氢气储输管道用钢管 编制说明

《氢气储输管道用钢管》（征求意见稿）编制说明1工作简况1.1任务来源本项目依据2023年12月28日国家标准化管理委员会国标委发【2023】63号《国家标准化管理委员会关于下达2023年第四批推荐性国家标准计划及相关标准外文版计划的通知》，本项目编号为20232267-T-605，项目名称为“氢气储输管道用钢管”，项目周期为18个月。本项目是制定项目，制定任务由中国石油集团渤海石油装备制造有限公司牵头，项目完成时间为2025年。1.2标准化对象简要情况氢能利用成为实践绿色发展、实现“双碳”目标的重要路径，氢能已成为世界上主要能源转型国家的战略选择。本国家准制定是为适应我国绿色低碳能源发展需求，实现国家“双碳”战略目标的大背景下提出的。管道运输是大规模氢能运输最经济高效的途径，氢能发展必将提出大规模氢气管道建设需求。由于氢的物理化学性质与天然气存在巨大差异，氢易进入金属材料，引发材料氢脆及氢腐蚀，造成材料失效进而引发管道安全事故，输氢管道用钢管比石油天然气管道用钢管有更高要求，因此在油气输送管道基础上，需要开发具有良好抗氢脆性能的钢管，更好的适用于氢气储输管道。目前国内生产油气输送焊管的中国石油集团渤海装备公司、中国石油宝石管业公司、宝钢、天钢等规模以上钢管制造企业都大力研发氢气输送管道用焊管、无缝管等，年产能达300万吨以上，随着氢能产业规模的扩大，在未来长距离、大规模的氢气运输中，输氢管道钢管用量有巨大需求空间。目前国内外没有专门的氢气输送和存储管道用钢板及钢带标准，国内外与氢气管道系统和氢气站相关标准有：ASMEB31.12-2019《HydrogenPipingandPipelines》、CGAG-5.6-2013《HydrogenPipelineSystems》、GB50177-2005《氢气站设计规范》、GB4962-2008《氢气使用安全技术规程》、GB/T34542《氢气储存输送系统》等。国外相关标准涵盖了选材、设计、施工、运行、维护等各个方面，在通用钢管标准的基础上，对管道用钢管的化学成分、力学性能方面提出了补充要求。国内GB/T34542《氢气储存输送系统》目前已发布前3个部分。GB/T34542主要规定了氢气储存输送的系统要求和材料氢相容性、敏感性的试验方法。未发布的第5部分“氢气输送系统技术要求”中，主要包括设计、设备、运行、维护方面的要求，未涉及钢管制造要求，且对管道成分、组织、性能及相应测试方法亦均未涉及。本标准规定了氢气纯度99%及以上氢气储输管道用钢管的订货内容、制造工艺及材料、性能要求、尺寸、长度、质量和管端加工、外观及工艺质量、无损检测、标志、涂层、记录、装载等要求。本标准适用于直缝埋弧焊管（SAWL）、螺旋埋弧焊管（SAWH）、高频焊管（HFW）和无缝目前国内尚无专门的氢气储输管道用钢管标准，难以满足氢气输送管道制造和建设的需要，限制了我国氢气长距离输送和使用，因此制定专门用于氢气输送管道用钢管制造标准是必要的。1.3编制单位本标准编制单位：中国石油集团渤海石油装备制造有限公司、（其余暂略）。1.4主要工作过程预研阶段：2020年，中国石油集团渤海石油装备制造有限公司针对制约我国氢气管道建设和氢能发展的重要因素超前探索，围绕纯氢/掺氢输送氢损伤机理、输送管材开发、输氢管材制造关键技术等实施针对性研究，依托输送装备技术研发优势和输氢管材的研究基础，联合氢能用户、钢铁企业、高校、科研院所和管道设计单位联合攻关，于2023年2月提出《氢气储输管道用钢管》国家标准立项。