国际上含酸性介质天然气输送用钢管(抗HIC钢管)已自成体系。德国、日本和加拿大抗HIC的X70钢管已形成生产能力,但实际使用较少;抗HIC的X80钢管正在研制中。目前日本的NKK、新日铁、住友、川崎,以及欧洲钢管公司已开发出X100管线钢管。由ECSC、CSM和欧洲钢管共同进行的联合研究项目,开展了管径达到1420mm、输送压力为15MPa的X100钢管断裂行为的研究,采用实验室试验和全尺寸爆破试验,对其可行性进行了论证。与此同时,由EXXON、住友金属、新日铁共同进行X120和X125的研究。2004年,Exxon Mobil公司在加拿大进行了X120钢管1.6公里试验段铺设。另外,复合材料增强管线钢管正在开发,即在高钢级管材外部包敷一层玻璃钢和合成树脂,采用这种管材可进一步提高输送压力,降低建设成本,同时可增加管输量,提高钢管低抗各种破坏的能力和安全性。当管线材料钢级超过X120~X125时,单纯依靠提高钢级来降低成本已十分困难,必须采用复合材料来增强管线用钢管。
X80钢是目前世界管道中真正进入工程建设用的最高钢级,X80直径1219毫米×18.4毫米螺旋缝焊管的研制成功,使我国在X80钢材的冶炼轧制、制管和焊接技术等方面取得了跨越式进展,并达到了西气东输二线工程建设技术要求。X80直径1016毫米×15.3毫米焊管的焊接速度为1.25~1.3米/分钟,而X80直径1219毫米×18.4毫米焊管在批量试制中焊接速度达到1.65米/分钟,焊速提高27%~32%。这是我国将X80高强度管线钢大规模用于天然气管道建设的重大进展,也是我国石油行业与冶金行业联合推广应用X80钢的一项重要技术突破。
原国家经济贸易委员会于2000年8月31日发布《第7号令》,公布《国家高新技术产品目录》,国家重点鼓励发展的产业、产品和技术共28个领域,526种产品和技术,其中第8个领域第2和第3种产品和技术是:原油和成品油输送管、天然气输送管。
在西气东输等重点工程立项后,我国石油部门和冶金部门联合开展了一系列相关的研究工作,如:大口径输气管道工程用高钢级管材国产化、油气输送管线管材选用研究、高钢级管材组织性能及断裂控制研究、油气输送管线安全可靠性研究、大口径感应加热弯管和三通生产工艺技术研究等。这些项目的研究,不仅促进了国内X70管线钢产品的研发,也保证了西气东输等重要工程用管材的质量和管道的安全可靠性。长达4000公里的西气东输管道都采用了X70钢级管线钢管,将输气压力提高到10MPa,使我国天然气管道工业迅速提升到一个新的水平。
在X80高钢级管材的研究和应用方面,我国石油部门与冶金部门及相关单位联合开展了10余项国家基础攻关、应用基础研究项目和技术开发项目,其中包括国家“973项目”高强度管线钢的重大工艺基础研究”、中油集团技术开发项目“X80管线钢管的开发与应用”、“X80管线钢的焊接及高韧性焊材选择”等。宝钢、武钢、鞍钢等大型企业都相继成功开发出X80热轧板卷和宽厚钢板,宝鸡、华北、巨龙等焊管生产厂相继成功开发出X80螺旋缝埋弧焊管和直缝埋弧焊管,中油集团公司正在实施“X80管线钢应用工程”项目。这些工作将进一步提高我国油气管道工业、制管工业和冶金工业的技术水平,缩小与国际先进水平的差距。
2008年12月,中油管道机械制造有限责任公司试制成功X80钢级三通。大口径管件是管线建设不可缺少的部分,历来是管道工程的瓶颈项目。X80钢级三通管件是西气东输二线西段工程先期用到的最大三通管件规格,也是管件产品系列中最难制造的品种,X80高钢级管件的研制在国外也属于空白。
2009年3月20日,渤海装备钢管制造公司扬州分公司不但成功研制出西气东输二线站场用规格为直径406.4毫米、壁厚12.5毫米和直径457毫米、壁厚14.2毫米、材质为L415MB(X60)的耐低温ERW钢管,而且已批量生产两种规格钢管4000多吨。此次耐低温站场用ERW钢管的研制成功,是渤海石油装备有限公司ERW钢管制造技术的又一次飞跃。此次西气东输二线站场管的成功生产,不但证明在某些领域内高频直缝ERW焊管可以代替无缝钢管,而且拓宽了ERW钢管的应用领域,提高了扬州分公司的技术水平和市场竞争实力。
与国际的差距
与其他技术先进的国家在油气钢管生产方面,我国还存在一定差距。
