石油油管尺寸控制的研究.pdf

w w w .b z f x w .c o m 第1期湖 南 冶 金 No11 1999年1月HUNAN M ETALLURGYJan11999 收稿日期 1998年12月18日 石油油管尺寸控制的研究 陈 良 学 衡阳钢管集团有限公司 摘 要 分析了石油油管单支重量及通棒不符合要求的原因,研究了石油管外径、壁厚、单重 与内径间的关系,推导出了它们之间的相应计算公式,并经计算机输值计算,将对应关系按表格形 式固定下来,在生产时严格按表格控制,同时还采取了其它相应措施,使石油管尺寸控制效果大为 提高。 关键词 石油油管 外径 平均壁厚 单支重量 1 前 言 目前,国际通用的石油油管标准是美国 石油协会的A P I SPEC 5CT标准。该标准对 石油油管单支重量及内径逐支用L≥1067 mm长圆棒进行全长通棒提出 了严格的要 求。衡阳钢管有限公司于1997年6月开始 试生产石油管,试产的头几个月产品成材率 一直很低50～60 ,严重制约了石油油 管产品开发的顺利进行。为此,该公司将大 量的检验数据按缺陷原因分类进行了支数统 计,结果表明,不合格管中有50左右是因 为油管单支重量超标及通棒不合格造成,为 此,很有必要分析研究单重超标及通棒不合 格所产生的原因,并采取相应的措施来保证 其符合标准要求。 2 单重及通棒不合要求的原因 分析 石油油管单重及通棒能否达到标准要 求,主要取决于钢管外径及平均壁厚值,同 时与油管椭圆度、 弯曲度及内方等情况有关。 衡管经过对不合格管逐支测量计算并分析, 认为产生单重超标及通棒不符合要求主要有 以下两方面原因。 211 油管外径及平均壁厚不匹配 一般地,当油管外径在某一范围时,要 同时满足单重符合要求而且通棒顺利,则其 平均壁厚须在一相应的范围内应小于标准 要求范围 , 否则,亦即使外径及平均壁厚都 在标准范围内也不一定能满足要求,即钢管 外径与平均壁厚要互相匹配。钢管外径及平 均壁厚不相匹配,是衡阳钢管集团有限 公司的石油管单重与通棒不符合要求的主要 原因之一。 212 油管椭圆度、 弯曲度及内方等因素的影 响 衡管在生产石油管中发现,当张力减径 机的参数选择不合理时,很容易出现内方缺 陷,特别是对于DS比较大的石油管更是如 此。 由于油管椭圆度及内方等缺陷的影响,造 成所测量的数据没有代表性,不能反映油管 的真实尺寸,结果测量值虽然符合要求,而 实际值却不合格,造成测量值与实际值的误 差比较大。 生产中还发现,由于矫直机精度不够与 矫直操作不规范,常造成油管弯曲,使通棒 不符合要求。油管弯曲度越大,要求油管内 34 湖 南 冶 金第1期 径与通径棒之间的间隙也越大,否则,通径 棒不能顺利通过油管全长。 3 措 施 美国石油协会的A P I SPEC 5CT标准 对石油管尺寸及重量的要求是对油管外径 D、单重W的上下限,壁厚S的下限及通径 棒直径DD和长度L作了规定通棒长L≥ 1 067 mm ,直径DD≥d-K6 ; 对油管壁厚 的上限则通过外径与重量偏差来限制;而对 油管内径尺寸则由通棒时通径棒能否自由通 过来限制。 根据A P I SPEC 5CT标准及前述单重 与通棒不合要求的原因分析,衡阳钢管有限 公司在生产石油管的尺寸控制上采取了下述 措施,并取得了明显的效果。 311 按油管外径、 平均壁厚与单重间的对应 关系严格控制 油管的外径、平均壁厚、单重之间存在 一定的对应关系。该公司推算出了它们之间 的相应计算公式,同时利用这些公式将生产 的不同规格油管的这几个参数间的对应关系 用表格形式固定下来,并在生产时严格按表 格控制。 31111 保证单支重量符合要求的油管平均 壁厚计算式 钢管单重计算公式为 WK SD-S1 式中W油管单重, kg m; D油管外径, mm; S油管平均壁厚, mm; K常量,为01024 66。 由公式1解一元二次方程得 S D-D 2- 4 WK22 2式为外径D及单重W取一定值时 的油管壁厚计算公式。一般地,当外径最大 Dmax而重量为Wmax与Wm in时,有两个平均 壁厚值;当外径最小Dm in而重量为Wmax与 Wm in时,也有两个平均壁厚值。 它们的交集即 为符合要求的平均壁厚范围,其值为 Sm inDm in-Dm in2- 4Wm inK2 3 SmaxDmax-Dmax 2- 4 WmaxK2 4 式中Dmax、Dm in最大及最小外径, mm; Wmax、Wm in最大及最小单重, kg m; Smax、Sm in最大及最小平均壁厚, mm。 即平均壁厚范围为Sm in～Smax。 31112 保证内径符合要求的油管外径及平 均壁厚计算式 由于油管本身椭圆度、弯曲 及内方的不可避免,因此,为了保证通径棒 能自由通过油管全长,油管内径必须符合以 下条件 d≥DD K75 式中 DD通径棒直径, mm; d油管内径, mm; K7常量,它取决于油管椭圆度、 弯曲度及内方情况,根据经验 选取。 