起草阶段：2023年12月国家标准化管理委员会正式下达制定计划，渤海装备公司牵头成立了标准研制工作组，编制组成员相继开展了国内相关法律法规和标准资料的收集与比对分析工作，对国内外氢气储输管道用钢管产品和技术现状与发展情况进行全面调研，同时广泛搜集相关标准和国内外技术资料，进行了大量的研究分析、资料查证工作，结合渤海装备公司在内蒙古包临线和长庆油田输氢管道项目上的大量生产实践经验，进行全面总结和归纳。经查阅，涉及到的相关标准规范：国际上主要有ASMEB31.12—2023《氢用管道系统和管道》、CGAG-5.6《氢气管道系《氢气使用安全技术规程》、GB/T34542《氢气储存输送系统》、GB/T9711-2023《石油天然气工业管线输送系统用钢管》附录A（资料性纯氢输送管道用PSL2钢管的订购。在此基础上，2024年4月、5月、9月共召开3次专家研讨会，结合专家意见，编制组编制并完善本标准草案，于2025年1月完成《氢气储输管道用钢管》标准征求意见稿及其编制说明等相关附件，报全国钢标委钢管分技术委员会秘书处。征求意见阶段：2025年1月10日，全国钢标委钢管分技术委员会发函，将征求意见稿发送全体委员、顾问和观察员及相关单位正式开展征求意见，共计发函XX家单位，并在国标委和钢铁标准网公开征求意见。截止2025年XX月XX日，收到XX家单位的回函。回函并有建议或意见的单位数：XX个，共提出XX条意见。1.5主要起草人本标准由中国石油集团渤海石油装备制造有限公司、XXXXX、……等单位共同起草。本标准主要起草人暂略）等。XX任编制组组长，负责整个项目的总体安排，协调项目进度计划，负责国内外标准技术资料的收集和对比分析、标准文本的起草，对标准文本总体把关。其余编制组成员配合共同完成以下工作：⑴收集国内相关法律法规、国内外相关标准，并进行研究、分析和对比；⑵对钢管制造、使用情况进行数据收集、调研和分析；⑶编写本标准各阶段的文本和标准编制说明、标准水平对比分析、意见汇总及处理、实物质量数据的统计与分析；⑷研究标准中主要技术指标确定所需的理论和论证材料；⑸完成标准的征求意见稿。2标准编制原则本文件在制定过程中，遵循“面向市场、服务产业、自主制定、适时推出、不断完善”的原则，注重标准制定与技术创新、试验验证、产业推进、应用推广相结合，本着先进性、科学性、合理性和可操作性以及标准的目标、统一性、协调性、适用性、一致性和规范性的原则来进行本文件的制定工作。本标准在制定过程中，充分考虑了国内氢气储输管道用钢管的生产条件、设备情况以及各厂家的实际生产使用情况，力求标准的实用性，内容正确完整，宽严适度。本文件在起草过程中主要按GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写规则》的要求编写。在确定本文件主要技术指标时，综合考虑生产企业的能力和用户的利益，寻求最大的经济、社会效益，充分体现了标准在技术上的先进性和合理性。3主要内容说明3.1标准名称依据国标制订计划，本标准的名称为《氢气储输管道用钢管》。3.2范围本章对文件内容、适用范围和产品用途进行了规定，其中内容针对氢气纯度99%及以上氢气输送和储存管道用钢管制定订货内容、制造工艺及材料、性能要求、尺寸、长度、质量和管端加工、外观及工艺质量、无损检测、标志、涂层和螺纹保护器、记录、装载等要求。钢管类型限定于直缝埋弧焊管（SAWL）、螺旋埋弧焊管（SAWH）、高频焊管（HFW）和无缝管（SMLS）四种。对于氢气纯度99%以下的含氢输送的管道用钢管不做要求，可以参考本文件使用。3.3规范性引用文件按GB/T1.1—2020对规范性引用文件的引导语进行规定。