深水管匯用超級雙相不銹鋼管的國產化

甘志云，程寒生，何恩，楊陽

(1.海洋石油工程股份有限公司，山東 青島 266520；2.中海石油(中國)有限公司海南分公司，海南 海口 570311；3.中海油(天津)管道工程技術有限公司，天津 300452)

0 引言

水下管匯是水下生產系統的重要組成部分，其主要作用是實現海洋平臺對整個水下設施的連接中轉與控制，比如可通過管匯中的液壓控制管線操作閥門開關，通過藥劑注入管線將化學藥劑注入生產管線。長期以來，水下管匯尤其是深水管匯由國外公司設計建造，其中大量使用的超級雙相不銹鋼管線也由國外公司供貨。為更好的實現國產化建造，降低對國外的材料依賴，有必要在國內首套國產深水管匯中推行超級雙相不銹鋼管的國產化[1]。

1 首套國產深水管匯簡介

位于南海海域的某氣田開發項目，水深1 220～1 560 m，水下管匯按照1 700 m水深設計，設計壽命30年，在國內場地進行建造、集成和測試，是首套國產深水管匯，由四個管匯組成。其示意圖如圖1所示。

圖1 管匯示意圖

在該項目的管匯中，布置有水下臍帶纜、控制設備的連接接頭，通過超級雙相不銹鋼管線實現與臍帶纜和控制設備的有效連接，這些管線的最小規格為3/8吋STD(10.3 mm)，最大規格為2吋SCH160(60.3 mm)，總長度12 000 m，根據流體、功能不同分為11個系統，設計壓力最大為69 MPa。

2 超級雙相不銹鋼管的國產化

2.1 國產化背景

超級雙相不銹鋼管因其優良的抗壓和耐腐蝕性能而廣泛應用于有特殊要求的場合，國內生產廠家具備較強的生產能力和供貨業績，而國外企業的供貨周期太長，無法滿足項目要求，項目組經慎重考慮，決定推動國產化[2]。經調研發現，國內廠家的供貨業績大多局限于陸地和海上平臺的應用場合，并未涉及深水水下的應用環境。由于水下管匯中管線承受的壓力等級高、設計壽命長，國內企業不具備批量的供貨業績。

2.2 項目技術要求

超級雙相不銹鋼無縫管的常用制造標準為ASTM A790，其主要規定了熱處理溫度、化學成分要求、機械性能要求以及檢驗要求[3]。要保證設計管子在壽命期內不損壞，就必須具備更優異的性能和抗腐蝕能力。因此，必須在現有技術能力及標準要求的基礎上實現精細化控制，提高性能要求，以滿足項目需求。

2.2.1 生產工藝認證

為驗證工藝性能及穩定性，根據NORSOK M650的相關要求對生產工藝進行認證，認證內容包括原材料、熱處理爐、熱處理工藝、成型過程等生產過程中涉及的主要變量，通過一系列實驗判定所生產管子的性能，工藝認證合格后方可進行正式的產品生產。

2.2.2 性能及測試要求

在標準要求的基礎上，增加了以下要求：

(1)同時進行水壓試驗和NDT檢驗，而不是標準中規定的二選一；

(2)同時進行UT和ET檢驗，而不是標準中規定的二選一，且將UT的靈敏度由12.5%T的方槽提高到5%T的方槽；

(3)增加內窺鏡檢驗，確保管子內表面質量；

(4)化學成分方面，要求PREN值最大不超過45；

(5)拉伸試驗方面，將延伸率從15%提高到25%；

(6)增加沖擊試驗。

2.3 技術路線

國產化路線確定后，項目組即組織各方專家，成立技術小組，依據項目要求和規范要求，制定技術路線(圖2)。

圖2 國產化技術路線圖

2.4 產品質量保證措施

為保證產品的質量及穩定性，降低質量風險，主要從技術管理、人員管理、過程介入、質量復檢等方面進行管控。

2.4.1 制定及審查制造工藝程序

在制造工藝程序的制定和審查過程中，要求盡可能細化各項工藝參數，明確各項技術指標。超級雙相不銹鋼管線國產化制造的關鍵過程是軋制和固溶熱處理，軋制的次數和變形量將直接影響材料性能和表面質量，固溶熱處理的保溫溫度、保溫時間、淬火溫度等參數對材料性能和均勻性至關重要。另外，包括鋼坯種類、熱處理爐、熱處理裝載量在內的所有制造過程中的變量都要進行明確，并在工藝認證和小批量生產過程中根據材料性能測試情況進行多次調整，尋求最優組合[4]。

