用于油井用套管和油管的无缝钢管.docx
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用于油井用套管和油管的无缝钢管
用于油井用套管和油管的无缝钢管
油管是在钻探完成后将原油和天然气从油气层运输到地表的管道,它用以承受开采过程中产生的压力。
油管的外径一般为60.3毫米到114.3毫米。
芯棒(mandrel)
生产无缝管时插进管体内部同轧辊等构成环形孔型使管材成形用的工具。
连续轧管机轧管、管材斜轧延伸、周期式轧管机轧管、顶管和管材冷轧冷拔时都要使用芯棒。
芯棒是一根很长的圆棒和顶头一样在变形区内参与管材的变形,不同的是斜轧时芯棒在管内随着管材边旋转边做轴向运动;纵轧(连轧管、周期式轧管、顶管)时芯棒不旋转但也随管做轴向运动。
在浮动芯棒和限动芯棒连轧管机上(见连续轧管机轧管),芯棒是重要的工具,它们除了要求用高强度和高耐磨性的材质制做外,还要求很高的表面质量,如车削后要经研磨和热处理。
浮动芯棒很长(达30m)很重(达12t)。
限动芯棒的长度稍短,但对材质要求更高。
顶管对使用的芯棒应能承受很大的顶推力。
周期式轧管机的芯棒工作时受热时间长。
斜轧延伸机的芯棒有拉力芯棒、浮动芯棒、限动芯棒和回退式芯棒等。
拉力芯棒是工作时轴向运动速度大于管子轴向运动速度的芯棒(见管材斜轧延伸),芯棒对管子内表面施加拉力。
回退式芯棒是芯棒轴向运动方向与管子轴向运动方向相反,施加后拉力的芯棒。
斜轧延伸机对芯棒的要求比纵轧延伸机的要低。
钢管的分类及其标准
一、钢管的分类
1、按生产方法分类
(1)无缝钢管--热轧管、冷轧管、冷拔管、挤压管、顶管
(2)焊管
(a)按工艺分--电弧焊管、电阻焊管(高频、低频)、气焊管、炉焊管
(b)按焊缝分--直缝焊管、螺旋焊管
2、按断面形状分类
(1)简单断面钢管--圆形钢管、方形钢管、椭圆形钢管、三角形钢管、六角形钢管、菱形钢管、八角形钢管、半圆形钢圆、其他
(2)复杂断面钢管--不等边六角形钢管、五瓣梅花形钢管、双凸形钢管、双凹形钢管、瓜子形钢管、圆锥形钢管、波纹形钢管、表壳钢管、其他
3、按壁厚分类--薄壁钢管、厚壁钢管
4、按用途分类--管道用钢管、热工设备用钢管、机械工业用钢管、石油、地质钻探用钢管、容器钢管、化学工业用钢管、特殊用途钢管、其他
二、无缝钢管标准
是一种具有中空截面、周边没有接缝的长条钢材。
钢管具有中空截面,大量用作输送流体的管道,如输送石油、天然气、煤气、水及某些固体物料的管道等。
钢管与圆钢等实心钢材相比,在抗弯抗扭强度相同时,重量较轻,是一种经济截面钢材,广泛用于制造结构件和机械零件,如石油钻杆、汽车传动轴、自行车架以及建筑施工中用的钢脚手架等。
用钢管制造环形零件,可提高材料利用率,简化制造工序,节约材料和加工工时,如滚动轴承套圈、千斤顶套等,目前已广泛用钢管来制造。
钢管还是各种常规武器不可缺少的材料,枪管、炮筒等都要钢管来制造。
钢管按横截面积形状的不同可分为圆管和异型管。
由于在周长相等的条件下,圆面积最大,用圆形管可以输送更多的流体。
此外,圆环截面在承受内部或外部径向压力时,受力较均匀,因此,绝大多数钢管是圆管。
但是,圆管也有一定的局限性,如在受平面弯曲的条件下,圆管就不如方、矩形管抗弯强度大,一些农机具骨架、钢木家具等就常用方、矩形管。
根据不同用途还需有其他截面形状的异型钢管。
1.结构用无缝钢管(GB/T8162-1999)是用于一般结构和机械结构的无缝钢管。
2.流体输送用无缝钢管(GB/T8163-1999)是用于输送水、油、气等流体的一般无缝钢管。
3.低中压锅炉用无缝钢管(GB3087-1999)是用于制造各种结构低中压锅炉过热蒸汽管、沸水管及机车锅炉用过热蒸汽管、大烟管、小烟管和拱砖管用的优质碳素结构钢热轧和冷拔(轧)无缝钢管。
