我国石油天然气输送焊管在结构调整中持续发展.docx
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我国石油天然气输送焊管在结构调整中持续发展
我国石油天然气输送焊管在结构调整中持续发展_C_Q_Yb"ac_T7Jh
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1、能源工业需要管道这种安全和经济的运输方式5Zo1q#u（d_`1|%Ah
“十一五”期间中国能源需求强劲是中国输送焊管发展的直接动力和间接动力。
预测2010年消费25亿～33亿吨标煤，“十一五”期间能源建设投资3.5万亿元，到2020年前，我国能源工业累计投资达10万亿元。
其中2020年煤炭生产能力将达到28亿吨，年均投资700亿元，2010年石油产量将达到1.8亿吨，年均投资500亿元；天然气产量达到1100亿立方米，年均投资300亿元。
电力装机7亿元，年均投资5000多亿元。
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我国石油资源评估为2020年原油年产量可维持在（1.8-2.0）×108t，天然气资源均丰富，可采储量14×1012m3。
但我国能源结构不甚合理，煤的比例过大， _x_J_X）e4G;c'Yw
由于天然气占的比例太小，今后要加大天然气发展的速度和力度。
我国海洋领域470多万平方公里，蕴藏有丰富的油气资源和天然气水合物，仅南海北部陆坡天然气水合物远景资源可达上百亿吨油当量，我国青藏高原也有极为丰富的天然气水合物资源。
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我国石油、天然气、天然气水合物以及煤炭产区在陆上主要位于西北地区（例如：
塔里木、陕甘宁、准噶尔、柴达木、四川、山西等高原边远地区），在海上主要位于南海、东海、渤海等海域。
能源主要在西北，市场主要在东南，因此油气输送距离很长；由于钢管输送油气比火车运输要更安全、更环保、更经济，选择管道运输方式更为合理。
例如，成品油年运输量为2000×104吨时，用直径为720mm管道运输与其它运输方式的比较，。
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2、我国石油、天然气输送钢管的发展概况_h_Y_b_j_h1^3\_X_Kc
世界上输送油气主要是用钢管，其管型大致有三种：
埋弧焊管（SAW）有直缝埋弧焊管（LSAW）和螺旋埋弧焊管（SSAW）；高频直缝焊管（ERW）以及无缝钢管（SMLS）。
我国也是如此，主要有LSAW、SSAW、ERW和SMLS这几种类型的钢管。
下面分别叙述这几种管型的技术特征、应用范围等。
这首先要阐述石油、天然气输送对管道工艺的主要技术要求。
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2.1 石油、天然气输送对管道主要技术要求,e_v_C3XD9E_f9}w
石油天然气输送对管道的通用技术要求主要有三点，一是必要的强度、刚度、冲击韧性和可焊性，由于输送介质—石油和天然气的不相同以及天然气有富气和常用的已净化过的天然气的区别，以及有输送的地段（河流穿越段和陆上输送段（又有一、二、三、四类地区）和海底输送段）不同，对钢管有不同的技术要求。
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输送介质有流体（气体、油、水）和浆体（矿浆、煤浆）的区别，钢管性能也有区别。
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具体来说，输油管干线有5个特点：
①管线一般直径≤Φ900mm；②管线钢材强度级别一般为X56～X65钢级之间；③主要要求在性能上突出保证焊接；④材料用低碳-锰钢W（C）≤0.1%，W（Mn）≤0.015%；⑤显微基体选用珠光体+铁素体基体。
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输气管干线也有5个特点：
①管线直径一般≥Φ900～1200mm；②管材强度级别一般为X70～X120钢级之间；③主要要求在性能上突出保证对延性断裂有“止裂”性能和良好焊接性能；④显微基体选用超高韧性针状铁素体型（SuperToughAcicularFerriteSteel）。
这种钢比输油用钢有更好的焊接性能（Pcm≤0.20），相当高的冲击韧性（250-500J）。
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浆体输送管线除了强度、刚度要求之外，还要求有抗水介质带来的腐蚀和承受高速运动（≥1.5m/s）的固态物料带来的对管体冲蚀作用的能力。
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无缝钢管主要用于穿越段地形，不锈钢直缝焊管用于输送首站集输管线，这里就不详述了。
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2.2直缝埋弧焊管（LSAW）、螺旋焊管（SSAW）和高频直缝焊管（ERW）的应用范围和技术特点。
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2.2.1螺旋埋弧焊管（SSAW）@;T&B.\/f$F$D_zw
螺旋焊管（SSAW）首先应用于我国石油天然气管线，这是因为我国在上个世纪50-70年代尚缺乏热轧宽带钢，因此螺旋焊管就发挥了它可以应用窄带钢的优势，其优点主要有4点：
①钢管直径与带钢宽度不再受“π”的比例的约束；②螺旋线在理论上可以在输气时对止裂性能有帮助；③直径最大可以达到2500mm以上，适用于输水管线；④成型设备比较简单，基建投资较少。
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螺旋焊管应用受到局限性主要有4点：
①存在较复杂的残余能力，以及分布和量值大小变化较大；②从基于应变的设计理念来看，螺旋焊管抗大变型能力要弱一些；③受到壁厚的限制，一般壁厚S≤25mm；④受到钢级的限制，一般高强度钢级X90～X120的开发仅限于直缝埋弧焊管。
因此，对螺旋焊管的使用，应当扬长避短，输送天然气时它适用于一类地区和二类地区。
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2.2.2直缝埋弧焊管（LSAW）_dn;]$irh
直缝埋弧焊管在中国应用于油气输送工程比较晚，但起步迅速，发展步子大，成绩显著。
因为它有下列优点：
①成型工艺比较容易，有预焊及精悍，焊接质量比较容易保证；②有全管扩径工艺，比较容易消除应力，残余应力较小；③几何精度和力学性能较好，质量稳定，可靠性高；④应用广泛，可以应用于油气管线，可以用于陆上二、三、四类地区、穿越段及海底管线；⑤可以达到高钢级≥X120，大壁厚≥40mm。
它的局限性有：
①直径一般在≤Φ1422mm，受到板宽的限制；②UOE成型方式投资昂贵，JCOE成型方式适用于中型企业。
③直径＜Φ406mm时，制作上不够经济。
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2.2.3高频焊直缝焊管（ERW）5m5q_`_?
