mm（0.176in）。這種傳感器結(jié)合了非接觸遠(yuǎn)距離測量法與測徑器手臂的優(yōu)勢，允許傳感器在高動態(tài)運(yùn)行載荷作用下工作；該傳感器與導(dǎo)航器、高分辨率漏磁檢測技術(shù)相結(jié)合，推進(jìn)了機(jī)械損傷檢測工具的發(fā)展。②加拿大 BJ 公司開展了基于三軸漏磁信號是識別凹陷特性的研究。應(yīng)用三軸樓此工具檢測小凹陷（深度少于直徑 1%）的技術(shù)已經(jīng)有了重大進(jìn)展，其檢測能力已在現(xiàn)場挖掘中得到了驗(yàn)證。該項(xiàng)技術(shù)目前具有國際領(lǐng)先水平。

4）金屬損失檢測技術(shù)：過去幾年里，人們重點(diǎn)關(guān)注了金屬腐蝕的最小檢測深度；而現(xiàn)在對于金屬損失普遍關(guān)注的，是對腐蝕引起的金屬損失的探測、定位和尺寸測定。早期的漏磁檢測工具僅能探測大面積的腐蝕或腐蝕群。由于檢測其設(shè)計(jì)、傳感器、電子學(xué)和其他要素的改進(jìn)，新型檢測工具已經(jīng)具有探測小缺陷能力，預(yù)測的缺陷尺寸也更加精確，并通過多種途徑進(jìn)行了很大的改進(jìn)，如大多數(shù)低分辨率檢測器，測量漏磁場僅在一個單一方向，現(xiàn)在高分辨率檢測器的檢測范圍是兩個或是三個相互垂直的方向，取樣率、特定距離收集的數(shù)據(jù)樣本和時間間隔也大大增大。

加拿大 BJ 公司應(yīng)用三軸漏磁技術(shù)的軸向磁場 MFL 檢測器研究，有了一定的進(jìn)展。在三軸傳感器中，有三個單獨(dú)的、互相垂直的傳感方向；軸向傳感器記錄沿管道的平行方向；徑向傳感器記錄管道垂直方向；環(huán)向傳感器記錄圓周方向。第四個傳感器稱為旋轉(zhuǎn)傳感器，被用來識別內(nèi)外部的區(qū)別，也幫助識別和進(jìn)行特征分類。這類高分辨率漏磁檢測器，可識別的金屬損失特征有金屬增長和金屬損失、復(fù)雜腐蝕情況、延長的軸向缺陷、制造缺陷、建設(shè)缺陷、焊縫裂紋、凹陷、折皺、圓鑿、圓周裂紋等。一般認(rèn)為凹陷、折皺等管道凹陷無法被 MFL 識別，因此漏磁技術(shù)中關(guān)于非腐蝕特征的進(jìn)一步研究變得更加重要，這仍是目前漏磁技術(shù)研究的方向

5）內(nèi)檢測技術(shù)存在的問題及發(fā)展方向：經(jīng)過多年應(yīng)用，內(nèi)檢測技術(shù)已經(jīng)成為評價(jià)管道缺陷和確保管道完整性的首選技術(shù)。高分辨率的內(nèi)檢測器（幾何、腐蝕、裂紋）可探測、定位、測量并顯示管壁上的異常。這些異?？梢员硎緸閹缀巫冃危ò枷?、圓鑿、橢圓變形、折皺、彎曲）、腐蝕、裂紋和其他缺陷。但是、研究世界上最近發(fā)生的危險(xiǎn)液體和天然氣管道事故，卻發(fā)現(xiàn)一些內(nèi)檢測結(jié)論為可繼續(xù)運(yùn)行的管道，在內(nèi)檢測后的 6~12 個月內(nèi)就發(fā)生了失效事故。

2005 年，美國管道安全辦公室發(fā)布的數(shù)據(jù)表明，這些經(jīng)過檢測卻很快出現(xiàn)故障的管道，失效原因中，缺陷未被探測到的占 51%；對缺陷特征低估的占 32.3%；錯誤辨識的占 16.7%。這種現(xiàn)象對內(nèi)檢測器及相應(yīng)的內(nèi)檢測器技術(shù)提出了質(zhì)疑，文獻(xiàn)指出了內(nèi)檢測器面臨的問題和發(fā)展的問題。