4.高压锅炉用无缝钢管(GB5310-1995)是用于制造高压及其以上压力的水管锅炉受热面用的优质碳素钢、合金钢和不锈耐热钢无缝钢管。
5.化肥设备用高压无缝钢管(GB6479-2000)是适用于工作温度为-40~400℃、工作压力为10~30Ma的化工设备和管道的优质碳素结构钢和合金钢无缝钢管。
6.石油裂化用无缝钢管(GB9948-88)是适用于石油精炼厂的炉管、热交换器和管道无缝钢管。
7.地质钻探用钢管(YB235-70)是供地质部门进行岩心钻探使用的钢管,按用途可分为钻杆、钻铤、岩心管、套管和沉淀管等。
8.金刚石岩芯钻探用无缝钢管(GB3423-82)是用于金刚石岩芯钻探的钻杆、岩心杆、套管的无缝钢管。
9.石油钻探管(YB528-65)是用于石油钻探两端内加厚或外加厚的无缝钢管。
钢管分车丝和不车丝两种,车丝管用接头联结,不车丝管用对焊的方法与工具接头联结。
10.船舶用碳钢无缝钢管(GB5213-85)是制造船舶I级耐压管系、Ⅱ级耐压管系、锅炉及过热器用的碳素钢无缝钢管。
碳素钢无缝钢管管壁工作温度不超过450℃,合金钢无缝钢管管壁工作温度超过450℃。
11.汽车半轴套管用无缝钢管(GB3088-82)是制造汽车半轴套管及驱动桥桥壳轴管用的优质碳素结构钢和合金结构钢热轧无缝钢管。
12.柴油机用高压油管(GB3093-2002)是制造柴油机喷射系统高压管用的冷拔无缝钢管。
13.液压和气动缸筒用精密内径无缝钢管(GB8713-88)是制造液压和气动缸筒用的具有精密内径尺寸的冷拔或冷轧精密无缝钢管。
14.冷拔或冷轧精密无缝钢管(GB3639-2000)是用于机械结构、液压设备的尺寸精度高和表面光洁度好的冷拔或冷轧精密无缝钢管。
选用精密无缝钢管制造机械结构或液压设备等,可以大大节约机械加工工时,提高材料利用率,同时有利于提高产品质量。
15.结构用不锈钢无缝钢管(GB/T14975-2002)是广泛用于化工、石油、轻纺、医疗、食品、机械等工业的耐腐蚀管道和结构件及零件的不锈钢制成的热轧(挤、扩)和冷拔(轧)无缝钢管。
16.流体输送用不锈钢无缝钢管(GB/T14976-2002)是用于输送流体的不锈钢制成的热轧(挤、扩)和冷拔(轧)无缝钢管。
17.异型无缝钢管是除了圆管以外的其他截面形状的无缝钢管的总称。
按钢管截面形状尺寸的不同又可分为等壁厚异型无缝钢管(代号为D)、不等壁厚异型无缝钢管(代号为BD)、变直径异型无缝钢管(代号为BJ)。
异型无缝钢管广泛用于各种结构件、工具和机械零部件。
和圆管相比,异型管一般都有较大的惯性矩和截面模数,有较大的抗弯抗扭能力,可以大大减轻结构重量,节约钢材。
三、焊接钢管标准
焊接钢管也称焊管,是用钢板或钢带经过卷曲成型后焊接制成的钢管。
焊接钢管生产工艺简单,生产效率高,品种规格多,设备资少,但一般强度低于无缝钢管。
20世纪30年代以来,随着优质带钢连轧生产的迅速发展以及焊接和检验技术的进步,焊缝质量不断提高,焊接钢管的品种规格日益增多,并在越来越多的领域代替了无缝钢管。
焊接钢管按焊缝的形式分为直缝焊管和螺旋焊管。
直缝焊管生产工艺简单,生产效率高,成本低,发展较快。
螺旋焊管的强度一般比直缝焊管高,能用较窄的坯料生产管径较大的焊管,还可以用同样宽度的坯料生产管径不同的焊管。
但是与相同长度的直缝管相比,焊缝长度增加30~100%,而且生产速度较低。
因此,较小口径的焊管大都采用直缝焊,大口径焊管则大多采用螺旋焊。
1.低压流体输送用焊接钢管(GB/T3092-1993)也称一般焊管,俗称黑管。
是用于输送水、煤气、空气、油和取暖蒸汽等一般较低压力流体和其他用途的焊接钢管。
