用于长输矿浆管道的焊接钢管
1 概述
长输矿浆管道（shurry pipeline）是将颗粒状的固体物质与液体输送介质混合，采用泵送的办法运输，并在目的地将其分离出来。输送介质通常采用清水。与其他运输工具（如铁路、公路）相比，具有储运技术上的可靠性，营运中的安全性，成本上的经济性和节能环保性。
1957年，世界第一条煤矿浆管道在美国俄亥俄州建成，全长173km，焊管口径10英寸，年运量130万t。
1967年，世界第一条铁精矿管道在澳大利亚萨瓦奇河建成，全长85km，焊管口径9英寸，年运量230万t。
1977年，世界规模最大的铁精矿管道在巴西建成，全长397 km，焊管口径分别为18英寸、20英寸，年运量1200万t。2006年，该管道由美国PSI公司重新设计改造，年运量已达到1650万t。
目前，全世界已有20多个国家使用管道输送矿浆物料，建成投产的长输矿浆管道有上百条，运输的物料品种有煤、铁精矿、铜精矿、磷精矿、石灰石、铝土矿等25种之多，年输送量、输送管径以及输送距离都有很大提高。长输矿浆管道的大规模成功投建，积累了丰富的设计理论和现场技术工作，总结出浆体物料长距离输送用大口径焊接钢管应用理论和实践经验，为这项技术向我国推广奠定了市场和技术基础。
我国90年代以来在中西部矿源丰富地区，已短距离小规模使用管道输送矿浆物料。近几年来，在冶金、煤炭、化工等行业已开始使用长输矿浆管道技术，特别是冶金矿山，对这项技术提出迫切的要求，对现代冶金矿山发展具有重大影响。随着西部大开发的不断深入，采用管道运输，大幅度节省运输成本，提高矿区资源效益，矿物运输对长输管道的需求更加紧迫，各大矿山都在谋求采取这种高效环保的输送技术。
2 国外长输矿浆管道的发展
长输矿浆管道的建设采用了野外管道技术，要求焊管强度和壁厚足以保证工程的设计年限（一般是20年~25年）。如前所述，萨瓦奇河铁精矿管道已运营了将近40年而没有出现要求更换大段焊管的情形，要实现这一点，控制浆体颗粒对焊管的磨损，同时还应控制浆体对焊管的腐蚀以实现预期的寿命。固体颗粒对焊管的磨损可通过采用细磨固体颗粒来得到控制。应保持浆体浓度足够高从而防止固体颗粒的快递沉降。采用细磨固体和高矿浆浓度可使输送速度在1.5m/s~2m/s的范围内，矿浆摩阻损失随着流速的增加而增加，相对低的流速可降低对泵的要求。大多数精矿要求将矿石磨得非常细以实现选矿选别，这是一个湿式筛分工艺，其产品尺寸通常适合长距离管道输送。
2.1 长输矿浆管道的矿浆特征
物料 固体比重 最大粒度，μm 矿浆重量浓度，%
———————————————————————————
煤 1.4 1200 50
高岭土 2.6 50 60
矾土 2.7 300 50
石灰石 2.7 300 70
磷精矿 3.1 270 60
铜精矿 4.0 210 60
铁精矿 5.0 150 65
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煤 1.4 1200 50
高岭土 2.6 50 60
矾土 2.7 300 50
石灰石 2.7 300 70
磷精矿 3.1 270 60
铜精矿 4.0 210 60
铁精矿 5.0 150 65
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2.2 矿浆管道系统工艺流程
矿浆输送系统可划分为矿浆制备、矿浆管道和脱水三个系统。开采出的矿石经破碎，然后通过作为选矿的一个组成环节的研磨工艺将其研磨至适合管道输送的尺寸，在矿区进行浆体制备时需要提供水源制备好的矿浆送至矿浆储存槽，从储存槽送到矿浆管道，矿浆到目的地后进行脱水送到球团厂，完成输送任务。
2.3 输送矿浆的浓度、流量、流速和管道直径
矿浆固体重量浓度介于60%~70%之间。输送流量取决于固体输送能力，固体密度和矿浆浓度。粒度分布和浆体浓度的选取保证沉降速度和层流-紊流过度流速小于1.5m/s，从而可以保证管道的设计流速处在1.5m/s~2.0m/s的范围之内。管道直径的选取应能实现在设计输送能力下得到流速。
矿浆固体重量浓度介于60%~70%之间。输送流量取决于固体输送能力，固体密度和矿浆浓度。粒度分布和浆体浓度的选取保证沉降速度和层流-紊流过度流速小于1.5m/s，从而可以保证管道的设计流速处在1.5m/s~2.0m/s的范围之内。管道直径的选取应能实现在设计输送能力下得到流速。
2.4 矿浆管道设计要求
焊管壁厚的要求取决于管道运行压力，长距离管道通常采用多种壁厚不同等级的钢种以减少焊管的需求量，根据允许的运行压力而计算出焊管的管壁厚度，应适当加厚，以便为管道的经济寿命期间预计的腐蚀损失留有余量。
3 长输矿浆管道用焊管主要技术要求
3.1 规范与标准
钢管应符合本规范，下述最新版标号和标准：
ASME B31.11 泥浆运输管道系统；
ASME SECTION V 无损检查；
ASME SECTION IX 锅炉和压力容器标号；电焊和铜焊程序资格标准；焊工、铜焊工和焊接及铜焊操作规程；
AWS1.1 结构焊接标准；
API 5L 美国石油协会主线管道规范；
API RP 5L1 铁路运输主线管道的建议惯例；