內(nèi)檢測其已經(jīng)從純粹的檢測工具，轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€精確地測量手段，目前面臨的問題如下：①管道測量的目標(biāo)處在一個復(fù)雜、連續(xù)、變化的內(nèi)部環(huán)境（壓力、溫度、腐蝕等）和外部環(huán)境（周圍土壤、腐蝕、第三方干擾等）。②內(nèi)檢測器運(yùn)行過程中，其關(guān)鍵部件可能會失效，但無法及時更換。③智能檢測器的運(yùn)行參數(shù)不穩(wěn)定，如速率、磁場、檢測期間傳感器故障。④實(shí)際存在的缺陷數(shù)量大于被內(nèi)檢測器檢測到的數(shù)量，缺陷的實(shí)際大小一般大于內(nèi)檢測器給出的數(shù)據(jù)。⑤創(chuàng)建一個內(nèi)檢測方法與對比標(biāo)準(zhǔn)非常困難。

分析以上情況，內(nèi)檢測技術(shù)應(yīng)該在以下方面進(jìn)行改進(jìn)：①需要進(jìn)一步改進(jìn)內(nèi)檢測器的基本原理和技術(shù)，以改進(jìn)現(xiàn)有內(nèi)檢測技術(shù)存在的未探測到、低估危險(xiǎn)及錯誤辨識等方面的性能。②對內(nèi)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行整體的統(tǒng)計(jì)分析，確定內(nèi)檢測遺漏和錯誤辨識的缺陷的數(shù)量、尺寸和位置，評價(jià)內(nèi)檢測器檢測到的缺陷的實(shí)際數(shù)量和尺寸。③對各種內(nèi)檢測數(shù)據(jù)的差異進(jìn)行對比分析，以對測量錯誤進(jìn)行歸納、驗(yàn)證檢測器、現(xiàn)場和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)。

（5）工作建議

完整性管理是保證管道安全運(yùn)行的有效手段。中國管道行業(yè)已經(jīng)初步建立起完整性管理的理念，開始制定完整性實(shí)施計(jì)劃及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并已經(jīng)對陜京管道、廣東 LNG 管道等進(jìn)行了內(nèi)檢測實(shí)踐，取得了良好的效果。為了更好地開展完整性管理，現(xiàn)結(jié)合國際上完整性管理的最新進(jìn)展，提出以下建議。

1）提高對直接評價(jià)的重視程度。由于內(nèi)檢測技術(shù)適用范圍的局限性，相當(dāng)數(shù)量的管道需要通過直接評價(jià)技術(shù)進(jìn)行完整性評價(jià)。應(yīng)該加強(qiáng)對直接評價(jià)技術(shù)的研究，適當(dāng)引進(jìn)直接評價(jià)技術(shù)，對不適合內(nèi)檢測評價(jià)的管道進(jìn)行完整性評價(jià)，提高完整性管理技術(shù)水平。

2）制定并監(jiān)督實(shí)施強(qiáng)制性的完整性評價(jià)計(jì)劃。在國內(nèi)缺乏強(qiáng)制性法律的情況下，各大石油公司應(yīng)該制定包括直接評價(jià)和內(nèi)檢測等評價(jià)方法在內(nèi)的完整性評價(jià)計(jì)劃，提出強(qiáng)制性要求，使管道完整性管理從試點(diǎn)逐步納入規(guī)范化管理的軌道。

3）加強(qiáng)行業(yè)數(shù)據(jù)庫建設(shè)。注重整個管道行業(yè)的管道失效等數(shù)據(jù)收集和分析，為完整性管理提供參考；在開展內(nèi)檢測實(shí)踐的基礎(chǔ)上、加強(qiáng)對內(nèi)檢測數(shù)據(jù)和結(jié)果的對比研究，提高對內(nèi)檢測技術(shù)的認(rèn)識。

4）加大對完整性管理技術(shù)的研究力度。密切跟蹤國外最新技術(shù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，有計(jì)劃地開展直接評價(jià)技術(shù)和內(nèi)檢測技術(shù)的研究，加大研究投入，培育具有自主知識產(chǎn)權(quán)的評價(jià)技術(shù)。