钢管接壁厚分为普通钢管和加厚钢管;接管端形式分为不带螺纹钢管(光管)和带螺纹钢管。
钢管的规格用公称口径(mm)表示,公称口径是内径的近似值。
习惯上常用英寸表示,如11/2等。
低压流体输送用焊接钢管除直接用于输送流体外,还大量用作低压流体输送用镀锌焊接钢管的原管。
2.低压流体输送用镀锌焊接钢管(GB/T3091-1993)也称镀锌电焊钢管,俗称白管。
是用于输送水、煤气、空气油及取暖蒸汽、暖水等一般较低压力流体或其他用途的热浸镀锌焊接(炉焊或电焊)钢管。
钢管接壁厚分为普通镀锌钢管和加厚镀锌钢管;接管端形式分为不带螺纹镀锌钢管和带螺纹镀锌钢管。
钢管的规格用公称口径(mm)表示,公称口径是内径的近似值。
习惯上常用英寸表示,如11/2等。
3.普通碳素钢电线套管(GB3640-88)是工业与民用建筑、安装机器设备等电气安装工程中用于保护电线的钢管。
4.直缝电焊钢管(YB242-63)是焊缝与钢管纵向平行的钢管。
通常分为公制电焊钢管、电焊薄壁管、变压器冷却油管等等。
5.承压流体输送用螺旋缝埋弧焊钢管(SY5036-83)是以热轧钢带卷作管坯,经常温螺旋成型,用双面埋弧焊法焊接,用于承压流体输送的螺旋缝钢管。
钢管承压能力强,焊接性能好,经过各种严格的科学检验和测试,使用安全可靠。
钢管口径大,输送效率高,并可节约铺设管线的投资。
主要用于输送石油、天然气的管线。
6.承压流体输送用螺旋缝高频焊钢管(SY5038-83)是以热轧钢带卷作管坯,经常温螺旋成型,采用高频搭接焊法焊接的,用于承压流体输送的螺旋缝高频焊钢管。
钢管承压能力强,塑性好,便于焊接和加工成型;经过各种严格和科学检验和测试,使用安全可靠,钢管口径大,输送效率高,并可节省铺设管线的投资。
主要用于铺设输送石油、天然气等的管线。
7.一般低压流体输送用螺旋缝埋弧焊钢管(SY5037-83)是以热轧钢带卷作管坯,经常温螺旋成型,采用双面自动埋弧焊或单面焊法制成的用于水、煤气、空气和蒸汽等一般低压流体输送用埋弧焊钢管。
8.一般低压流体输送用螺旋缝高频焊钢管(SY5039-83)是以热轧钢带卷作管坯,经常温螺旋成型,采用高频搭接焊法焊接用于一般低压流体输送用螺旋缝高频焊钢管。
9.桩用螺旋焊缝钢管(SY5040-83)是以热轧钢带卷作管坯,经常温螺旋成型,采用双面埋弧焊接或高频焊接制成的,用于土木建筑结构、码头、桥梁等基础桩用钢管。
四、钢塑复合管、大口径涂敷钢管
钢塑复合管以热浸镀锌钢管作基体,经粉末熔融喷涂技术在内壁(需要时外壁亦可)涂敷塑料而成,性能优异。
与镀锌管相比,具有抗腐蚀、不生锈、不积垢、光滑流畅、清洁无毒,使用寿命长等优点。
据测试,钢塑复合管的使用寿命为镀锌管的三倍以上。
与塑料管相比,具有机械强度高,耐压、耐热性好等优点。
由于基体是钢管,所以不存在脆化、老化问题。
可广泛应用于自来水、煤气、化工产品等流体输送及取暖工程,是镀锌管的升级换代产品。
由于其安装使用方法与传统的镀锌管基本相同,管件形式也完全相同,而且能代替铝塑复合管在大口径自来水输送上发挥作用,深受用户欢迎,已成为管道市场最具竞争力的新产品之一。
涂敷钢管是在大口径螺旋焊管和高频焊管基础上涂敷塑料而成,最大管口直径达1200mm,可根据不同的需要涂敷聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、环氧树脂(EPOZY)等各种不同性能的塑料涂层,附着力好,抗腐蚀性强,可耐强酸、强碱及其它化学腐蚀,无毒、不锈蚀、耐磨、耐冲击、耐渗透性强,管道表面光滑,不粘附任何物质,能降低输送时的阻力,提高流量及输送效率,减少输送压力损失。