基于文件内容，对本文件涉及的制造工艺及材料、性能要求、尺寸、长度、质量和管端加工、外观及工艺质量、无损检测、标志、涂层和螺纹保护器、记录、装载等采用的外部标准进行了引3.4术语和定义按GB/T1.1—2020的规定，本章直接引用GB/T9711、GB/T30062界定的术语和定义。3.5符号和缩略语规定了本文件使用的缩略语。3.6订货内容对采用本文件订货的合同或订单可能涉及的基本内容进行了规定，根据合同双方可以增加相关合同内容。3.7制造工艺及材料3.7.1钢级牌号参考GB/T9711规定了钢管的牌号的编号方法，采用输送管线的字母“L”规定的屈服强度最小值、代表交货状态的字母代号（M、N或Q）和表示服役条件为氢气的代号“H”四部分组成，其中前两部分合称为“钢级”。同时规定了钢级和交货状态。根据市场需要和技术现状，本文件规定了L245~L485等8个强度等级的牌号。3.7.2钢管类型规定了钢管类型包括直缝埋弧焊管（SAWL）、螺旋埋弧焊管（SAWH）、高频焊管（HFW）和无缝管（SMLS）4种以及对4种类型钢管的要求。3.7.3原材料要求基于钢管的性能要求，规定了焊接钢管用钢板、卷板应为吹氧转炉或电炉冶炼并经炉外精炼的细晶粒纯净镇静钢，并应采用真空脱气和钙处理的要求，同时钢带或钢板不应含有任何补焊焊缝。无缝钢管管坯采用连铸或热轧（锻）方法制造的要求。3.7.4制造要求3.7.4.1参考GB/T9711，规定了冷定径和扩径，考虑到扩径率对钢管抗氢脆性能的影响，减小了冷定径和扩径率的上限，直缝埋弧焊钢管扩径率范围为0.4～1.4%。3.7.4.2对不同类型钢管热处理方式和钢管最终的热处理状态进行了规定。3.7.4.3对钢管正式生产前应制造工艺评定做了规定，并给出附录A的评定方法。3.7.5焊接工艺规定了焊接工艺评定方法、执行的标准，同时规定了埋弧焊管补焊工艺、钢管的环焊适用性试验的标准及程序。3.8技术要求3.8.1化学成分对于t≤25.0mm的钢管，各钢级的化学成分应符合表1的规定。为了保证氢环境下具有良好的耐氢脆性能，在成分设计上对氢脆有害的C、Mn、P、S等元素进行了严格控制，严格限制碳当量CEPcm，提高耐氢脆性能。对于t＞25.0mm钢管的化学成分应由供需双方协商确定。基于熔炼分析和产品分析的化学成分（质量分数≤NbCEPcm≤ffbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbab％；0.008%；铝/氮比不小于2:1（不efNb＋V≤0.06%。3.8.2金相要求按照有利于钢管提高抗氢脆性能的要求，对钢管的晶粒度、带状组织以及非金属夹杂物级别进行了严格的规定，以L360/X52级别为分界分别进行规定。晶粒度和带状组织符合表2的规定，钢中A、B、C、D、Ds类非金属夹杂物级别应符合表3的规定。BabcDsbc细粗细粗细粗细粗Db如果评价过程中发现某一视场中同时存在两个或两个以上的同类或不同类超标大型夹杂物，将该熔炼批判为不c如果代表一熔炼批钢管的夹杂物检验中发现某一视场中存在单个超标大型夹杂物，则宜在同一熔炼杂物规定要求或出现了超标大型夹杂物，则该熔3.8.3拉伸性能规定了抗拉性能的试验方法和执行的标准，考虑到强度对材料抗氢脆性能的影响较大，在GB/T9711规定的钢级强度范围基础上，结合目前钢厂的控制水平，收窄的强度的区间，钢级越高钢管的强度范围越小，保证高强度钢管强度在合理的范围。钢管的拉伸性能要求见表4规定。（Af）%dddddddda本限制适用于D＞323.9mm的钢管。