1-2 十一五期間中國鋼管市場有哪些需求？

答：十五期間中國鋼管市場消費(fèi)結(jié)構(gòu)的變化，反映了十一五期間中國鋼管發(fā)展的經(jīng)濟(jì)背景，分析了中國鋼管市場主要用戶的要求，從宏觀層面對鋼管和鋼材市場的動態(tài)比例關(guān)系進(jìn)行了評估，對十一五期間中國鋼管市場需求驚醒了預(yù)測。

（1）十五期間中國鋼管頁的發(fā)展情況

十五期間，中國鋼管產(chǎn)量由 1153.10×104t/a 上升到 2614.11×104t/a，五年間上升 1461.10×104t/a，年均增加 292.2×104t/a。由于產(chǎn)能不斷增加，從十五初期的生產(chǎn)能力不足，已轉(zhuǎn)為生產(chǎn)能力過剩。中國鋼管十五時期的產(chǎn)量和構(gòu)成比例見表 1-2。

由表 1-2 可知，五年來，鋼管產(chǎn)量和表觀消費(fèi)量平均以 22.46% 和 19.77% 的幅度高速增長。2003 年以后，鋼管自給率逐漸呈供大于求的局面，即自給率大于百分之百進(jìn)口管。中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會指出：管材在鋼材表觀消費(fèi)總量中的比例，2000 年為 6.61%，2005 年為 6.42%，變化不大。其中，無縫鋼管由 2000 年的凈出口 3×104t，轉(zhuǎn)為 2005 年凈出口 71.4×104t；焊接鋼管由 2000 年的凈出口 3×104t，轉(zhuǎn)為 2005 年凈出口 124.5×104t。管材在國內(nèi)市場的國產(chǎn)化率已達(dá) 95.5%。

十五期間中國鋼管業(yè)的發(fā)展情況表明，中國鋼管業(yè)已進(jìn)入供大于求的新階段。這給十一五期間中國鋼管業(yè)的發(fā)展以新的啟示。

（2）十一五期間鋼管市場需求分析和評估

1）十一五期間中國鋼管業(yè)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)背景：處于中國工業(yè)化由中期階段向后期階段的過渡時期，是中國鋼管業(yè)發(fā)展的拐點(diǎn)。這意味著鋼管產(chǎn)量和消費(fèi)量由高速增長，過渡到持續(xù)、快速增長，鋼管業(yè)發(fā)展的增速放慢。當(dāng)我國工業(yè)化基本實(shí)現(xiàn)時，鋼管產(chǎn)量和消費(fèi)產(chǎn)量將到達(dá)歷史峰值。這個時期，中國經(jīng)濟(jì)仍然只要是靠投資和外貿(mào)拉動，由粗放型增長方式向集約型增長方式過渡。十一五期間中國鋼管業(yè)就處在這樣兩個過渡時期的發(fā)展階段。

十一五期間規(guī)劃經(jīng)濟(jì)發(fā)展的態(tài)勢是又好又快，其著力點(diǎn)是創(chuàng)新、節(jié)能和環(huán)保。至于 GDP 增長率，十一五前兩年（2006 年和 2007年）預(yù)計(jì)分別是 10.7% 和 8%。平均為 9% 左右。預(yù)計(jì)后三年可能是 7.5%~8%。十一五期間 GDP 增長率平均約為 8%。中國鋼鐵協(xié)會預(yù)測 2010 年我國粗鋼消費(fèi)達(dá)到 4.9×108t，鋼材消費(fèi)達(dá)到 4.7×108t。這個預(yù)測是在總結(jié)十五期間預(yù)測的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)基礎(chǔ)上得出的。