涂层中无溶剂,无可渗出物质,因而不会污染所输送的介质,从而保证流体的纯洁度和卫生性,在-40℃到+80℃范围可冷热循环交替使用,不老化、不龟裂,因而可以在寒冷地带等苛刻的环境下使用。
大口径涂敷钢管广泛应用于自来水、天然气、石油、化工、医药、通讯、电力、海洋等工程领域。
无缝钢管最大承受内部压力计算
钢管的最大承受的内水压力(压强)
P=2T[S]/D式中:
P——管内水压强,MPa;D——管内径,mm;[S]——管材的许用拉应力强度MPa,T——管壁厚,mm。
这个公式是取单位长度的水管,进行受力分析得到的。
因此处画图不便,意思是取单位长度的水管,并剖开,取出一半,研究作用于它上面的水压力与管壁拉力的平衡,即可得到这个公式。
(水压力就是PD,管壁拉力就是2T[S],二者相等,即PD=2T[S],两边除以D即得本公式。
)
所谓最大承受压力是指在安全系数等于1时所能承受的压力。
上面公式没考虑安全系数,如果考虑安全系数K(K大于1),则P=2T[S]/(KD)
无缝管,焊管,不锈管都能用这个公式,但式中的管材的许用拉应力强度[S]各有不同,焊管的[S]还取决于焊缝的质量。
要强调的是这里承受压力是指管道的内水压强,而不是管道外部的压强,管道外部的承受压力应另加考虑。
各种钢材理论重量计算公式(全面版)
角钢:
每米重量=0.00785*(边宽+边宽-边厚)*边厚
圆钢:
每米重量=0.00617*直径*直径(螺纹钢和圆钢相同)
扁钢:
每米重量=0.00785*厚度*边宽
管材:
每米重量=0.0246615*壁厚*(外径-壁厚)
板材:
每米重量=7.85*厚度
黄铜管:
每米重量=0.02670*壁厚*(外径-壁厚)
紫铜管:
每米重量=0.02796*壁厚*(外径-壁厚)
铝花纹板:
每平方米重量=2.96*厚度
有色金属比重:
紫铜板8.9黄铜板8.5锌板7.2铅板11.37
有色金属板材的计算公式为:
每平方米重量=比重*厚度
材料名称
理论重量w/kg.mu-1
附 注
扁钢、钢板、钢带
W=0.00785×宽×厚
1、角钢、工字钢和槽钢的准确计算公式很繁,表列简式用于计算近似值。
2、f值系数:
一般型号及带a的为3.34,带b的为2.65,带c的为2.26。
3、e的系数:
一般型号及带a的为3.26,带b的为2.44,带c的为2.24。
4、各长度单位均为mm。
方钢
W=0.00785×边长×边长
圆钢、线材、钢丝
W=0.00617×直径×直径
六角钢
W=0.0068×对边距离×对边距离
八角钢
W=0.0065×对边距离×对边距离
钢管
W=0.02466×壁厚(外壁-壁厚)
等边角钢
W=0.00785×边厚(2边宽-边厚)
不等边角钢
W=0.00785×边厚(长边宽+矩边宽-边厚)
工字钢
W=0.00785×腰厚[高+f(腿宽-腰厚)]
槽钢
W=0.00785×腰厚[高+e(腿宽-腰厚)]
不锈钢理论重量计算:
不锈钢比重:
●铬不锈钢取7.75吨/M3
●铬镍不锈钢取7.93吨/M3
●铁取7.87吨/M3
不锈钢板理论重量计算公式
钢品理论重量重量(kg)=厚度(mm)×宽度(mm)×长度(mm)×密度值
密度钢种
7.93201,202,301,302,304,304L,305,321
7.75405,410,420
7.98309S,310S,316S,316L,347
不锈钢元棒,钢丝,理论计算公式
★直径×直径×0.00609=kg/m(适用于410420420j2430431)
例如:
¢5050×50×0.00609=15.23Kg/米
★直径×直径×0.00623=kg/m(适用于301303304316316L321)
例如:
¢5050×50×0.00623=15.575Kg/米
