Стали для труб газонефтепроводов

Во второй половине ХХ в. Магистральные трубопроводы динамично развивались по всем основным параметрам: диаметру труб, величине рабочего давления, дальности перекачки. Заметно снизилась температура транспортируемого газа, резко возросла мощность газопроводов.

Бурное развитие трубопроводного транспорта потребовало высоконадёжных труб и соответствующего развития металлургической промышленности как в количественном, так и в качественном отношении.

Применение контролируемой прокатки обеспечило широкую возможность управлять структурой и свойствами стали, поэтому в начале 70-х годов ХХ в. Были разработаны принципиально новые типы сталей, которые могли бы отвечать требованиям при прокладке трубопроводов в условиях Тюмени и других северных районов и в связи с переходом на строительство трубопроводов диаметром 1420мм и с рабочим давлением 7,5МПа. В настоящее время это основной тип стали для труб диаметром 1020-1420мм при давлении 7,5МПа.

Для изготовления труб магистральных трубопроводов и промысловых сетей используют три типа сталей:

- углеродистые;

- низколегированные на базе марганца и кремния;

- стали контролируемой прокатки.

Углеродистые стали

Для производства труб применяется сталь углеродистая обыкновенного качества, поставляемая по ГОСТ380-71 группы «В», т.е. с гарантией механических свойств и химического состава, марок ВСт.2; ВСт.3 и редко ВСт.4. Бесшовные трубы чаще всего изготавливают из качественных конструкционных углеродистых сталей марок 10-20, которые поставляются по ГОСТ 1050-74. В зависимости от степени раскисления все углеродистые стали могут поставляться кипящими, полуспокойными и спокойными.

Химический состав сталей и их механические свойства определяются государственными стандартами в зависимости от марки и степени раскисления. Наличие азота в углеродистых сталях не должно быть более 0,008%. Для сталей 10 и 20 по ГОСТ 1050-74 регламентируется твёрдость и некоторые элементы структуры. ГОСТ 380-71 предусматривает, также производство углеродистой стали, упрочнённой марганцем. В этом случае в маркировку стали вводится буква «Г» и сталь маркируется ВСт.3Г.

Спокойные углеродистые стали более качественны, имеют однородный химический состав, но более дорогостоящи. Структура кипящих сталей наименее однородна из-за сегрегации углерода, серы и фосфора. При исследовании отдельных разрушений сварных соединений, выполненных из кипящих сталей, в зоне разрушения обнаруживалось удвоенное содержание углерода и серы против сертификатных данных, Фактическое содержание серы доходило до 0,1%. В спокойных сталях сегрегация незначительна. Неоднородность химического состава у кипящих и полуспокойных углеродистых сталей вызывает различие свойств в различных участках листа трубы, что ведёт к неоднозначному поведению трубы при сварке. Комплексные исследования труб показали, что данные типы сталей целесообразно применять сварки городских газовых сетей с давлением до 1,2МПа и нефтегазопроводов при положительной температуре эксплуатации. Сталь удовлетворительно сопротивляется развитию трещин при следующих условиях: ВСт.3сп при толщинах 5 – 10мм в интервале температур до – 40ºC включительно; ВСт.3пс при толщине 10мм при температуре – 20ºC; при толщине 8мм – до – 30ºC и при толщине 5мм – до – 40ºC; ВСт.3Г при толщине 10мм – до – 15ºC, при толщине 8мм – до – 20ºC и при толщине 5мм – до – 40ºC.

Применение углеродистых сталей в трубопроводах необходимо регламентировать в зависимости от типа раскисления стали, толщины стенки труб и запаса упругой энергии в транспортируемом продукте. Например, трубы из стали ВСт.3сп могут удовлетворительно работать в газопроводах при диаметре менее 530мм и толщине до 8мм, температуре эксплуатации – 10ºC и выше, температуре строительства не ниже – 30ºC. Трубы из стали ВСт.3пс и ВСт.3Г с толщиной стенки 8мм и менее могут применяться при температуре эксплуатации до – 5ºC и температуре строительства до – 20ºC. В условиях городских газовых сетей диаметром 530мм и менее с рабочим давлением до 1,2МПа, когда возможны воздействия на газопровод динамических нагрузок, трубы с толщиной стенки до 8мм из углеродистых сталей спокойных и полуспокойных марок можно применять в подземных газопроводах при температуре эксплуатации не ниже – 10ºC. Опыт применения улучшенной углеродистой стали ВСт.3 при строительстве резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов показывает, что углеродистые стали, могут обеспечивать гарантированную вязкость до температуры – 40ºC и хладостойкость до – 10ºC.