長輸管線鋼管研發(fā)中的幾個熱點問題探討

張振宇　李遵明　袁建忠

摘要：隨著我國油氣長輸管道的建設(shè)工程逐步深入，業(yè)界對管線鋼研發(fā)的前景問題進(jìn)行了廣泛的熱議，本文就當(dāng)前管線鋼研發(fā)的現(xiàn)狀及我過未來管線鋼研發(fā)的趨勢進(jìn)行了探討，對幾個熱點問題進(jìn)行了細(xì)致的闡述。

關(guān)鍵詞：超大輸量；管線鋼；螺旋焊管；研發(fā)

1.超大輸量天然氣管道用管的開發(fā)

當(dāng)前，國際社會對以天然氣為代表的清潔能源的需求依然強勁。由于需要輸送的天然氣流量越來越大，天然氣長輸管道的單管輸量要求越來越大。為了實現(xiàn)更好的效益，管道建設(shè)正在向大型化發(fā)展，通過采用更高壓力和更大口徑的管道提高單管輸送能力。

由于超大輸量管道往往要經(jīng)過高寒地區(qū)、斷層和地震活動區(qū)，鋼管還要滿足低溫韌性和縱向大應(yīng)變性能要求，在壁厚顯著增加的同時，要滿足這些要求更加困難。巴甫年科沃-烏恰管道的壁厚為23.0/27.7/33.4mm，要求鋼管在-40℃的夏比沖擊功不小于200J，-20℃的DWTT剪切面積平均值不小于85%。這些指標(biāo)無疑是代表了當(dāng)代超大輸量天然氣管道的最高水平。為了確定管道的止裂韌性要求，在俄羅斯進(jìn)行了17次全尺寸氣體爆破試驗。巴甫年科沃-烏恰管道系統(tǒng)的第一條管道已經(jīng)建成，表明這種鋼管的開發(fā)是成功的。歐洲鋼管公司、日本和俄羅斯的鋼管廠生產(chǎn)了該管道所用的K65級Φ1420mm鋼管。遺憾的是我國的鋼廠和管廠均未能參與其中。我國制管廠也在試制能夠滿足這種低溫韌性要求的K65級Φ1420mm鋼管，初步試驗結(jié)果表明，要達(dá)到這種低溫韌性要求有一定難度。由于該管道系統(tǒng)還要建設(shè)多條管道，我們今后還有機(jī)會參與，但要在鋼管的低溫韌性方面繼續(xù)努力。

2.超高強度管線鋼管開發(fā)

當(dāng)前，超高強度管線鋼管的開發(fā)似乎有些停滯不前的跡象。我國最近建設(shè)的幾條天然氣長輸管道如西二線、中貴線、中緬線國內(nèi)段、西三線和中亞C線等，均采用了X80鋼級。美國和英國近期建設(shè)的數(shù)千km天然氣長輸管道也主要采用X80鋼級。俄羅斯也建設(shè)了第一條相當(dāng)于X80鋼級的K65級天然氣長輸管道（巴甫年科沃-烏恰管道）。日本也在2011年建設(shè)了第一條X80輸氣管道。由于不斷地優(yōu)化X80管線鋼的成分和軋制工藝，許多鋼廠能夠以非常貧的合金成分設(shè)計，充分發(fā)揮控制軋制和加速冷卻工藝技術(shù)的優(yōu)勢生產(chǎn)出極具成本優(yōu)勢的X80管線鋼。而且X80輸氣管道的斷裂控制技術(shù)比較成熟，可以采用BTC雙曲線模型進(jìn)行止裂計算，止裂所需的韌性是現(xiàn)代冶金工業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)的。

X80鋼級將在一個相當(dāng)長的時期內(nèi)作為天然氣長輸管道的首選鋼級之一。在未來的天然氣長輸管線上應(yīng)用強度更高的超高強度管線鋼管，安全性和經(jīng)濟(jì)性是必須考慮的兩個方面。

基于我國在X80管線鋼管應(yīng)用方面的大量經(jīng)驗和研究成果，以及X100開發(fā)應(yīng)用進(jìn)展緩慢的情況，以及我國的超高強度管線鋼管研發(fā)剛剛起步的情況，中石油決定同時開展X90和X100鋼級的研發(fā)，力爭在X90的開發(fā)應(yīng)用上首先取得突破。

但是目前國內(nèi)參與X90/X100單爐試制的有些鋼廠，兩種鋼級的試制采用同樣成分的連鑄坯。這樣試制的X90實際上是在打造X100的降級版，這樣就提高了X90的合金含量，不僅使未來X90的成本增加，而且對環(huán)縫焊接帶來不利影響。

加快我國自己的爆破試驗場的建設(shè)已經(jīng)提到議事日程，以獲取更多的試驗數(shù)據(jù)，為斷裂控制理論和方法的完善做出我國應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