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高频直缝焊管（ERW）在我国起步较早，但应用于石油、天然气输送，是在上个世纪80年代后期才开始。
它的优点是：
①使用热轧带钢作原料，尺寸、精度高，内外壁光滑适用于中小直径的支线和城市天然气管线，管径Φ168～Φ660mm，壁厚8～25mm范围，钢级在X56～X80之间；②适用于连续生产，焊速较高，Vmax≥20m/分；③用途广泛，还可用于制造石油油井管，也适用于海底输送管线，甚至高寒地带输送管线。
局限性在于：
①不能作主干线的天然气管线；②管径≤Φ219时，容易受到塑料管的竞争；③制作工艺上，焊接时不用焊条，焊缝的力学性能可以达到但不容易超过母材。
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2.3石油、天然气输送焊管在我国发展概况S_W9U'M2Y.
石油、天然气输送焊管在我国由于“西气东输”工程的拉动，促进我国冶金工业热轧板卷发展很快，由于有了原料支撑，钢管企业蓬勃发展，关键设备从国外引进，很快达到或接近世界先进水平。
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2.3.1我国生产石油、天然气输送焊管企业概况#m@_y_~%wL.
我国生产螺旋焊管企业的有数十余家，产能达500多万吨/年，但能生产管线管（石油、天然气输送管）的企业不多，见表3。
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表3：
我国部分生产石油天然气输送SSAW焊管厂家_x_Q）gs_Z.
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2001年初，党中央、国务院做出了建设西气东输工程的决定。
西气东输干线全长3900Km，其中SSAW1683Km，工程投资400亿元，需要大口径焊接钢管160万吨。
干线钢管主要技术要求为：
钢级为X-70，外径为1016mm，壁厚为14.6～26.2mm；使用以针状铁素体组织为主的管线钢；要求钢管具有一定的抗腐蚀能力；在-20℃温度下，管体夏比吸收能平均值不小于190J，焊缝和热影响区夏比吸收能平均值不小于90J；管端外径公差为+2.0mm/-0.5mm，不圆度不大于0.6%；钢管内壁涂覆减阻内涂层，外壁涂敷3层聚乙烯防腐层。
西气东输工程的钢管标准是世界上技术要求最高的焊接钢管标准之一。
这对于我国制管业既是千载难逢的机遇，也是极为严峻的挑战。
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2.3.2西气东输X-70螺旋焊管国产化推动了螺旋焊管技术和装备的进步Rw
经过冶金、制管和研究单位的协同攻关，由宝鸡和华北石油钢管厂等制管厂的努力，西气东输主干线螺旋焊管国产化取得了成功，西气东输所需的全部螺旋焊管均在国内制造，制管所需的热轧卷板国产化率超过70%。
西气东输主干线螺旋焊管国产化工作的成功推动了螺旋埋弧焊接钢管技术和装备的进步，主要有以下几个方面:
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（1）规模空前的第三次技术改造9k_f!
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在国家经贸委的领导和中国石油天然气集团公司的组织下，承担制管任务的螺旋钢管厂都进行了规模空前的第三次技术改造。
通过新建和技术改造，大大提高了高标准螺旋焊管的制造能力和产能。
西气东输大口径螺旋焊管机组具有以下主要性能和特点：
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l 前部备料机组最大通过钢带宽度达到2m，厚度达到20mm；（a6E_uG+a0m2V$U_hv_sw
l 全部配备了钢带铣边机，可以对钢带边缘进行焊接坡口铣削加工，满足厚壁钢管焊接要求；
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l 成型器的成型能力十分强大，可以满足X-70钢级Φ1420mm×20mm大口径高强度螺旋焊管精确成型的要求；_{4L_e6n,`q3D）`w
l 配置了内外双丝埋弧焊接设备，可以焊接厚度达17.5mm的钢管；3y_KN;Q_fV7GKkc
l 配置了管端扩径和焊缝自动打磨设备，以提高钢管管端的尺寸精度；.?
