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金属复合管-SY/T 6623-2005,API 5LD

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产品描述

双金属复合钢管基本原理:外基管负责承压和管道刚性支撑的作用,内衬管承担耐腐蚀的作用。

外基管可以根据输送介质的流量和压力要求,选用不同通径和壁厚的碳钢管材。热镀锌钢管、直缝焊管、螺旋管、低中压流体输送用无缝钢管、高压锅炉、石油裂化用无缝管钢管、管线管等。直径可从φ20-φ1020mm,壁厚可从2.5-50mm。

内衬管可以根据输送介质化学成分,选用不同的耐腐蚀合金。可以是奥氏体不锈钢 304、304L、316、316L、铜基合金、镍基合金、哈氏合金、钛、钛合金、双相不锈钢等新型高耐腐蚀合金材料。内衬管壁厚可以根据使用寿命和焊接工艺的要求从0.3-4mm。

一、制造标准/规范
内衬耐腐蚀合金复合钢管制造标准及规范如下:
1APISPEC 5LD 1998《内覆或衬里耐腐蚀合金复合钢管规范》
2SY/T 6623-2005 《内覆或衬里耐腐蚀合金复合钢管规范》
3DNV-OS-F101(2007) 《海底管道系统规范》
4CJ/T192-2004
二、结构型式
内衬耐腐蚀合金复合钢管由三部分组成
 外层基体钢管l
 内衬的耐蚀合金层l
 专利封焊(堆焊)接头(如图)l

实用新型的封焊(堆焊)接头增加了内衬层的有效厚度,保证了焊接坡口耐蚀合金钝边不小于2.0mm,不会因热收缩引起层间分离和衬层烧穿,避免在焊接时可能造成夹层气孔缺陷,解决了大口径复合钢管焊接错边问题,排除了淬硬马氏体不良组织形成及冷裂纹的出现。

三、内衬合金材料的选择

可对下表所列合金进行静水压复合,除此以外依据客户需要还可以定做内衬铜、铝、钛(合金)材料复合管以及SUS304材质不锈钢复合管

API

美国

USA

中国 China

德国 Germany

英国 Britain

日本 Japan

5LD

ASTM

UNS

LC 1812

316l

S31603

00Cr17Ni14Mo2

X2CrNiMo1810

316S12/316S13

SUS316L

LC2205

 

S31803

00Cr22Ni5Mo3N

X2CrNiMoN2252

 

SUS319J3L

LC/2242

incoloy825

NO8825

NS142

NiCr21Mo

NA21

NCF825

ALLOY825

LC/2262

incoloy625

NO6625

NS336

NiCr22Mo9NB

NA43

NCF625

 

四、基体钢管选材标准
1 GB/T9711.1(石油天然气工业管线钢管交货技术条件ISO3183.1):基本质量要求的A级钢管,等同采用API SPEC 5L 。钢级小于L245B)的管材也可按GB/T8163GB/T5310GB/T13793GB/T3091GB/T6479标准中的10#20#Q195Q215Q235Q295Q34516Mn材料钢管或20g耐热钢管选择,可满足所有服役环境。
2 GB/T9711.2(ISO3183.2)A级基本质量要求提高的B级要求,规定了比A级要求较高的质量要求,等同采用API SPEC 5L PSL2,增加了有关韧性和无损检测内容,例如L245以上钢级增加了夏比冲击功要求和0的落锤撕裂试验DWTT要求,适用于干或湿天然气输送,防止长期运行过程中出现脆性断裂。如,甜腐蚀服役条件下,宜采用B 级钢管。
3 GB/T9711.3(ISO3183.3)C级钢管规定了比B级钢管更高的质量要求,等同采用API SPEC 5L PSL2+SR,适用于苛刻条件下,如酸性、海洋、低温等条件下,输送天然气。例如,酸性服役条件下,为了提高基管钢管的止裂韧性,要采用GB/T9711.3的酸性服役条件管材,即后缀带S

产品系列

应用范围

材质匹配

基管

衬管

壁厚

 

2.0 16 mm

0.3 4.0 mm

管线管

地面高压集输管网

  X42X802020G16MnL360/245NB,Q235A,Q235B

304,304L,321,316L,410S,2205,2507,C276,SAF 2205,Alloy 625,Alloy 825,无氧铜

油井管

井下油管、套管

J55 N80 P110S

9Cr,13Cr,SAF2205

民用建筑

中低压输送管网

Q215A Q235A

304不锈钢,铜、铝、钛:CuAlTi

(1)双金属复合管外径范围:Φ25mmΦ1200mm;最大长度:12m 

(2)外基管壁厚5mm、内衬管壁厚2mm时,双金属复合管性价比 ;