2）十一五期間鋼管市場的需求評價(jià)：十一五期間，中國能源需求強(qiáng)勁是中國鋼管行業(yè)發(fā)展的直接動力。預(yù)測 2010 年將消費(fèi)（25~33）×108t 標(biāo)煤，十一五期間能源建設(shè)將投資 3.5 萬億元。到 2020 年，我國能源工業(yè)累計(jì)投資將達(dá)到 10 萬億元，從 2005 年起，每年投資 7000 多億元。其中 2020 年煤炭生產(chǎn)能力將達(dá)到 28×108t，年均投資 700 億元；2010年石油產(chǎn)量將達(dá)到 1.8×108t，年均投資 500 億元；2010 年天然氣產(chǎn)量達(dá)到 1100×108m³，年均投資 300 億元；2010 年電力裝機(jī)，包括火電、水電、喝點(diǎn)、天然氣發(fā)電、風(fēng)電等新能源發(fā)電達(dá)到 7×108Kw，年均投資 5000 多億元。

①煤炭用鋼管。煤炭用鋼管的數(shù)量比較大，用途也比較廣。按鋼管占 20% 來估計(jì)，支護(hù)用鋼管 2006~2010 年共用 990×104t；礦用帶式輸送機(jī)拖輥等設(shè)備和排水、通風(fēng)用鋼管 130×104t。由此可見，煤炭用鋼管共計(jì)約 1120×104t。

②石油天然氣鋼管。石油天然氣用鋼管的主題市場是中石油、中石化和中海油三家石油巨頭，其用途主要是油井管、油氣長輸管線鋼管。

2006~2010 年共計(jì)需油井管 1800×104t。石油行業(yè)十一五期間油井管和管線鋼管用量之和約 3800×104t。

③化工用鋼管。十一五期間無縫鋼管、焊管等共計(jì) 900×104t。

④電力用鋼管，包括火電用鋼管（蒸汽管、高壓給水管等）、核電用管（傳熱管）、水電用鋼管（焊接鋼管、壓力管）、風(fēng)電用鋼管（焊管）、電網(wǎng)用鋼管（輸電塔一般用角鋼改為用焊管）。以上電力用鋼管 2006~2010 年總計(jì)需求量 575×104t。

⑤鋼結(jié)構(gòu)用鋼管。鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展同城市化有密切的關(guān)系。華東、中南仍是我國鋼結(jié)構(gòu)消費(fèi)的主要區(qū)域，西北、西南地區(qū)的消費(fèi)比重呈增長勢頭。十一五期間，中國城鎮(zhèn)化率將由 2005 年的 43%，上升到 2010 年的 47%，農(nóng)村人口轉(zhuǎn)移到城鎮(zhèn)約 8545×104 人，年需建筑用鋼約 2655×104t。其中，東南部 844×104t，中部 1046×104t，西部 765×104t。五年共需建筑用鋼材約 1.3275×108t。

國內(nèi)一般以上的鋼材用于建筑行業(yè)，推算出 2006~2010 年，鋼結(jié)構(gòu)用鋼管需要 600~700×104t。

⑥房地產(chǎn)用鋼管。房地產(chǎn)用鋼管包括三個方面：一是鋼結(jié)構(gòu)，見⑤中分析；二是城市地下給排水、熱力、通風(fēng)管道；三是住宅用來水鍍鋅鋼管。十一五期間城市地下水及熱力管網(wǎng)，年需鋼管平均約為 50×104t；地面房屋用鍍鋅鋼管平均約需 800×104t；十一五期間房地產(chǎn)用鋼管量約 4250×104t。

⑦汽車工業(yè)用鋼管。2005 年我國汽車產(chǎn)量為 500×104 輛，2006 年達(dá)到 650×104 輛，2007 年可達(dá) 850×104 輛，2010 年將超過 900×104 輛。關(guān)于汽車用剛量的評估，按 2005 年汽車用鋼管 24×104t（其中無縫管 16.91×104t，焊管 7.09×104t）來推算，十一五期間汽車用鋼管量約 160×104t。

⑧造船工業(yè)用鋼管。目前世界造船市場處于發(fā)展的高峰期。在世界海運(yùn)貿(mào)易增長的推動下，尤其是在中國，石油、礦石進(jìn)口持續(xù)快速增長和集裝箱貨運(yùn)增速上升的推動下，2005 年我國制船行業(yè)產(chǎn)量突破 1222×104t 載重噸，同比增長 41.86%,占世界產(chǎn)量的 18.2%，2006 年造船產(chǎn)量為 1500×104t 載重噸，用鋼材 600×104t，其中管材占 7%，約為 42×104t。2006~2010 年我國造船達(dá)到每年平均 830×104t 載重噸，總計(jì)為 4152×104t 載重噸。按 2006 年船用鋼管量為基數(shù)，推算十一五期間我國造船工業(yè)用鋼管量為 250×104t。