不锈钢型材,理论计算公式
◆六角棒对边×对边×0.0069=Kg/米
◆方棒边宽×边宽×0.00793=Kg/米
-----------------------------------
不锈钢管,理论计算公式
(外径-壁厚)×壁厚×0.02491=Kg/米
例如¢57×3.5(57-3.5)×3.5×0.02491=4.66Kg/米
------------------------------------
各种钢管(材)重量计算通用公式
钢管的重量=0.25×π×(外径平方-内径平方)×L×钢铁比重其中:
π=3.14L=钢管长度钢铁比重取7.8所以,钢管的重量=0.25×3.14×(外径平方-内径平方)×L×7.8*如果尺寸单位取米(M),则计算的重量结果为公斤(Kg)
----------------------------------
钢的密度为:
7.85g/cm3
钢材理论重量计算
钢材理论重量计算的计量单位为公斤(kg)。
其基本公式为:
W(重量,kg)=F(断面积mm2)×L(长度,m)×ρ(密度,g/cm3)×1/1000
---------------------------------
各种钢材理论重量计算公式如下:
圆钢盘条(kg/m)
W=0.006165×d×d
d=直径mm
直径100mm的圆钢,求每m重量。
每m重量=0.006165×1002=61.65kg
--------------------------------
螺纹钢(kg/m)
W=0.00617×d×d
d=断面直径mm
断面直径为12mm的螺纹钢,求每m重量。
每m重量=0.00617×122=0.89kg
--------------------------------
方钢(kg/m)
W=0.00785×a×a
a=边宽mm
边宽20mm的方钢,求每m重量。
每m重量=0.00785×202=3.14kg
------------------------------
扁钢(kg/m)
W=0.00785×b×d
b=边宽mm
d=厚mm
边宽40mm,厚5mm的扁钢,求每m重量。
每m重量=0.00785×40×5=1.57kg
--------------------------------
六角钢(kg/m)
W=0.006798×s×s
s=对边距离mm
对边距离50mm的六角钢,求每m重量。
每m重量=0.006798×502=17kg
--------------------------------
八角钢(kg/m)
W=0.0065×s×s
s=对边距离mm
对边距离80mm的八角钢,求每m重量。
每m重量=0.0065×802=41.62kg
--------------------------------
等边角钢(kg/m)
W=0.00785×[d(2b–d)+0.215(R2–2r2)]
b=边宽
d=边厚
R=内弧半径
r=端弧半径
求20mm×4mm等边角钢的每m重量。
从冶金产品目录中查出4mm×20mm等边角钢的R为3.5,r为1.2,则每m重量=0.00785×[4×(2×20–4)+0.215×(3.52–2×1.22)]=1.15kg
-----------------------------
不等边角钢(kg/m)
W=0.00785×[d(B+b–d)+0.215(R2–2r2)]
B=长边宽
b=短边宽
d=边厚
R=内弧半径
r=端弧半径
求30mm×20mm×4mm不等边角钢的每m重量。
从冶金产品目录中查出30×20×4不等边角钢的R为3.5,r为1.2,则每m重量=0.00785×[4×(30+20–4)+0.215×(3.52–2×1.22)]=1.46kg
