Традиционные и перспективные стали для строительства магистральных газонефтепроводов

ТРАДИЦИОННЫЕ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СТАЛИ 
ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА МАГИСТРАЛЬНЫХ  
ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ

Традиционные и перспекТивные 
сТали для сТроиТельсТва 
магисТральных 
газонефТепроводов
Москва • Логос • 2020

УДК 624
ББК 38 
Т65
Рецензент
В.М. Горицкий, доктор технических наук, профессор, 
заведующий Отделом экспертизы металлов  
ЗАО «ЦНИИПСК им. Н.П. Мельникова»
Традиционные и перспективные стали для строительства магистральных 
газонефтепроводов / Л.А. Ефименко, О.Ю. Елагина, 
Е.М. Вышемирский, О.Е. Капустин, А.В. Мурадов, А.К. Прыга-
ев. – М.: Логос, 2020. – 316 с.: ил.
ISBN  978-5-98704-573-2
Подробно рассмотрены вопросы применения традиционных  
и перспективных сталей для строительства магистральных газонеф- 
тепроводов. Проведено сопоставление требований нормативных 
документов к механическим свойствам и химическому составу 
труб для газонефтепроводов. Рассмотрены вопросы свариваемости 
трубных сталей разной категории прочности и показаны особенности 
структурно-фазовых превращений при сварке. Представлены 
особенности выполнения сварочных работ на трубах из высоко- 
прочных сталей, освещен опыт их применения при строительстве 
газопровода в условиях Крайнего Севера. 
Для специалистов в области проектирования, строительства и 
эксплуатации трубопроводного транспорта. Может использоваться 
в учебном процессе при подготовке специалистов всех уровней, 
повышении квалификации и переподготовке кадров для газовой, 
нефтяной и металлургической промышленности и топливно-энергетических 
отраслей. 
УДК 624
ББК 38
ISBN 978-5-98704-573-2 
© Ефименко Л.А., Елагина О.Ю.,
Вышемирский Е.М., Капустин О.Е., 
    Мурадов А.В., Прыгаев А.К., 2020 
© Логос, 2020
Т65

оглавление
введение  
............................................................................................... 7
глава 1. Требования основных нормативных документов  
к трубам для газонефтепроводов  
....................................................... 13
 
1.1. Маркировка и прочностные характеристики труб  
 
для магистральных трубопроводов 
......................................... 16
 
1.2. Нормирование характеристик сопротивления  
 
разрушению труб для магистральных трубопроводов 
.......... 32
 
1.3. Требования к химическому составу труб  
 
для магистральных трубопроводов 
......................................... 63
 
1.4. Структурно-фазовое строение трубных сталей  
 
разных классов прочности 
...................................................... 86
глава 2. свариваемость трубных сталей  
и ее основные характеристики  
.........................................................101
 
2.1. Склонность трубных сталей к образованию  
 
горячих трещин 
.......................................................................102
 
2.2. Склонность трубных сталей к образованию  
 
холодных трещин  
...................................................................108
глава 3. структурно-фазовые превращения при сварке трубных  
сталей разной категории прочности 
..................................................133 
 
3.1. Кинетика распада аустенита низколегированных 
 
сталей 
.......................................................................................141 
 
3.2. Структурно-фазовые превращения при сварке  
 
трубных сталей категории прочности К38–К56 
..................161
 
3.3. Структурно-фазовые превращения при сварке  
 
трубных сталей категории прочности К60–К80 
..................176
глава 4. особенности выполнения сварочных работ на трубах,  
изготовленных из сталей разной категории прочности  ..................191
 
4.1. Технология сварки прямошовных  
 
и спиральношовных труб 
.......................................................192
 
4.2. Сварка кольцевых монтажных стыков 
...........................218

 
4.3. Ремонт сваркой дефектов труб и сварных  
 
соединений газопроводов ......................................................237
 