(1)“西气东输”工程中82万tLSAW管有2/3从国外引进UOE管。这有两个方面的原因,一是XT0级管线板的品种质量尚待进一步开发;二是JCOE制管方式与UOE制管方式相比,仍有差距。因此,宝钢新建5m宽厚板轧机及引进UOE高水平制管生产线很有必要。
(2)国内大多数管线用管的直径多在Φ300~Φ600 mm之间,国外在这个领域用ERW直缝焊管较多,国内ERWΦ610机组的建设虽在起步阶段,但已有几家同时在上。ERW管为油气输送管线3大主力管型之一,即UOE、ERW及SSAW 3种钢管。世界UOE机组的大部分是于上世纪80~90年代建成投产的,而ERW机组是近10年来迅速发展起来的。日本比欧洲发展更迅猛。新日铁光制铁所、住友金属和歌山制铁所各有一条中508 ERW生产线,川崎知多制铁所、日本钢管京滨制铁所各有一条巾620 ERW焊管生产线。日本ERW焊管的产量已占日本钢管总产量的70%~75%,而螺旋焊管已经很少(主要用于低压输送及钢管桩)。
日本ERWΦ610机组技术水平略高于欧美,尤其在无损检测方面,例如用“板探”代替“管探”,可以确保板带边部无分层缺陷,在线焊缝(包括热影响区)无损检测等技术也较完备,这是确保ERW管质量的重要因素。因此,日本非常推崇ERW管线管。据介绍,ERW钢管已成功地用于极地管线、海底管线和含酸介质管线。而国内在这方面还刚刚起步。国内有观点认为ERW钢管的焊缝处易出现灰斑(GREY SPOT OR GREY FLAT)和沟状腐蚀(GROOVE CORROSION)等缺陷的问题,因而对ERW钢管的质量提出质疑。
其实,这两种缺陷的产生和防止办法均与钢的化学成分有关。防止灰斑产生的重要措施之一是控制Mn和Si含量比为4:5,并采用S含量小于0.003%的纯净钢。控制沟状腐蚀的重要条件之—是钢的合金元素,在S含量为0.003%的钢中加入0.3%的Cu和0.002%的Ca完全可以消除沟状腐蚀。因此,对于ERW焊管的钢带板卷,对钢的化学成分的调整是可行的。此外,操控焊接参数得当以及焊缝900℃热处理均能极大减少或消除灰斑和沟状腐蚀的缺陷。当今许多新技术已使ERW钢管的技术水平大幅度提高,故已将这类管用于输送天然气,甚至用于抗硫管和海底用管。热轧带钢要适用于输油气的ERW钢管,还要进一步开发钢种,并建议制定专用带钢标准。
近几年,国内的石油天然气输送焊管发展很快,大口径直缝埋弧焊管机组已建、在建和筹建的共有8~9套,总生产能力约300万t/a以上,大口径螺旋焊管水平较高的也有8~9套,总生产能力达到100万t/a以上;大中型ERW机组(Φ355、Φ426、Φ508及筹建的Φ610机组)将有10余套,生产能力也将可达到200万t/a以上,共有500~600万t的生产能力。据预测,在数量上已经超过我国发展石油天然气输送管的市场需求;但在制管质量(包括板带质量)上还有待于进一步提高。例如LSAW管要发展UOE管型;俄罗斯联合冶金公司已于2003年4月同德国SMSMeer公司引进Φ508~Φ1420 mm大口径油气输送管设备-UOE机组,年产40万t。所以,我国建一套高水平UOE生产线是必要的。有条件的的情况下,对SSAW要技术改造(设置预精焊,冷扩径等);ERW管向大口径(Φ610 mm)或高质量方向发展(例如生产机械管、高档建筑管、中低压锅炉管、石油套管等)。在装备水平上,要提高和完善无损检测(超声波和X射线探伤)水平,严格质量管理,确保在输送油气的过程中钢管能安全地服役,达到世界先进水平。
目前全国大型钢管生产企业70多家,年生产能力近1000万吨,主要集中在10家;钢管实物质量达到国际先进水平,已能基本满足国内需要并有出口;目前可生产管径2200mm以下,壁厚6~20mm,符合API 要求,材质为X42~X80的钢管,并有钢管内涂层、钢管外防腐等成熟技术和装备。华油钢管有限公司为西气东输工程生产X70钢管32万吨,其中螺旋钢管17.8万吨,直缝钢管14.2万吨,占西气东输国产化钢管的42%,还承担了苏丹输油管线钢管订货;淄博制管有限公司在西气东输工程中,提供了X70钢管约2.5万吨;辽阳钢管厂先后参与10多条国家重点管道建设;宝鸡钢管有限公司仅在2006、2007年就出口油气输送用钢管70余万吨;江汉油田沙市钢管厂、番禺珠江钢管有限公司也有很强的钢管生产能力和影响力。