(3)可根据腐蚀环境和工作要求,实现上述外基管和内衬管的不同组合。

API Spec 5LD 耐腐蚀合金外覆或内衬钢管

应用领域
•   石油、天然气管材
主要做油井管及集输管。可以开发的品种有:碳合结与耐腐蚀不锈钢或合金的复合管;如CrMo钢与13Cr、超级13Cr、G3、825和C028等的复合管道。
•   化工管材
主要用于内层为强腐蚀介质,而外层则有强度要求的各种使用环境。如碳钢与耐蚀不锈钢304、316L等的复合。
•   内覆耐磨金属材料
用于电厂粉煤、矿山矿粉和尾矿浆输送等高磨损工作环境。
•   离心铸态成品钢管
高温炉管、高温炼烧罐及供后期加工的铸态钢管。
产品规格
挤压钢管规格
 外径:Ø76~Ø219
 壁厚:6~30mm
 长度:2~10m (长度与外径和壁厚有关)
 CRA复层厚度为管材壁厚的1/4~1/2(可随用户要求调整)
 
挤压+冷轧钢管规格
 外径:Ø25~Ø219 
 壁厚:2.5~25mm
 长度:4~12m (长度与外径和壁厚有关)
 CRA复层厚度为管材壁厚的1/4~1/2(可随用户要求调整)
 
油田用双金属复合管品种
井下用:
基层:  碳结钢、合结钢(N80、L80、P110等 )
复层(CRA): Sup13Cr、0Cr13、 028、Inconel600、Incoloy825、G3等
 
管线管:
基层:碳结钢、合结钢(X60、L360NCS等)
复层(CRA):304L、316L、2205、028、Inconel600、Incoloy825等,可参见API 5L及5LD标准。

化工及锅炉行业用双金属复合管品种

替代一般不锈钢双金属复合管:
基层:碳结钢、合结钢(如:Q195、Q230、20Cr等 )
复层(CRA):304L、316L、310S、Inconel600、Incoloy825等

锅炉用双金属复合管:
基层:碳结钢、合结钢(20G、12Cr1MoV等)
复层(CRA):304L、316L、310S、Inconel600、Incoloy825、S31803等

双(多)金属复合管是指钢管内壁和外壁由不同金属组成的钢管。在某些特定行业中,由于需要不同,钢管内壁和外壁的金属成份可以不同,如锚杆行业,由于外壁长时间接触水,需要耐腐蚀的不锈钢,而内壁可以是普通碳钢。再如油气运输管内壁要求高,需要耐腐蚀,外壁没有特殊要求,则可以是内壁不锈钢、外壁普钢的组合。这些管材目前要么是纯金属管,要么是机械复合管。"离心+挤压"方式生产的双(多)金属管和纯金属管相比,由于将高价合金管的一部分替代成低等级要求的管材,因此可以节约贵重金属材料。和机械复合管相比,新工艺生产的双(多)金属复合管有四大优点:一是离心坯挤压双金属管具有高强度的冶金结合层,可以避免机械复合管常出现的内层剥离问题;二是机械复合管由于爆破技术要求内层金属层只能是薄层,而新工艺则可以灵活改变基层和复层的厚度及金属品种;三是离心坯挤压双金属管有较宽的融合界面,可以解决机械复合管结合界面的应力问题。

SY/T 6623-2005

双金属复合管是水下爆燃加衬技术制造的高科技产品,该产品以碳钢管为基体材料,充分发挥碳钢管优良的机械力学性能和价廉特征,即通过碳钢基体保证管道的整体强度和各项机械指标;以耐腐蚀合金材料为内衬防腐层,充分发挥耐腐蚀合金优异的耐蚀性能,即通过耐蚀合金内衬保证管道的耐腐蚀性能,从而实现双金属复合管可靠性和经济性 组合。

技术特点
(1)更经济:双金属复合管由外基管壁厚承担管道系统的工作压力,内衬管壁厚承担管道系统的耐腐蚀要求,从而极大地降低了原材料成本,其平均造价仅为耐蚀合金(CRA)管材的1/6至1/3;同时,长期运营成本更是远远低于缓蚀剂方案。
(2)更安全:双金属复合管可根据腐蚀介质的不同,选择相应的耐蚀合金材料作为内衬,能够完全达到耐蚀合金管材的耐腐蚀性能标准,并且具有更高的耐压指标;同时,采用双金属复合管还可以避免缓蚀剂方案复杂的管理过程而带来的风险,确保生产运营的安全性。
(3)创新的制造工艺:“水下爆燃加衬技术”属于国内首创,该工艺利用爆轰波实现材料的瞬间成型,通过水的不可压缩性传递能量,极大地提高了复合管的结合强度,且制造过程节能、环保;同时,通过材料匹配性的选择,该工艺可确保基管和衬管在复合过程中物理与化学性能的稳定。