 
4.3.1. Ремонт методами наплавки с отключением 
 
 
потока транспортируемого продукта 
............................241
 
 
4.3.2. Ремонт методами наплавки без отключения  
 
 
перекачиваемого продукта ............................................249
глава 5. опыт применения высокопрочных сталей  
при строительстве газопровода Бованенково – Ухта 
......................280
Список литературы 
............................................................................307
6 
Оглавление

введение
Россия принадлежит к числу крупнейших газодобывающих 
стран мира. Ее недра содержат 13 % мировых разведанных запасов 
нефти и 36 % газа [1]. По оценкам экспертов, в ближайшие 
20–30 лет природный газ и нефть будут оставаться основными 
источниками энергии для человечества. Предполагается дальнейший 
рост мирового потребления природного газа. В России газ 
будет находиться на первом месте в топливно-энергетическом 
балансе страны. Одновременно Россия будет оставаться одним 
из крупнейших экспортеров газа, занимая около 25 % мирового 
рынка [2].
Важную роль в реализации энергетической политики страны, 
формировании новых газодобывающих регионов, межрегиональной 
системы транспорта энергоносителей и выхода на международные 
рынки играет развитие нефтегазового комплекса Северного 
региона России. При этом ключевое значение для развития 
добычи газа на долгосрочную перспективу имеет освоение месторождений 
полуострова Ямал. По оценкам специалистов, разведанные 
запасы газа 27 месторождений полуострова Ямал составляют 
более 10 трлн м3, а с учетом месторождений Приямальского 
шельфа – более 20 трлн м3 [1]. Газоконденсатные месторождения 
Севера будут оставаться основой устойчивого развития газовой 
промышленности России (рис. 1).
Освоение Штокманского месторождения в Баренцевом море 
потребует строительства морского газопровода на материк и 
далее сухопутного газопровода до г. Волхова протяженностью 
 
1350 км. Объем добычи газа будет доведен до 90–130 млрд м3. 
Приоритетным остается освоение месторождений в Восточной 
Сибири и на Дальнем Востоке (рис. 2), а также окончание сооружения 
Северо-Европейского газопровода.
Значительная часть крупнейших месторождений нефти (Самотлорское, 
Приобское, Лянтовское, Салымское, Уренгойское, 
Мамонтовское и др.) также расположены в северных регионах 
России. В перспективе нефтью и газом Россия будет прирастать 
к морским месторождениям арктического шельфа, где сосредо-

Введение
рис. 1. Карта освоения газовых ресурсов северных районов России [3]

Введение 
 
9
точено до 80 % потенциальных запасов углеводородов страны. 
Морские трубопроводы, как правило, трубопроводы высокого 
давления. Уже в настоящее время, как показано выше, и в ближайшем 
десятилетии трубопроводы высокого давления будут находить 
все большее применение.
С целью повышения эффективности разработки газовых месторождений 
предусматривают переход на транспортировку природного 
газа под давлением 9,8–11,7 МПа. В то же время следует 
учитывать, что большая часть действующих магистральных газо- 
проводов рассчитана на рабочее давление до 7,4 МПа.
В связи со значительной удаленностью газонефтедобывающих 
регионов от конечных потребителей углеводородного сырья 
важная роль в успешном развитии нефтяной и газовой промышленности 
принадлежит транспортной системе, что обуславливает 
высокие требования к ее техническому состоянию и эксплуатационным 
характеристикам.
В настоящее время реализуется большая программа проекти-
рования строительства крупных российских, транснациональных 
рис. 2. Карта освоения газовых ресурсов Восточной Сибири 
и Дальнего Востока [3]