b在50mm的标距长度上，规定最小伸长率，Af以百分数表示，且被圆整到最邻近的百分数）应采用下列公Af=CAXC—为适用的拉伸试样横截面积，单位为平方毫米[mm2]，具体如下—圆棒试样：直径12.7mm和8.9mm的圆棒试样为130mm2；直径6—板状试样取a）485mm2和b）采用试样规定宽度和规定壁厚计算的试样横截面积两者的较小者，圆3.8.4夏比V型缺口冲击试验规定了夏比V型缺口冲击试验方法、要求及参考的标准，规定了夏比（V型缺口）冲击试验温度应为-10℃。参考CGAG-5.6标准，规定了无缝管及焊管管体试验吸收能符合表5规定。管焊缝及热影响区（HAZ）试验全尺寸试样，最小平均值（同一组的3个试样）吸收能不应小于40J。JJ3.8.5落锤规定了厚度大于25.0mm以下落锤撕裂（DWT）试验执行的标准以及取样位置，试验温度为0℃,试验结果应符合表6的规定。经供需双方协商，经协议，可采用更低的试验温度。当厚度大于25.0mm时，其落锤性能供需双方可协商。3.8.6硬度考虑硬度对材料抗氢性能有较大影响，参考ASMEB31.12及CGAG-5.6，分钢级对钢管硬度（HV10包括焊缝硬度）进行上限规定，钢管最大允许硬度值见表7。3.8.7钢管残余应力控制试验（仅对SAWH管）经协议，可对SAWH管残余应力控制提出要求。3.8.8HIC试验规定了钢管母材和焊接接头抗氢致开裂（HIC）试验方法及执行标准，各试样的三个截面的各个最大允许平均比率应符合下列验收极限：a)裂纹敏感率（CSR）≤0.5%b)裂纹长度率（CLR）≤5%C)裂纹厚度率（CTR）≤2%3.8.9气态氢相容性试验规定了钢管气态氢相容性试验的项目、试验标准、试验方法以及试验频次等。3.8.9.1总则经协议，可进行气态氢环境下慢应变速率拉伸试验（SSRT）、断裂韧度试验、疲劳裂纹扩展速率、疲劳寿命等试验中的一项或多项试验。气态氢环境试验应按GB/T34542.2的规定进行，并提供试验报告。试验用氢气应满足GB/T3634.2中高纯氢的要求：氢气纯度99.999%（体积分数含氧量不超过1×10-6。试验在以下情况下开展。a）制造工艺评定时。b）新生产线试制时。c）钢管新产品试制时。d）已试制钢管的材料、工艺、装备有较大改变，可能影响性能时。e）购方有规定时。试验除应满足本章节规定外，还应满足GB/T34542.2的规定。3.8.9.2慢应变速率拉伸（SSRT）试验慢应变速率拉伸（SSRT）试验是气态氢相容性试验中表征氢环境下强度或塑性性能变化的重要的方法，考虑到该试验的影响因素较多，本文件在GB/T34542.2方法基础上进行了进一步的限制性规定，规定了具体取样位置、取样方向、取样数量，试验前置条件无需进行预充氢，推荐采用光滑试样等，提出以断面收缩率评价的氢脆敏感性指数，给出计算公式。根据试验研究情况，规定了氢脆敏感性指数应不低于0.7，且氢气环境断面收缩率不小于50%。3.8.9.3断裂韧度试验规定了具体取样位置、取样方向、取样数量，预制裂纹应平行于钢管长度方向；焊管焊缝和热影响区的预制裂纹应分别位于焊缝中心和熔合线+1mm位置，且预制裂纹应平行于焊缝纵向，HFW焊管可不进行热影响区试验。同时规定管体和焊缝的取样应分别参照GB/T21143和GB/T28896。规定了采用准静态方法进行断裂韧度，参考ASMEB31.12规定了断裂韧度值KIH不小于55MPa·m1/2。3.8.9.4疲劳寿命试验规定了取样方向、取样方法、取样数量等，推荐采用轴向力控制方法，按照GB/T3075的要求进行试验。规定试验加载的最大载荷为材料规定的最小名义屈服强度，应力比为0.1，频率为0.1Hz1Hz。规定试样循环次数应不小于105周次。3.8.9.5疲劳裂纹扩展试验规定了取样位置、取样方向、取样数量以及预制裂纹的要求，规定试验应力比R宜取0.1。