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l 配置了钢板或管体分层超声波自动探伤、水压试验后焊缝超声波探伤和x-射线工业电视探伤和管端拍片检验设备，全面满足了无损检测工艺配置要求；_[9mue_N0R9L\.
l 配置了强大的精整设备和2000吨水压试验机，适应大口径高强度钢管加工检验要求；"O%al:
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l 建立了计算机化的质量信息系统；0C（M1J）VCc
l 配套建设了钢管外防腐和内涂层作业线；'Z%N_C$?
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l 开发出符合技术条件要求的X-70钢线钢_d_q8l7E"^/Jw
宝钢、武钢和鞍钢研制的X-70针状铁素体管线钢卷达到了西气东输的要求。
其金属相组织以针状铁素体为主，具有良好的性能，可焊性好，制管过程的包辛格效应小，低温冲击韧性高，绝大部分卷板的CVN（-20℃）在300J以上。
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l 开发出X-70级针状铁素体管线的焊接工艺_f*y_K__p_Ac
华北石油钢管厂采用宝钢开发的X-70针状铁素体管线钢和国产的高韧性焊丝、焊剂生产出首批1000吨X-70级管线钢管，用于涩宁兰输气管道X-70级试验获得成功。
在西气东输管线生产中推广使用。
内外焊接均采用串列埋弧焊，Y形坡口，焊速可达1.4米/分，焊缝及热影响区-20℃的夏比冲击功高于标准要求，焊缝的形状、强度和硬度也都达到标准要求。
在保证焊缝内在质量的同时，还对焊缝的形状控制进行了大量的研究，不仅保证了西气东输工程的需要，而且对今后其他长输管线钢管的生产提供了宝贵的经验。
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l 研制开发成功高精度的钢管成型技术和装备_F_m_w,|/@0\_iw_B]4Gc
我国的技术人员发现，只要调整得当，成型后的管体可以实现稳定的成型。
根据这一原理开发出第一台新型成型器，于2001年元月在华北石油钢管厂进行了额首次Φ1016mm×14.7mmX-70螺旋焊管的试制，实现了钢管的精确成型，成型后的钢管残余应力控制良好。
在此基础上开发了新的西气东输螺旋焊管生产线使用的成型器。
该成型器对X-70钢级板材的成型能力为Φ1650mm×20mm，较过去有了很大的提高。
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l 研制开发成功钢管管端扩径技术和装备#X*z:
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采用管端扩径工艺提高螺旋焊管尺寸精度，国内没有先例。
过去曾有人进行过研究，没有取得成功。
我们认为，钢管管端扩径与整体扩径有很大的不同。
管端扩径只在管端进行，不能采用太大的扩径率，还要在扩径区与未扩径区之间设置过渡区。
选择合理的扩径参数是成功的关键。
于2000年研制出第一台管端扩径机。
利用首台样机研究了钢管在不同扩径量时的变形规律。
在西气东输钢管生产中正式投入使用。
高精度成型和管端扩径技术的结合，使钢管的外径控制达到了前所未有的水平。
管端直径公差减少到2mm以内，圆度也有明显改善。
从正式生产以来，从来没有发现因管径超差造成降级，这在大口径钢管的生产史上是前所未有的，达到国际先进水平。
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l 设备能力大大提高，检验能力大大增强t&U;m_|_W_m.
通过大规模的设备技术改造，我国螺旋焊管生产的设备能力大大提高。
焊管工段的设备可以通过板宽2000mm，厚度20mm的X-70带钢；配备的多丝焊接设备可以焊接壁厚20mm的钢管。
精整工段配置了2000吨钢管水压试验机和大口径钢管平头倒棱机等精整设备，使机组处理大口径（1420mm以上）高强度钢管的能力大大增强。
水压试管机的最大试压管径可达2200mm，其他设备的配置上也都留有充分余地，不仅可以满足西气东输工程的需要，而且也可以满足将来更大口径和壁厚的长输管线建设的需要。
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l 秦皇岛宝世顺钢管公司和华北石油钢管有限公司在2009年分别投产了一条采用引进国际先进的预精焊技术的后摆式螺旋焊管机组，使我国螺旋焊管生产的设备技术达到了国际先进水平。
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（2）X80级钢管试验段顺利通气_b;[_V_x_e
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在西气东输工程主线顺利竣工后，2005年3月6日，在西气东输冀宁联络线河北景县段使用X80级钢管，管
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