為了全方位的驗證工藝的可靠性，制造工藝程序中明確了工藝認證和小批量生產期間的性能測試內容和要求，包括測試項目、取樣位置、取樣數量等，遠遠高于標準要求，如取樣位置涵蓋管子兩端和中間位置， 0°、90°、180°和270°位置，以及縱向和周向位置，一個批次的取樣量超過30組。

2.4.2 加強制造過程監控

在檢驗測試計劃編制階段，明確規定項目組及三方機構全程參與制造和測試過程。在項目執行過程中，生產廠家、項目組和三方機構人員組成監督小組，對相關程序以及生產計劃的有效執行情況進行監控，包括熱處理過程、測試過程等，并加強不合格品的跟蹤和處理，就出現的技術和管理問題進行及時溝通解決。

2.4.3 強化人員質量意識

工藝認證開始前，組織參與項目生產和檢驗的相關人員，進行集中宣貫交底，對項目的技術規格書要求和工藝程序要求進行講解，強調項目的特殊性、產品應用環境的特殊性。另外，在生產過程中，根據過程監控情況不定期組織專項宣貫，確保參與項目的人員能熟悉各項工藝參數、檢驗測試要求。

2.4.4 質量復查機制

在工藝認證和小批量生產階段，以及正式生產階段，除生產廠家按照工藝程序進行的試驗外，為進一步驗證材料性能，隨機抽取部分試樣送往具備資質的第三方實驗室進行獨立復核試驗，以確保試驗結果的可靠性。

2.4.5 專題會議機制

在項目執行中的各個階段，根據生產和檢驗情況，組織專題會議，就發現的問題進行研究討論，找出解決方案，尤其是質量方面的問題，通過分析可能的原因并加強過程監控和精細化管理。比如在小批量生產階段，發現部分管子內部存在大量劃痕，經研究判斷是軋制過程中形成的，通過更換芯棒、內部拋光的方式將該問題解決。同時，為避免類似問題流轉到產品檢驗階段，增加軋制后的內窺鏡檢查。

3 國產化成果及意義

在水下管匯尤其是水深達到1 500 m的深水管匯中，管線的作用至關重要，既要承受高壓，又要具備優良的耐腐蝕性能，在服役期間，如果出現泄露的情況，將導致整個項目的停工停產，影響周圍環境，而且只有將整個管匯撈上水面才能維修，難度非常高。另外一方面，管線生產完成后需要在管匯內部組裝焊接，焊接工作受材料可焊接性能的影響很大，可焊接性主要跟材料的化學成分及組織的均勻性有關，如果材料的可焊接性能不高，將影響焊接速度、出現焊接缺陷而影響焊接質量。

經過各方的高度重視和高度參與，通過工廠出廠前對每批次材料的測試，以及三方實驗室的隨機抽樣測試，本項目的國產超級雙相不銹鋼管線能夠滿足各項技術要求，且測試結果顯示化學成分和組織均勻性較好，從理論上可以判定材料的可焊接性能滿足要求。在實際焊接工作中，首先是焊接工藝評定方面，使用國產材料做的焊接工藝評定，各項性能滿足工藝要求；在缺陷發生率方面，在近兩萬道焊口中，總體返修率約7%，而在國外的管匯制造場地，采用國外公司生產的超級雙相不銹鋼，總體返修率一般為20%；另外，在焊接施工過程中，隨機抽取產品焊接接頭進行取樣測試，接頭的性能要求能滿足焊接工藝的要求。這一系列的測試和數據，說明國產超級雙相不銹鋼管線的各項性能可以滿足項目要求。

4 結語

用于深水管匯的超級雙相不銹鋼管線，由于應用環境特殊、設計壓力高，國內不具備批量供貨的業績。國產化團隊通過積極調研、技術制定以及通力合作，克服各種困難實現了國產化，在保證質量的前提下縮短了采購周期，并形成了一套可靠的生產和檢驗技術文件，國產化過程中的各項措施以及方案也可以為后續同類型工作提供指導。