加载波形应采用三角波或者正弦波。试验频率应小于或者等于1Hz。进行疲劳裂纹扩展速率测试，考虑门槛值的测试的复杂程度及成本较高，本文件没有强制要求，根据采购方要求是否给出门疲劳裂纹扩展槛值。3.9其他技术要求静水压试验、检验频率和复验、导向弯曲性能（仅对埋弧焊钢管）、压扁试验（仅对高频电阻焊钢管）等一般检验参考GB/T9711，结合本项目具体情况给出一般规定。3.10尺寸、质量和管端加工考虑到钢管管端尺寸精度会对现场环焊缝施工造成影响，为了降低现场对接造成钢管的残余应力对钢管整体抗氢性能影响，参考GB/T9711基础上，结合国内主要钢管制造商的技术水平，对钢管管端直径偏差、不圆度偏差进行更严格的要求，见表8～表9。钢管厚度、长度、重量、管端加工等参照参考GB/T9711规定给出。3.10.1直径规定了钢管直径偏差符合表8要求。D≤610D≤610±0.75%D3.10.2不圆度规定了钢管不圆度偏差符合表9要求，购方有特殊要求时，按照订货要求执行。D≤6103.11外观及工艺质量检查3.11.1外观检查规定了外观检验频次、检验方法以及检查的项目，规定不允许有重皮、裂纹、结疤、折叠、气泡、夹杂等对使用有害的缺陷存在。对咬边、电弧烧伤、分层、凹槽、硬块等表面缺陷规定了检查方法及验收指标。3.11.2工艺质量参考GB/T9711对HFW管和SAW管钢板或钢带边缘的径向错边进行了规定，对SAW焊管内外焊缝焊偏量、焊缝高度以及管端焊缝高度去除的方法、尺寸以及去除后焊缝余高进行规定，对HFW管毛刺去除进行了规定。3.12无损检测无损检测方法参考GB/T9711执行的检测方法和标准，对分层缺陷的验收极限进行了严格要求，见表10。228555--3a小于最大缺欠尺寸且大于最小缺欠尺寸的缺欠数量。c对于D＜168.3mm的钢管或宽度小于500mm的钢带/钢板，缺欠的最大分布密度按照0.25md钢带/钢板边缘最大缺欠的面积为平行于钢带/钢板边缘的最大缺欠长度和其横向尺寸的乘积，如果其长度或横3.13标志和涂层规定了钢管标志内容和标志位置等内容。3.14文件和装载规定了供方交货时应提供的文件资料和钢管的装运过程中应遵循的标准和推荐做法。3.15附录A附录A参考GB/T9711给出了钢管制造工艺评定规范性文件，规定了钢管制造工艺评定的原则、制造工艺评定内容、方法、检验和试验以及供方应提供的工艺评定资料等。3.16附录B附录B给出了补焊工艺的规范性文件，规定了补焊工艺评定执行的标准、试验项目和试样数量。3.17附录C附录C给出钢管的环焊适用性试验的资料性文件，提供了钢管的环焊适用性试验原则、适用条件、试验材料、焊接和试验以及供方应提供的试验报告资料等内容。3.18附录D附录D参考GB/T9711给出表面缺欠和缺陷的处理的规范性文件，规定了表面缺欠和缺陷的处理的原则、缺陷修补的原则以及修补后的检测检验。3.19附录E附录E参考ASMEB31.12给出管道系统用钢在气态氢气工况中获得较高断裂韧性的指导方针资料性文件，提供了在存在≤20.7MPa的气态氢气时，获得均匀分布在钢横截面上的多边形铁素体和针状铁素体组织的合金设计加工工艺原则。4标准中涉及专利的情况本文件不涉及专利问题。5确定国家标准主要内容（如技术指标、参数、公式、性能要求、试验方法、检验规则等）的论据（包括试验、统计数据）本标准为新制定，目前国内没有同类标准。制定过程中，主要内容参考GB/T9711、GB/T34542.2、ASMEB31.12、CGAG-5.6等国内外标准中相关内容，并结合了当前生产需求、试验研究及应用情况制定。