3.螺旋焊管的可持續(xù)發(fā)展

20世紀(jì)70～80年代，由于螺旋焊管工藝落后、產(chǎn)品質(zhì)量差，導(dǎo)致油氣輸送管道事故頻發(fā)。進(jìn)入21世紀(jì)以來，螺旋焊管在高壓油氣輸送管道上的應(yīng)用突飛猛進(jìn)，許多原來不在油氣管道采用螺旋焊管的國家發(fā)生了180度的大轉(zhuǎn)變，紛紛轉(zhuǎn)向在天然氣長輸管道上大規(guī)模應(yīng)用螺旋焊管，比較典型的事例是美國近年建設(shè)的X80級天然氣長輸管道，其螺旋焊管的用量都超過了70%，我國的西氣東輸和印度的東氣西輸管道都大量采用螺旋焊管。世界范圍內(nèi)，特別是在美國和印度建設(shè)了大量先進(jìn)的兩步法螺旋焊管機(jī)組。

當(dāng)前這一時期是螺旋焊管發(fā)展史上最為輝煌的時期，螺旋焊管以其穩(wěn)定的質(zhì)量和較低的成本得到大部分國家的油氣長輸管道建設(shè)業(yè)主的青睞。是深刻吸取歷史教訓(xùn)，重視質(zhì)量控制、技術(shù)進(jìn)步和裝備升級的結(jié)果。螺旋焊管不斷搶占原來直縫埋弧焊管的應(yīng)用領(lǐng)地已是不可阻擋的趨勢。

我國陜京一線建設(shè)時，僅能提供壁厚7.1mm的螺旋焊管，到了西一線建設(shè)時，可以生產(chǎn)壁厚14.6 mm的X70螺旋焊管，但壁厚17.5mm以上的鋼管還需全部進(jìn)口國外UOE鋼管。陜京二線建設(shè)中，實現(xiàn)了二級地區(qū)厚度17.5mm X70熱軋板卷和螺旋焊管的國產(chǎn)化，改變了原來二級地區(qū)壁厚17.5mm鋼管全部采用直縫埋弧焊管的局面，螺旋焊管的使用比例達(dá)到70%以上。西二線建設(shè)時，實現(xiàn)了厚度18.4mm X80熱軋板卷和螺旋焊管的國產(chǎn)化，螺旋焊管的使用比例繼續(xù)保持在70%以上，但二級地區(qū)壁厚22mm的規(guī)格還能只能使用直縫埋弧焊管。

當(dāng)前，中石油的制管企業(yè)又向22mm壁厚規(guī)格發(fā)起沖擊，壁厚22mm的螺旋埋弧焊管試制已取得初步成功，可能在西三線中段建設(shè)中采用，使壁厚22mm的規(guī)格這一直縫埋弧焊管的傳統(tǒng)領(lǐng)地受到強烈沖擊。由于螺旋焊管的管徑和壁厚不斷提高，單管重量也在持續(xù)增大，以Φ1422×21.6mm規(guī)格為例，12米長鋼管的重量已接近9噸。如何降低對頭的材耗成為焦點之一。

如今，我國已有多套螺旋焊管機(jī)組已經(jīng)具有X80鋼級Φ1422 ×22mm的生產(chǎn)能力，其中相當(dāng)一部分可采用預(yù)精焊工藝生產(chǎn)。多條生產(chǎn)線進(jìn)行了信息化改造，建立起電子化的質(zhì)量信息系統(tǒng)，提高了質(zhì)量保證能力。

在更高鋼級、更大管徑和更大壁厚焊管的開發(fā)中，都有螺旋焊管機(jī)組參與其中。在當(dāng)前焊管市場高度飽和的情況下，大量新建螺旋焊管機(jī)組已不可取，只有重視質(zhì)量管理、技術(shù)進(jìn)步和新產(chǎn)品開發(fā)，特別是預(yù)精焊技術(shù)的推廣應(yīng)用，才是保證螺旋焊管應(yīng)用領(lǐng)域不斷延伸和擴(kuò)大，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的最重要的保證。

4.結(jié)語

當(dāng)前，隨著油氣開發(fā)和節(jié)能減排事業(yè)的發(fā)展，對管線鋼管的性能和質(zhì)量的要求不斷提高，新的熱點問題不斷出現(xiàn)。這些熱點問題的解決既是挑戰(zhàn)也是難得的市場機(jī)遇。特別是厚壁螺旋焊管的對頭焊和高頻電阻焊管的質(zhì)量改進(jìn)將對這些產(chǎn)品的應(yīng)用產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。管線鋼管制造企業(yè)應(yīng)通過深入細(xì)致的研究，不斷進(jìn)行裝備升級和技術(shù)更新，提升適應(yīng)新的市場需求的能力，不斷推進(jìn)管線鋼管的技術(shù)進(jìn)步。