⑨集裝箱行業(yè)用鋼管。我國集裝箱行業(yè)在產(chǎn)銷上已連續(xù) 14 年居世界第 1 位，生產(chǎn)集裝箱所用鋼材為耐候鋼，主要有熱軋薄板（1.6~6.0mm）、型鋼和焊管。預(yù)計(jì) 十一五期間集裝箱需求焊管將達(dá) 105×104t。

⑩機(jī)械工業(yè)用鋼管。中國機(jī)械工業(yè)有龐大的內(nèi)需支持，同時其有明顯的國際比較優(yōu)勢，是今后國際重點(diǎn)振興的產(chǎn)業(yè)。到 2010 年將投資 3555 億元，占國民經(jīng)濟(jì)總投資的 4%，增長速度為 47%，產(chǎn)銷總體呈平穩(wěn)發(fā)展趨勢。

機(jī)械工業(yè)的機(jī)床工業(yè)，歐、亞、美三足鼎立，歐洲勢強(qiáng)，德、日、美爭雄。機(jī)械工業(yè)發(fā)展如何，標(biāo)志著一個國家技術(shù)水平的高低。

機(jī)械工業(yè)鋼材用量的主要行業(yè)有：重型礦山機(jī)械、工程機(jī)械、通用機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、石油及化工機(jī)械。此外，還有零部件制造業(yè)，增速為 20%；制冷及空調(diào)機(jī)械制造業(yè)，增速為 15%~20%；環(huán)保機(jī)械制造業(yè)增速為 17%；文化辦公機(jī)械制造業(yè)增速為 15%；食品及包裝機(jī)械制造業(yè)增速為 10%~15%；液壓、氣動、密封件制造業(yè)增速為 10%~15%；印刷機(jī)械制造業(yè)增速為 10%；軸承制造業(yè)增速為 8%~10%；內(nèi)燃機(jī)制造業(yè)增速為 5%~8%；工程機(jī)械制造業(yè)增速為 5%。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，機(jī)械行業(yè) 2004 年消耗鋼材 4500×104t，2005 年消耗鋼材 5200×104t。2006 年機(jī)械工業(yè)產(chǎn)銷同比增長 15%，由此，預(yù)測十一五期間機(jī)械工業(yè)用鋼量為 2200×104t 左右。

機(jī)械制造業(yè)用管以大中直徑、中厚壁碳結(jié)鋼和低合金鋼管、無縫鋼管為主。用無縫鋼管代替實(shí)心段坯制造缸、筒、軸、輥、滾筒、軸承、管模等中空體和結(jié)構(gòu)體，可節(jié)約鋼材 20%~30%。又如壓力容器、高壓氣瓶年需無縫鋼管約 10×104t。機(jī)械用管中，大中直徑無縫鋼管約占 30%。近幾年，年消耗無縫鋼管（150~160）×104t，約占無縫鋼管消費(fèi)的 15%。美國的機(jī)械結(jié)構(gòu)管消費(fèi)比例，1997 年為 29.4%，2002 年保持在 24%。隨著我國機(jī)械裝備業(yè)的發(fā)展，我國鋼管用于機(jī)械結(jié)構(gòu)管的比例還會增加，將達(dá)到 20% 左右。

⑪輕工業(yè)用鋼管。輕工業(yè)是我國凈出口量較大的行業(yè)，2005 年出口順差為 1400~1500 億元，增長幅度較大。由于國際競爭激烈，需要鋼材品種升級換代。

輕工業(yè)用鋼管涉及自行車、影劇院、體育場館、會議廳設(shè)備（座椅等）、健身器材、家電、家具、醫(yī)療機(jī)械、小五金、旅游用品等。2005 年自行車用鋼材 185×104t，其中焊管約 110×104t，由此，預(yù)測十一五期間輕工業(yè)用鋼管約 880×104t。