Введение
и межконтинентальных трубопроводных систем, ориентирован-
ных на трубопроводы нового поколения. Это капитальные соору-
жения высокого уровня, надежности и эффективности, в созда-
нии которых использованы последние достижения современной 
науки и техники, принципы экологической безопасности.
Среди реализуемых в них технических и технологических ре-
шений приоритет отдается таким вопросам, как снижение собст- 
венного энергопотребления и использование высокого давления. 
Высокое давление – это органичное техническое начало будущих 
трубопроводных систем.
Для строительства трубопроводов высокого давления эффек-
тивно использование труб из высокопрочных сталей категории 
прочности Х80, Х100, а в перспективе до Х120 [1, 3]. Многие 
трубные предприятия Европы, Северной Америки и Японии из-
готавливают трубы таких классов прочности. В настоящее время 
не существует серьезных аргументов против использования этих 
труб для строительства новых трубопроводов, эксплуатируемых 
под давлением свыше 10 МПа. Тем более что в Германии, Сло-
вакии и Канаде были получены хорошие результаты при эксплу-
атации газопроводов, смонтированных из высокопрочных труб, 
благодаря чему существенно уменьшились металлоемкость, стои-
мость их сооружения и эксплуатации.
Например, применение труб категории прочности Х80 при 
сооружении трубопроводов «Рургаза» привело к значительной 
экономии материала по сравнению с применением труб катего-
рии Х70 за счет снижения толщины стенки с 20,8 мм для Х70 до 
18,3 мм для Х80 [4] (рис. 3, 4).
Предварительная экономическая оценка использования ста-
лей Х100 в трубопроводах высокого давления показала, что это 
может привести к снижению инвестиционных затрат на 7 % по 
сравнению с трубопроводами из сталей категории прочности Х80 
и до 30 % по сравнению со сталями категории прочности Х70 [5].
Сравнительная оценка затрат на строительство трубопрово-
да из сталей Х70 и Х120, выполненная компанией ExxonMobile 
(табл. 1) [6], также показала экономическую целесообразность 
использования высокопрочных трубных сталей в системах транс-
портировки углеводородного сырья на большие расстояния.

Введение 
 
11
рис. 3. Возможная экономия материала с использованием 
высокопрочных материалов
Металлоемкость 
трубопровода, т
170000
160000
150000
140000
130000
120000
110000
100000
90000
80000
70000
60000
50000
165000
145000
126000
101000
X70
X80
X100
X120
Категория прочности стали по API
Заводская цена 
одной трубы
12,7 мм
15,9 мм
19,1 мм
25,4 мм
X60
X80
X100
X120
Категория прочности стали по API
рис. 4. Заводская стоимость 1 т трубы для различных категорий 
прочности и толщины стенки с постоянной пропускной способностью

Введение
Таблица 1
сравнение затрат на строительство наземного трубопровода  
из сталей х70 и х120 для транспортировки 85 млн м3 в сутки газа 
на расстояние более 3220 км, по оценке компании ExxonMobile
параметр
сталь X70
сталь X120
Характеристики трубопровода
Диаметр, дюйм (мм)
Давление, МПа
Количество ниток газопровода
Количество компрессорных станций
58(1473)
10
6
9
46(1168)
19,3
5
7
Стоимость в млн долл. США
Трубы
1850
1820
Транспортные расходы
800
530
Другие материалы
490
480
Строительство
1620
1300
Компрессорные станции
1100
1050
Непрямые расходы
910
830
Итого
6770
6010
 
Примечание: разница в цене сталей X120 и X70 – 250 долл. США/т.
В России опыт применения таких сталей при строительстве 
трубопроводов отсутствует. Использование труб класса прочнос-
ти Х80 впервые реализуется при строительстве газопровода вы-
сокого давления (11,8 МПа) на трассе Бованенково – Ухта. Ра-
боты по освоению производства труб из высокопрочных сталей в 
последние годы активно проводятся на Выксунском, Волжском и 
Ижорском трубных заводах.
Успешное использование высокопрочных сталей для стро-
ительства трубопроводов, особенно в условиях отрицательных 
температур, во многом будет определяться решением целого ря-
да проблем, связанных с вопросами их свариваемости, особенно в 
условиях отрицательных температур, и разработки рациональных 
технологических процессов сварки, обеспечивающих высокий уро-
вень прочностных, пластических свойств сварных соединений, со-
противление хрупкому разрушению в процессе эксплуатации. Рас-
смотрению этих вопросов посвящены материалы данной книги.