國際上含酸性介質天然氣輸送用鋼管(抗HIC鋼管)已自成體系。德國、日本和加拿大抗HIC的X70鋼管已形成生產能力,但實際使用較少;抗HIC的X80鋼管正在研制中。目前日本的NKK、新日鐵、住友、川崎,以及歐洲鋼管公司已開發出X100管線鋼管。由ECSC、CSM和歐洲鋼管共同進行的聯合研究項目,開展了管徑達到1420mm、輸送壓力為15MPa的X100鋼管斷裂行為的研究,采用實驗室試驗和全尺寸爆破試驗,對其可行性進行了論證。與此同時,由EXXON、住友金屬、新日鐵共同進行X120和X125的研究。2004年,Exxon Mobil公司在加拿大進行了X120鋼管1.6公里試驗段鋪設。另外,復合材料增強管線鋼管正在開發,即在高鋼級管材外部包敷一層玻璃鋼和合成樹脂,采用這種管材可進一步提高輸送壓力,降低建設成本,同時可增加管輸量,提高鋼管低抗各種破壞的能力和安全性。當管線材料鋼級超過X120~X125時,單純依靠提高鋼級來降低成本已十分困難,必須采用復合材料來增強管線用鋼管。
X80鋼是目前世界管道中真正進入工程建設用的最高鋼級,X80直徑1219毫米×18.4毫米螺旋縫焊管的研制成功,使我國在X80鋼材的冶煉軋制、制管和焊接技術等方面取得了跨越式進展,并達到了西氣東輸二線工程建設技術要求。X80直徑1016毫米×15.3毫米焊管的焊接速度為1.25~1.3米/分鐘,而X80直徑1219毫米×18.4毫米焊管在批量試制中焊接速度達到1.65米/分鐘,焊速提高27%~32%。這是我國將X80高強度管線鋼大規模用于天然氣管道建設的重大進展,也是我國石油行業與冶金行業聯合推廣應用X80鋼的一項重要技術突破。
原國家經濟貿易委員會于2000年8月31日發布《第7號令》,公布《國家高新技術產品目錄》,國家重點鼓勵發展的產業、產品和技術共28個領域,526種產品和技術,其中第8個領域第2和第3種產品和技術是:原油和成品油輸送管、天然氣輸送管。
在西氣東輸等重點工程立項后,我國石油部門和冶金部門聯合開展了一系列相關的研究工作,如:大口徑輸氣管道工程用高鋼級管材國產化、油氣輸送管線管材選用研究、高鋼級管材組織性能及斷裂控制研究、油氣輸送管線安全可靠性研究、大口徑感應加熱彎管和三通生產工藝技術研究等。這些項目的研究,不僅促進了國內X70管線鋼產品的研發,也保證了西氣東輸等重要工程用管材的質量和管道的安全可靠性。長達4000公里的西氣東輸管道都采用了X70鋼級管線鋼管,將輸氣壓力提高到10MPa,使我國天然氣管道工業迅速提升到一個新的水平。
在X80高鋼級管材的研究和應用方面,我國石油部門與冶金部門及相關單位聯合開展了10余項國家基礎攻關、應用基礎研究項目和技術開發項目,其中包括國家“973項目”高強度管線鋼的重大工藝基礎研究”、中油集團技術開發項目“X80管線鋼管的開發與應用”、“X80管線鋼的焊接及高韌性焊材選擇”等。寶鋼、武鋼、鞍鋼等大型企業都相繼成功開發出X80熱軋板卷和寬厚鋼板,寶雞、華北、巨龍等焊管生產廠相繼成功開發出X80螺旋縫埋弧焊管和直縫埋弧焊管,中油集團公司正在實施“X80管線鋼應用工程”項目。這些工作將進一步提高我國油氣管道工業、制管工業和冶金工業的技術水平,縮小與國際先進水平的差距。
2008年12月,中油管道機械制造有限責任公司試制成功X80鋼級三通。大口徑管件是管線建設不可缺少的部分,歷來是管道工程的瓶頸項目。X80鋼級三通管件是西氣東輸二線西段工程先期用到的最大三通管件規格,也是管件產品系列中最難制造的品種,X80高鋼級管件的研制在國外也屬于空白。
2009年3月20日,渤海裝備鋼管制造公司揚州分公司不但成功研制出西氣東輸二線站場用規格為直徑406.4毫米、壁厚12.5毫米和直徑457毫米、壁厚14.2毫米、材質為L415MB(X60)的耐低溫ERW鋼管,而且已批量生產兩種規格鋼管4000多噸。此次耐低溫站場用ERW鋼管的研制成功,是渤海石油裝備有限公司ERW鋼管制造技術的又一次飛躍。此次西氣東輸二線站場管的成功生產,不但證明在某些領域內高頻直縫ERW焊管可以代替無縫鋼管,而且拓寬了ERW鋼管的應用領域,提高了揚州分公司的技術水平和市場競爭實力。
與國際的差距
與其他技術先進的國家在油氣鋼管生產方面,我國還存在一定差距。