⑫鐵路（車輛）用鋼管。十一五期間將加大綜合交通運(yùn)輸體系投資力度投資總額 65219 億元增長 18.6%。盡管如此，與國際交通運(yùn)輸發(fā)達(dá)國家相比，仍由較大差距。從路網(wǎng)密度來看，美國每萬平方千米國土面積就有鐵路 200km，印度有 211km。我國 2005 年年底全國鐵路總營業(yè)里程為 7.5×104km，每萬平方千米地面積鐵路僅為 78.11km。

十一五期間國家將繼續(xù)加大鐵路網(wǎng)建設(shè)，將重新線 1.7×104km，相當(dāng)于八五、九五和十五總和的 1.3 倍。鐵路車輛由于主要干線提速，需要新購機(jī)車 7300 臺，到 2010 年需新購貨車 22×104 輛，新購客車 2.6×104 輛。因此，未來幾年的鐵路車輛用鋼市場潛力巨大。

火車車廂用鋼管主要包括三個方面：一是車廂鋼結(jié)構(gòu)件，例如用方矩形鋼管制作箱梁；二是配管；三是為了提速、減重和安全，用鍛軋的空心軸代替實(shí)心軸。目前年需低和金鋼車軸（15~20）×104t。

綜上所述，十一五期間鐵路（車輛）用鋼管約 200×104t。

⑬港口建設(shè)用鋼管。我國鋼鐵工業(yè)正在向沿海地區(qū)發(fā)展，如鞍鋼、首鋼、唐鋼在沿海地區(qū)建設(shè)鋼鐵鋼鐵大廠，配套的港口建設(shè)正在發(fā)展之中。港口建設(shè)和跨海大橋都需要大量打樁用鋼管。例如，杭州灣跨海大橋用的打樁規(guī)格為 ø1016mm×16mm，管長 72m，鋼管用量很客觀。螺旋焊管用于樁管較合適，一部分直縫埋弧焊管也可用于樁管。同時，鐵路建設(shè)中橋梁也很多，以京滬高速鐵路為例，就有 11 座特大橋需要大量打樁用管。預(yù)計(jì)十一五期間港頭、碼頭、橋梁需要用作樁管的鋼管月 250×104t。

十一五期間我國鋼管出口量預(yù)計(jì)約 3000×104t。

1-3 俄羅斯 ø1420mm 直縫焊管生產(chǎn)線如何？

答：俄羅斯聯(lián)合鋼鐵股份有限公司韋克松鋼鐵廠建成的 ø1420mm 直縫埋弧焊管生產(chǎn)線，主要設(shè)備有德國 SMS MEER 公司提供，采用 JCO 成形工藝，可生產(chǎn)單焊縫和雙焊縫鋼管。由銑邊機(jī)、預(yù)彎機(jī)、步進(jìn)成型機(jī)、預(yù)焊機(jī)、水壓試驗(yàn)機(jī)、無損檢測等設(shè)備組成。生產(chǎn)的 ø1420mm 焊管力學(xué)性能檢測試驗(yàn)表明，完全滿足油氣輸送管線要求。

ø1420mm 焊管生產(chǎn)線大口徑焊管的生產(chǎn)能力為 40×104t/a，其主要生產(chǎn)設(shè)備如下：

1）銑邊機(jī)。為后續(xù)焊接保證最精確的板邊幾何參數(shù)。

2）預(yù)彎機(jī)。彎力 24MN，可同時從全長鋼板兩側(cè)逐段彎曲板邊。

3）步進(jìn)成型機(jī)（JCO）。彎力 65MN，可同時在管坯全廠范圍內(nèi)的多個彎曲點(diǎn)上，將各坯段預(yù)彎向管坯中央，最終形成斷面。

4）預(yù)焊機(jī)。在正式焊接前進(jìn)行保護(hù)氣體定位焊接。

5）自動焊機(jī)。采用埋弧多弧焊接工藝焊接工藝（3~5個電?。?，進(jìn)行內(nèi)外焊縫的自動焊接。液壓擴(kuò)徑機(jī)（擴(kuò)徑頭擴(kuò)張力為 21GN），可在全管長范圍內(nèi)逐漸進(jìn)行鋼管擴(kuò)徑、定徑，保證鋼管的幾何尺寸精度并消除內(nèi)應(yīng)力。