---------------------------------
槽钢(kg/m)
W=0.00785×[hd+2t(b–d)+0.349(R2–r2)]
h=高
b=腿长
d=腰厚
t=平均腿厚
R=内弧半径
r=端弧半径
求80mm×43mm×5mm的槽钢的每m重量。
从冶金产品目录中查出该槽钢t为8,R为8,r为4,则每m重量=0.00785×[80×5+2×8×(43–5)+0.349×(82–42)]=8.04kg
---------------------------
工字钢(kg/m)
W=0.00785×[hd+2t(b–d)+0.615(R2–r2)]
h=高
b=腿长
d=腰厚
t=平均腿厚
R=内弧半径
r=端弧半径
求250mm×118mm×10mm的工字钢每m重量。
从金属材料手册中查出该工字钢t为13,R为10,r为5,则每m重量=0.00785×[250×10+2×13×(118–10)+0.615×(102–52)]=42.03kg
----------------------------
钢板(kg/m2)
W=7.85×d
d=厚
厚度4mm的钢板,求每m2重量。
每m2重量=7.85×4=31.4kg
-----------------------------
钢管(kg/m)(圆管)包括无缝钢管及焊接钢管
W=0.0246615×S(D–S)
D=外径
S=壁厚
外径为60mm壁厚4mm的无缝钢管,求每m重量。
每m重量=0.02466×4×(60–4)=5.52kg
-------------------------------
方矩管计算公式:
(正方形和长方形(矩形)截面碳钢管计算公式)
每米重量单位:
kg/m(千克/米)公式:
kg/m=(Oc-4Wt)*Wt*0.00785
其中:
Oc是外周长,Wt是壁厚;正方形Oc=4*a长方形Oc=2a+2ba,b是边长
冷拔管和热轧管区别
一.热轧
优点:
可以破坏钢锭的铸造组织,细化钢材的晶粒,并消除显微组织的缺陷,从而使钢材组织密实,力学性能得到改善。
这种改善主要体现在沿轧制方向上,从而使钢材在一定程度上不再是各向同性体;浇注时形成的气泡、裂纹和疏松,也可在高温和压力作用下被焊合。
缺点:
1.经过热轧之后,钢材内部的非金属夹杂物(主要是硫化物和氧化物,还有硅酸盐)被压成薄片,出现分层(夹层)现象。
分层使钢材沿厚度方向受拉的性能大大恶化,并且有可能在焊缝收缩时出现层间撕裂。
焊缝收缩诱发的局部应变时常达到屈服点应变的数倍,比荷载引起的应变大得多;
2.不均匀冷却造成的残余应力。
残余应力是在没有外力作用下内部自相平衡的应力,各种截面的热轧型钢都有这类残余应力,一般型钢截面尺寸越大,残余应力也越大。
残余应力虽然是自相平衡的,但对钢构件在外力作用下的性能还是有一定影响。
如对变形、稳定性、抗疲劳等方面都可能产生不利的作用。
3.热轧的钢材产品,对于厚度和边宽这方面不好控制。
我们熟知热胀冷缩,由于开始的时候热轧出来即使是长度、厚度都达标,最后冷却后还是会出现一定的负差,这种负差边宽越宽,厚度越厚表现的越明显。
所以对于大号的钢材,对于钢材的边宽、厚度、长度,角度,以及边线都没法要求太精确。
二.冷轧
是指在常温下,经过冷拉、冷弯、冷拔等冷加工把钢板或钢带加工成各种型式的钢材。
优点:
成型速度快、产量高,且不损伤涂层,可以做成多种多样的截面形式,以适应使用条件的需要;冷轧可以使钢材产生很大的塑性变形,从而提高了钢材的屈服点。
缺点:
1.虽然成型过程中没有经过热态塑性压缩,但截面内仍
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