根据5式和为了保证油管重量偏差符合 要求的最大平均壁厚Smax,可以计算出油管 实际允许最小外径值为 D′m inDDK7 2Smax6 6式中D′ m in为实际允许的最小外径值 mm , 一般的Dm inD′m inDmax。这样对应 平均壁厚为Sm in～Smax的油管,外径范围为 D′m in～Dmax。 31113 校核平均壁厚值 为了保证油管内 径尺寸满足通棒要求,油管外径尺寸必须保 证在D′m in～Dmax。这样,由于油管外径发生 了变化,保证油管单支重量符合要求平均壁 厚范围值须重新校核,具体为 S′m inD′m in-D′m in2- 4Wm inK2 7 S′maxDmax-Dmax2- 4WmaxK2 8 第1期陈良学 石油油管尺寸控制的研究 35 式中S′m in为实际允许最小平均壁厚mm。 综上所述,符合标准对油管单支重量及 内径通棒要求的平均壁厚范围为 D′ m in-D′m in 2- 4 Wm inK2～ Dmax-Dmax2- 4WmaxK2 油管外径范围为DDK7 2Smax～Dmax。 31114 计算机计算流程图 按上述公式,在 计算中分别输入D、S、K、K1外径上偏 差、K2外径下偏差、K3壁厚下偏差、 K4单重上偏差、K5单重下偏差、K6、K7 值,计算出S′m in、Smax、D′m in、Dmax值。计算 机计算流程框图见附图1。 附图 油管外径及平均壁厚计算流程框图 312 现场平均壁厚及外径控制 31211 现场平均壁厚控制 由于油管纵、 横 向都存在壁厚不均,因此根据7、8两 式计算所得的平均壁厚,从某种意义上说是 一种理想值,实际生产中,一般根据经验选 取某一能代表钢管全长壁厚尺寸的横截面 样,测量其最大壁厚及最小壁厚,视所要控 制的平均壁厚值SSmaxSm in2,只要 S值在S′m in～Smax内,则视为该油管平均壁厚 符合要求。 31212 现场外径控制 外径控制有三个层 次的意思,即标准要求的外径值、制定工艺 要求的外径值以及现场生产中所能达到的外 径精度。 为了避免因外径超标而产生废品,提 高钢管成材率,衡管在石油管生产时将实际 外径控制在一个较小的波动范围内,即实际 油管外径范围小于标准要求的外径范围。 将油管外径控制在一个较小的偏上限范 围内,也是油管通棒的要求。因为如果实际 外径范围较大,外径精度低,最小外径值小 36 湖 南 冶 金第1期 于D′m in,在保证Smax不变的情况下,根据 6式计算,K7值将缩小,亦即油管内径与 通径棒间隙缩小,通棒更困难;反之,油管 内径与通径棒间隙增大,便于通径棒顺利通 过油管内径。 衡阳钢管有限公司油管热轧生产线上配 置了较为完备的测径测厚仪,现场将从每支 钢管采集来的数据与事先已输入计算机的计 算值作对比,一旦外径或平均壁厚超出允许 范围,则立即对各道工序轧制设定值进行修 正,在此基础上,同时辅以人工取样抽查测 量。 此外,该公司还通过提高矫直机精度、 规 范矫直操作,控制好油管的椭圆度与弯曲度; 另外,对易出现内方缺陷的DS较大的油 管,对张力减径机的各参数进行合理设计,以 减轻内方程度。 4 结 语 衡阳钢管有限公司在石油管生产中通过 采取上述措施后,基本杜绝了单重超标及通 棒不合格现象,仅此一项,钢管成材率由原 来的50～60提高到了60～70 ,即 成材率提高近10。1998年,该公司共为油 田输送了 60 mm418 mm、73 mm 5151 mm及 89mm6145 mm 3种规格, 近万吨合格油管,不仅为企业创造了近500 万元的经济效益,而且用户对油管尺寸十分 满意。 INVESTIGATI ON ON D I M ENSI ON CONTROL OF O I L TUBE Cheng L iangxue Hengyang Steel TubeGroupL i m ited Company ABSTRACT The functional relation of oil tube outside diameter w ith thickness and the w eight of a piece of tube w as investigated.The numeric value of the rela2 tion w as determ ined by calculation w ith computer. The outside diameter, thiekness and w eight of a piece of tube w ere controled by the numeric value on production. The results show that di mension control accuracy of oil tube w as i mproved. KEY WORDS oil tube, w eight of a piece of tube, outside diameter, thickness