例如：力学性能、晶粒度、带状组织等指标在参考标准基础上加严控制，是在经过多家企业经过了生产试制和产品检验验证基础上制定，气态氢相容性试验相关指标多家企业、科研机构、大学等产学研的成果，经过了行业权威机构检验。6主要实验（或验证）结果的分析、综述报告、技术经济论证，预期的经济效果本文件是结合我国氢气储输管道用钢管的试制、生产和使用经验而制定完成的，工作组通过中国石油渤海装备公司、中国石油宝石管业公司、首钢、中信特钢等企业进行出厂检验和在线试验检验，钢铁研究总院、中国石油工程材料研究院等研究机构检测检验以及国家管网、内蒙古西部天然气公司等用户的检验和使用经验，对输氢产品主要性能指标进行了验证，标准规定的各项指标符合实际，钢管材料的化学成分、金相、力学性能、氢环境下性能指标均可以达到本文件规定的指标，极个别的在要求指标的边沿，例如：晶粒度和带状组织，部分钢厂在8级、1.5级的极限值。试验结果表明，标准规定的各项指标符合实际，具有先进性和合理性。本次制定纳入和反映了当今氢气储输管道用钢管生产工艺和技术水平、新的检测标准等，保证了标准的时效性，为氢气储输管道用钢管的应用提供了有力的技术支撑，为指导和规范氢气储输管道用钢管生产、验收提供了依据。主要指标试验验证情况如下：6.1拉伸性能验证情况SAW管、SMLS管母材拉伸验证结果见表11～表12。/MPa/MPa/MPa/MPa///6.2夏比冲击性能验证情况SAW管、SMLS管母材及焊缝夏比冲击验证结果见表13～表15。123值123值123123123值123值6.3硬度性能验证情况SAW管、SMLS管硬度验证结果见表16～表17。材质试样编号硬度值（HV10）外焊母材热影响区焊缝热影响区母材母材热影焊缝热影母材响区响区123456789L245MHSQSY22JL100004202216213214L360MHSQSY22J415MH600002D215214217226L415MH500001X216222229220材质炉号硬度值（HV10）内壁单值及平均值中部单值及平均值外壁单值及平均值L245NH202406L245QHB23020008L360QH5248246.4晶粒度、带状组织、非金属夹杂物验证情况SAW管、SMLS管晶粒度、带状组织、非金属夹杂物验证结果见表18～表19。1/2/34567891/2/36.5HIC验证情况针对针对SAW管L245MH、L360MH钢级，进行了母材、焊缝的抗氢致开裂（HIC）试验验证，结果均符合本标准规定，验证结果如表20～表21所示。/℃123123123000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000/℃1231231230000000000000000000000000006.6氢环境慢拉伸试验验证情况针对SAW管L360MH、L450MH钢级，进行了母材、焊缝接头进行了光滑圆棒试样慢拉伸性能验证，结果均符合本标准规定，验证结果如表22～表27及图1～图6所示。--01针对HFW管L360MH牌号钢管，6.3MPa氢气环境中慢应变速率拉伸断面收缩率/氮气环境断面收缩率分别为0.95、0.98，在氢气环境中管体及焊缝试样断面收缩率大于60%以上。6.7氢环境断裂韧度试验验证情况SAWL管、SMLS管氢环境断裂韧度试验验证情况如表28～表29及图7～图10所示。J0.2BL/(kJ/m2)KJIC/J0.2BL/(kJ/m2)KJIC/J0.2BL/(kJ/m2)KJIC/J0.2BL/(kJ/m2)KJIC/J0.2BL/(kJ/m2)对HFW管L360MH钢级，管体、焊缝及热影响区CT试样在