6）水壓試驗(yàn)機(jī)。最大試驗(yàn)壓力為 55MPa。

7）無損檢測設(shè)備。用于焊縫和罐體自動超聲波檢測、手動超聲波檢測、X 射線檢測、磁粉檢測等。

2005 年 4 月，韋克松鋼鐵廠第四鋼管廠這套新生產(chǎn)線投產(chǎn)。再制造大口徑厚壁管時，采用了謝維爾（北方鋼公司）、Dillinger（德國）、Posco（韓國）等公司生產(chǎn)的寬厚熱軋板，并與這些公司簽訂了長期供貨合同。ø1420mm 鋼管的力學(xué)性能見表 1-4.測試鋼管的壁厚為 18.7mm 和 15.7mm，其熱軋板分別有俄羅斯謝維爾公司和德國 Dillinger 鋼廠供貨。

2006 年 4~5 月，俄羅斯天然氣科學(xué)技術(shù)研究院，對該廠 1420 機(jī)組生產(chǎn)的 X70 級管線鋼管 ø1420mm×26.7mm 和 K60 級 ø1020mm×17mm 單焊縫鋼管分別進(jìn)行了試驗(yàn)。

試驗(yàn)中，在鋼管試樣表面制造了人工缺陷，然后在液壓試驗(yàn)機(jī)上按要求進(jìn)行試驗(yàn)，并對鋼管的韌性進(jìn)行了評價(jià)。

試驗(yàn)結(jié)果表明，所生產(chǎn)的鋼管可用于施工溫度 -60℃，運(yùn)行溫度 -20℃，工作壓力為 9.8MPa 的油氣輸送管道的敷設(shè)和大修。這一結(jié)論已得到全俄天然氣科學(xué)技術(shù)研究院和全俄鋼鐵科學(xué)技術(shù)研究院的正式認(rèn)可。此外，天然氣工業(yè)公司驗(yàn)收委員會在 2005 年 7 月 14 日 1 號會議記錄中，也對該廠 ø1420mm×26.7mm 鋼管的優(yōu)良性能給予了肯定。

現(xiàn)已制定出天然氣工業(yè)及石油輸送管道用“大口徑直縫焊管生產(chǎn)技術(shù)條件”。韋克松鋼鐵廠已開始對石油天然氣公司供應(yīng)這種鋼管，并對試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行了更新，以便對鋼級 K70(X70)，壁厚 50mm 的大口徑直縫焊管的力學(xué)性能進(jìn)行可靠的檢驗(yàn)。新添的檢驗(yàn)設(shè)備由 Zwick 公司提供，包括拉伸試驗(yàn)機(jī)、落錘撕裂試驗(yàn)機(jī)和沖擊試驗(yàn)機(jī)。

除了 ø1420mm 大口徑直縫焊管上產(chǎn)線外，韋克松鋼廠還建立了鋼管外防腐生產(chǎn)線，內(nèi)防腐生產(chǎn)線于 2006 年 10月 投產(chǎn)。這兩條鋼管內(nèi)、外防腐生產(chǎn)線的設(shè)備均由荷蘭 Bauhuis 公司提供。

聯(lián)合鋼鐵公司韋克松鋼鐵廠，是第一個批量生產(chǎn)出 ø1420mm 大口徑直縫焊管的俄羅斯制管企業(yè)。俄羅斯巴頓焊接研究所，礦山技術(shù)監(jiān)督局、重型機(jī)械廠、烏克蘭國立黑色冶金設(shè)計(jì)院等單位的專家和一些外國專家，參與了 ø1420mm 大口徑單直縫焊管的工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備開發(fā)及投產(chǎn)調(diào)試。

目前該廠發(fā)展趨勢良好，經(jīng)營狀況穩(wěn)定，投資重點(diǎn)向著提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量方面發(fā)展。這些將使人們堅(jiān)信，韋克松鋼鐵廠在互利合作的基礎(chǔ)上，能夠?yàn)槭吞烊粴庑袠I(yè)提供大量優(yōu)質(zhì)的管線鋼管，并已準(zhǔn)備參與“俄北—?dú)W洲天然氣管道”和“東西伯利亞—太平洋天然氣管道”的建設(shè)。