API RP 5L5 海上运输主线管道的建议惯例；
API Q1 规范质量程序。
3.2 坚硬度检测
使用维氏方法测试标准单位为hv10。坚硬度检测将沿着横向检测，位置在焊接段两侧分别1mm下。在焊接金属的周围，均匀的设置最少六个齿状检测点。在受焊接热感应区，检测点将位于与融化线隔开0.5mm处，延伸到没有受到热感应的区域最少设两个点分别隔开1mm。最大强度不能超过300hv10。
4 长输矿浆管道用焊管技术特殊性研究
长输矿浆管道同石油天然气长输管道在应用原理上是一致的，只是输送介质不同，因而形成各自的输送工艺。
我国去年已投产的昆明大红山铁精矿管道系统主要参数为：
输送能力 230万t/a；
输送长度 171km；
管道材料 API 5L GrX65；
钢管壁厚 7.9mm~14.7mm；
管道外径 244.5mm；
工作压力 24.4MPa/max；
矿浆浓度 65%；
输送流速 1.5m/s；
精矿细度 80mm~0.043mm。
根据其输送介质和工艺，对焊接钢管提出特定的技术要求。
4.1 钢管的技术选型
理论上讲，长输矿浆管道钢管的选型可以是无缝钢管、高频直缝电阻焊钢管（简称ERW）、双面埋弧直缝焊钢管（简称LSAW），但考虑到管道投资的经济性和输送量的赢亏平衡点，管道长度在100km是最经济的，一般选用ERW和LSAW焊管。从国内外项目资料上看到，焊管口径最小为114.3mm、壁厚为7.1mm~12.7mm，最大焊管为660mm、最大壁厚为23.01mm、钢级为X52~X70。业主一般倾向于ERW焊管，但ERW焊管由于受壁厚和钢级的限制，大部分采用了LSAW焊管。从制管工艺看，应用经过对焊缝热处理工艺的高频直缝焊管要比宽焊缝的直缝埋弧焊管好。
4.2 焊接钢管理化要求分析
浆体输送管道的要求同输油气管线钢有共性，如要求具有高强度，高韧性和良好可焊性。但矿浆输送管道还要求具有抗水介质带来的腐蚀和承受高速运动，一般为1.5m/s的固体物料对管体冲蚀作用的能力，所以，对于矿浆输送管道用焊管的理化性能设计就必须考虑其抗冲蚀的要求。专家研究表明，冲蚀是冲击磨损和冲击腐蚀两种机制的综合结果，钢的抗冲蚀性能主要决定于其金相组织，而同其机械强度并没有严格的对应关系。专家的结论是，在矿浆（如粉煤浆）的冲蚀条件下，应用经过特殊设计的矿浆管道用钢可以比X60级管线钢延长矿浆管道的使用寿命25%~45%。
4.3 编制长输矿浆管道用钢标准
矿浆管道用钢一般都沿用石油天然气用钢标准，其自身领域未形成标准体系，建议行业部门协同钢厂管厂共同编制矿浆管道用钢标准，其名称可定为矿浆管线钢，形成用钢专业系列，有利于矿浆管道行业的发展。
5 长输矿浆管道用焊管发展战略意义
（1）钢铁和冶金矿山的快速发展为加快推广长距离矿浆管道技术提供了机遇。以铁矿为例，未来的两至三年中，铁矿新建和扩建项目还将增加矿石产量1亿t~1.5亿t，我国95%以上的铁矿石需选矿加工，距离钢厂几十到几百公里的矿山或选厂都应考虑采用矿浆管道运输的方案。
（2）随着能源价格的提升，运输成本已越来越高，尤其在我国西北、新疆新建矿业企业，车轮耗损了过多利润，采用矿浆管道运输，特别是采用我国目前已成熟的焊管产品，如：UOE、JCOE、ERW技术可靠，产品已达到国际先进水平，完全可以应用到这一新兴领域。即节约运输成本，又是提高矿山企业效益的首选方案。
（3）我国黑色和有色金属工业的迅猛发展得益于中国经济发展的强劲需求，国内外市场竞争，尤其在矿山资源的价格竞争越来越激烈，国外矿山资源产品的价格在逐年提升，已影响我国整体钢铁企业的竞争优势，我国矿山资源丰富，但受制于运输。因此，我国矿浆物料管道运输的可行性研究具有战略意义。
（来源：钢管）
现货资源
| 品名 | 规格 | 材质 | 厂家 | 地区仓库 | 价格 | 现货 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 螺纹钢 | 12*9 | HRB400E | 山东新石特工程材料有限公司 | 石横(厂提) | 3380 | 详情 |
| 热轧卷板 | 3.75*1500 | Q235B | 苏州鑫昊欣金属科技有限公司 | 沙钢(玖隆物流) | 3630 | 详情 |
| 普碳中板 | 110*6200 | Q355D | 上海衷奇供应链管理有限公司 | 湘钢(好放库) | 5700 | 详情 |
| 低合金板 | 210 | Q355NB | 舞钢市坤钰供应链管理有限公司 | 舞钢(产业集聚区) | 0 | 详情 |
| 无缝管 | 76*35 | 45# | 山东东银金属材料有限公司 | 聊城(东银库) | 4230 | 详情 |
| 圆钢 | 22*9380 | 25CrMoA | 山东大万实业有限公司 | 宣钢(河北宣化) | 0 | 详情 |
| 热轧卷 | 3.0*1800*C | Q235B | 上海盛钢联供应链管理有限公司 | 宝钢(泉安/津澜) | 0 | 详情 |
| 高线 | Φ20*C | Q355D | 上海北铭高强度钢材有限公司 | 韶钢(川流富锦库) | 5540 | 详情 |
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