制造过程节能、环保;同时,通过材料匹配性的选择,该工艺可确保基管和衬管在复合过程中物理与化学性能的稳定。

序号 \  用 途 工 作 介 质 管 子材 料(外层\内层)                                                   
1. 净化用冷凝器\石油气\ 海水       低碳钢\黄铜
2.石油化工用冷凝器\  石油气\  海水   耐腐蚀钢或碳素钢\黄铜
3.石油精炼用高温冷凝器\石油气\腐蚀性气体\海水  耐腐蚀钢或碳素钢\黄铜
4.高温反应气体冷却器 \ 腐蚀性反应气体\水或海水  耐腐蚀钢 \ 黄铜
5.胺用冷凝器\胺\ 盐水           钢或铝\CU—NI70—30合金
6.氨冷凝器\氨\海水或水          低碳钢\铜或铜合金
7.氨致冷机\氨\水或海水          碳素钢\铜或铜镍合金
8.苯冷凝器\苯蒸气\海水           低碳钢\黄铜
9.海水冷却器\盐水\海水           低碳钢\铜镍合金
10.表面冷凝器\蒸气\冷却水        耐腐蚀钢\铜或铜合金
11.水银净化器\水银\冷却水        低碳钢\铜
12.烃冷凝器\烃\海水              低碳钢 \ 铅或黄铜
13.食油加热器\蒸气\食油          铜\ 耐腐蚀钢或碳素钢
14 .食油冷却器\食油\水           耐腐蚀钢或碳素钢 \ 铜
15.制取CO \ CO2吸附器\冷却水  耐腐蚀钢 \ 铜镍合金
16.牛奶冷却器\牛奶\氧化钙溶液  耐腐蚀钢 \ 铜
 

产品规格︰双金属复合管目前世界盛行工艺方法主要有以下四种:

机械滚压法、爆炸复合法、拉拔复合法、液压复合法。


双金属复合管机械旋压法

形成机理:
利用两种不同材质的机械性能,即利用外基管(碳钢管)弹性变形范围,利用内衬管(不锈钢管)屈服强度低的特性。在滚压机具螺旋进给的挤压下,使内衬管连续局部塑性变形,外基管始终保持在弹性变形范围之内。当外力去除后,外基管弹性收缩,内衬管由于已呈塑性变形无法收缩。从而达到内衬管外表面强力的嵌合在外基管的内表面中,复合成型。
特点:
1、防腐性好:能有效地防止二次污染,符合国家直接饮用水质标准的要求;
2、强度高:有较强抗挤压,抗共振性,极大的降低了水管受到外力冲击而产生渗漏的可能性,避免了因渗漏对水资源产生大量浪费;
3、稳定性好:在-20~350℃热膨胀系数几乎一致(热膨胀系数小、耐热性高);
4、管壁光滑、均匀,不结垢,通径有保障,输送能耗低;
5、采用传统工艺连接,安全、灵活、可靠;
6、降低热能损耗,不锈钢管的保温性能是铜材料水管的24倍,大量地节约了热水输送中的热能损耗;
7、性价比优:总的造价只有薄壁不锈钢管的三分之二价格,紫铜管的五分之一价格。
技术参数:
基管类型:镀锌钢管,食品级304不锈钢管
复合压力:结合强度高于行业标准所要求的0.2MPa
执行标准:使用压力符合GB/T8163-2008、GB/T3091-2008规定
接口类型:丝扣、沟槽、焊接以及法兰连接