1-4 閥門用金屬波紋管的選型與應(yīng)用如何？

答：介紹金屬波紋管在截止閥、閘閥、調(diào)節(jié)閥、安全閥和球閥等閥門中的應(yīng)用、設(shè)計(jì)和選型。對閥門用金屬波紋管在使用中出現(xiàn)的出現(xiàn)的問題給出了解決辦法。

（1）概念：隨著世界范圍內(nèi)環(huán)保意識的增強(qiáng)，人們對閥門的密封要求越來越高，特別是該裝置以及石油和化工等特殊場合，要求閥門必須實(shí)現(xiàn)“零泄漏”。因此，蘇聯(lián)、德國、美國和日本等國家率先將金屬波紋管應(yīng)用于閥門領(lǐng)域，使波紋管閥門作為一個新產(chǎn)品首先在航空、航天、艦船和核工業(yè)等軍工領(lǐng)域得到應(yīng)用，并迅速在石油和化工等行業(yè)得以推廣。

金屬波紋管的作用主要是實(shí)現(xiàn)測量、連接、轉(zhuǎn)換、補(bǔ)償、隔離、密封和減震等功能。在波紋管截止閥和閘閥中的作用只要是隔離、密封和補(bǔ)償功能，在自力式調(diào)節(jié)閥中，還與彈簧配套起到輸出力和開區(qū)關(guān)閉閥門的作用。

用于波紋管閥門的金屬筆文官只要有液壓成形和焊接成形兩種，是根據(jù)實(shí)際使用的閥門閥體高度、位移量、耐壓能力以及剛度要求綜合考慮選擇何種形式的金屬波紋。金屬波紋管的材料主要是奧氏體不銹鋼以及高溫合金鋼等，材料的選擇主要是根據(jù)閥門實(shí)際使用介質(zhì)腐蝕性和使用溫度決定的。

由于近年來國內(nèi)閥門行業(yè)發(fā)展非常迅速，如何在波紋管閥門設(shè)計(jì)時選擇合適的金屬波紋管成為行業(yè)上迫切需要解決的問題。

（2）術(shù)語：在對金屬波紋管設(shè)計(jì)選型時，首先要明確金屬波紋管的行業(yè)術(shù)語。

1）波紋管：一種彈性、薄壁、有多個橫向波紋的管殼零件。

2）波紋管組件：由兩個或兩個以上零件組成，其中之一是波紋管，波紋管是一個或多個串聯(lián)，其他是法蘭等配件。

3）壁厚：成形波紋管的原始金屬管的管壁厚度，對多層波紋管則是各層壁厚的總和。

4）形程：已原始長度為基點(diǎn)，波紋管壓縮位移與拉伸位移之和。

5）扭曲：長波紋管進(jìn)行軸向壓縮時產(chǎn)生的柱失穩(wěn)。

6）公稱壓力：與波紋管機(jī)械強(qiáng)度有關(guān)的設(shè)計(jì)給定壓力。

7）公稱載荷：正常工作條件下允許的最大載荷或滿量程值。通常是預(yù)期設(shè)計(jì)值。超載載荷一般限定在額定載荷的 125%~150%。

8）額定位移：額定載荷下引起的位移，是正常使用條件下允許產(chǎn)生的工作位移。

9）波紋管剛度：使波紋管產(chǎn)生單位位移所需要的力，設(shè)計(jì)計(jì)算得出的剛度稱為公稱剛度或額定剛度。一般情況，公稱剛度不直接受用實(shí)際值，而是產(chǎn)品原型經(jīng)過測試后的修正值。

10)一次循環(huán)：波紋管隨閥桿從全開到全閉再到全開的運(yùn)動過程。

11）循環(huán)壽命：波紋管在規(guī)定壓力、溫度和軸向行程下往復(fù)運(yùn)動而不破換的最大循環(huán)次數(shù)。相同產(chǎn)品的壽命與波紋管工作狀態(tài)、循環(huán)次數(shù)、頻率、壓力和溫度等有關(guān)。

12）有效面積：彈性元件在單位壓力作用下，位移為零時轉(zhuǎn)換的集中力的大小。但有效面積隨壓力增加而變化，因此具有不恒定性，在力平衡式儀表中，要配對篩選，做到有效面積盡量一致。