(1)“西氣東輸”工程中82萬tLSAW管有2/3從國外引進UOE管。這有兩個方面的原因,一是XT0級管線板的品種質量尚待進一步開發;二是JCOE制管方式與UOE制管方式相比,仍有差距。因此,寶鋼新建5m寬厚板軋機及引進UOE高水平制管生產線很有必要。
(2)國內大多數管線用管的直徑多在Φ300~Φ600 mm之間,國外在這個領域用ERW直縫焊管較多,國內ERWΦ610機組的建設雖在起步階段,但已有幾家同時在上。ERW管為油氣輸送管線3大主力管型之一,即UOE、ERW及SSAW 3種鋼管。世界UOE機組的大部分是于上世紀80~90年代建成投產的,而ERW機組是近10年來迅速發展起來的。日本比歐洲發展更迅猛。新日鐵光制鐵所、住友金屬和歌山制鐵所各有一條中508 ERW生產線,川崎知多制鐵所、日本鋼管京濱制鐵所各有一條巾620 ERW焊管生產線。日本ERW焊管的產量已占日本鋼管總產量的70%~75%,而螺旋焊管已經很少(主要用于低壓輸送及鋼管樁)。
日本ERWΦ610機組技術水平略高于歐美,尤其在無損檢測方面,例如用“板探”代替“管探”,可以確保板帶邊部無分層缺陷,在線焊縫(包括熱影響區)無損檢測等技術也較完備,這是確保ERW管質量的重要因素。因此,日本非常推崇ERW管線管。據介紹,ERW鋼管已成功地用于極地管線、海底管線和含酸介質管線。而國內在這方面還剛剛起步。國內有觀點認為ERW鋼管的焊縫處易出現灰斑(GREY SPOT OR GREY FLAT)和溝狀腐蝕(GROOVE CORROSION)等缺陷的問題,因而對ERW鋼管的質量提出質疑。
其實,這兩種缺陷的產生和防止辦法均與鋼的化學成分有關。防止灰斑產生的重要措施之一是控制Mn和Si含量比為4:5,并采用S含量小于0.003%的純凈鋼。控制溝狀腐蝕的重要條件之—是鋼的合金元素,在S含量為0.003%的鋼中加入0.3%的Cu和0.002%的Ca完全可以消除溝狀腐蝕。因此,對于ERW焊管的鋼帶板卷,對鋼的化學成分的調整是可行的。此外,操控焊接參數得當以及焊縫900℃熱處理均能極大減少或消除灰斑和溝狀腐蝕的缺陷。當今許多新技術已使ERW鋼管的技術水平大幅度提高,故已將這類管用于輸送天然氣,甚至用于抗硫管和海底用管。熱軋帶鋼要適用于輸油氣的ERW鋼管,還要進一步開發鋼種,并建議制定專用帶鋼標準。
近幾年,國內的石油天然氣輸送焊管發展很快,大口徑直縫埋弧焊管機組已建、在建和籌建的共有8~9套,總生產能力約300萬t/a以上,大口徑螺旋焊管水平較高的也有8~9套,總生產能力達到100萬t/a以上;大中型ERW機組(Φ355、Φ426、Φ508及籌建的Φ610機組)將有10余套,生產能力也將可達到200萬t/a以上,共有500~600萬t的生產能力。據預測,在數量上已經超過我國發展石油天然氣輸送管的市場需求;但在制管質量(包括板帶質量)上還有待于進一步提高。例如LSAW管要發展UOE管型;俄羅斯聯合冶金公司已于2003年4月同德國SMSMeer公司引進Φ508~Φ1420 mm大口徑油氣輸送管設備-UOE機組,年產40萬t。所以,我國建一套高水平UOE生產線是必要的。有條件的的情況下,對SSAW要技術改造(設置預精焊,冷擴徑等);ERW管向大口徑(Φ610 mm)或高質量方向發展(例如生產機械管、高檔建筑管、中低壓鍋爐管、石油套管等)。在裝備水平上,要提高和完善無損檢測(超聲波和X射線探傷)水平,嚴格質量管理,確保在輸送油氣的過程中鋼管能安全地服役,達到世界先進水平。
目前全國大型鋼管生產企業70多家,年生產能力近1000萬噸,主要集中在10家;鋼管實物質量達到國際先進水平,已能基本滿足國內需要并有出口;目前可生產管徑2200mm以下,壁厚6~20mm,符合API 要求,材質為X42~X80的鋼管,并有鋼管內涂層、鋼管外防腐等成熟技術和裝備。華油鋼管有限公司為西氣東輸工程生產X70鋼管32萬噸,其中螺旋鋼管17.8萬噸,直縫鋼管14.2萬噸,占西氣東輸國產化鋼管的42%,還承擔了蘇丹輸油管線鋼管訂貨;淄博制管有限公司在西氣東輸工程中,提供了X70鋼管約2.5萬噸;遼陽鋼管廠先后參與10多條國家重點管道建設;寶雞鋼管有限公司僅在2006、2007年就出口油氣輸送用鋼管70余萬噸;江漢油田沙市鋼管廠、番禺珠江鋼管有限公司也有很強的鋼管生產能力和影響力。