双金属复合管爆炸复合法

形成机理:
将装配好的内外管放置在水槽内,将集束 放置在内衬管轴线上,通过 瞬间生产的爆炸力,引起水槽内水压瞬间增高,瞬间增高的水压,在瞬间内推动内衬管在直径方向向外扩张,向外扩张的内衬管在水压的作用下,扩张置外基管的内表面上,并在水压的作用下,随外基管继续扩张,直至压力消失;而外基管在轴向方向向内收缩,最终复合成形。
特点:
① 一次性瞬间成形。
② 各点的压力基本相同。
影响复合品质的因素:
① 由于外基管内表面不规则,造成外基管壁厚不均匀。
受双金属复合管成形基理的限制,要使外基管处于弹性变形范围,不均匀的外基管壁厚,使得批量生产,在装填 时,用量上受到限制。药量大了,瞬间冲击波大,外基管易发生永久变形,甚至不安全,使得结合力反而下降;药量小了,冲击力小,内衬管达不到一次性充分塑性变形,导致双金属复合管结合力小。通常为0.5 MPa左右。由于爆炸成形工艺的特点,导致内衬管轴向方向向内收缩。为了保证管口整圆,不得不进行二次校正。
② 由于结合力小,使得内外管环状结合面间隙大,内衬管在管端焊接处,将反复承受介质输送过程中,压力交替变化的扭动、折弯,致使连接处出现材料疲劳、开裂,导致耐腐蚀性能下降—(折翘现象)。
③ 由于装填 用量上受到限制,内衬管达不到充分的塑性变形。由于冲击波产生的反作用力小,内衬管内表面压应力达不到充分的体现,内衬管直缝焊接处仍处于拉应力状态。致使内衬管表面整体,尤其是直缝焊接处,抗热应力腐蚀的能力下降。


双金属复合管液压复合法

形成机理:
将装配好的内外管完全密封—呈密闭长筒,再将液体注入筒内,逐步加压筒内的液体,使得内衬管逐步的在直径方向向外扩张,在轴向方向向内收缩。通过连续逐步施压,使得内衬管最终达到塑性变形,外基管仍处于弹性变形范围内,当通过压力表判定内外管已达到塑性变形,外基管处于弹性变形要求时,施放压力,复合形式。
特点:
① 逐步加压成形。
② 密闭长筒内各点压力相同。
③ 不破坏内管的不锈钢表面
④ 适合大口径双金属复合管复合工作
⑤ 高压力的液压复合使结合强度远远高于行业标准
技术参数:
基管类型:无缝钢管、直缝焊管或螺旋焊管及食品级304不锈钢管
复合压力:结合强度高于行业标准所要求的0.2MPa
执行标准:使用压力符合GB/T8163-2008、GB/T3091-2008规定
接口类型:焊接以及法兰连接
产品用途:
广泛应用于水务、水利水电工程、石油化工工程、燃气工程、消防工程、学校医院、工业与民用建筑工程等


双金属复合管拉拔复合法

形成机理:
将装配好的内外管,通过一个带有锥度的(通常锥度为1:25、1:50),最大轮廓外圆尺寸固定的模具,沿内衬管轴线拉拔前行。通过拉拔模具挤压、扩张的方式,将内衬管在直径方向复合到外基管的内表面上,并通过继续扩张使外基管也处于弹性变形的范围内。当外力去除后,内衬管呈塑性变形无法收缩,外基管处于弹性变形呈收缩趋势,但受内衬管的限制,外基管内表面强力的嵌合在内衬管的外表面上,复合成形。
特点:
① 成形工艺简单、有效。
② 复合管内表面圆整度好。
影响品质的因素:
① 由于外基管内表面形状不规则,不平高度影响了模具轮廓最大外圆尺寸全行程的通过。
拉拔模具最大轮廓是机械加工的整圆,必须沿轴心线平行前行。模具与内衬管的材质为硬钢于软钢,在拉拔扩张过程中,模具嵌入在内衬管内表面中。当外基管不规则的内表面影响拉拔模具通过时,会造成拉拔模具轴线与内衬管轴线形成夹角,扩大了模具最大轮廓直径。当出现对称的不平高度时,由于作用在拉拔模具上的力,在3600方向上是对称的,这样就会造成拉拔模具无法避让。两种现象都会使内衬管受挤压处弯曲变形加大,造成拉拔模具最大轮廓处,切削内衬管表面,引起表面光洁度的破坏,甚至无法通过。这种状况在复合较大直径的双金属复合管时更为明显。
为了保证表面品质和功效,通常采用减小拉拔模具最大轮廓尺寸,因此复合后的双金属复合管结合力小。通常仅为0.2~0.3MPa之间。
② 由于结合力低使得内外管环状结合面间隙大,内衬管在管端焊接处将反复承受介质输送过程中,压力交变的扭动、折弯,致使连接处出现材料疲劳、开裂,导致耐腐蚀性能下降—(折翘现象)。
③ 由于内衬管没有达到充分的塑性变形,内衬管内表面由作用力与反作用力产生的表面压应力,达不到充分的体现,表面压应力几乎没有反映。此时,内衬管中直缝焊接处仍处于拉应力状态,因此内衬管表面整体,尤其是直缝焊接处,抗热应力腐蚀能力下降。另外,采用拉拔工艺,拉拔模具呈直线运动,内衬管表面始终处于拉应力状态。
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