长输管线钢管研发中的几个热点问题探讨

张振宇　李遵明　袁建忠

摘要：随着我国油气长输管道的建设工程逐步深入，业界对管线钢研发的前景问题进行了广泛的热议，本文就当前管线钢研发的现状及我过未来管线钢研发的趋势进行了探讨，对几个热点问题进行了细致的阐述。

关键词：超大输量；管线钢；螺旋焊管；研发

1.超大输量天然气管道用管的开发

当前，国际社会对以天然气为代表的清洁能源的需求依然强劲。由于需要输送的天然气流量越来越大，天然气长输管道的单管输量要求越来越大。为了实现更好的效益，管道建设正在向大型化发展，通过采用更高压力和更大口径的管道提高单管输送能力。

由于超大输量管道往往要经过高寒地区、断层和地震活动区，钢管还要满足低温韧性和纵向大应变性能要求，在壁厚显著增加的同时，要满足这些要求更加困难。巴甫年科沃-乌恰管道的壁厚为23.0/27.7/33.4mm，要求钢管在-40℃的夏比冲击功不小于200J，-20℃的DWTT剪切面积平均值不小于85%。这些指标无疑是代表了当代超大输量天然气管道的最高水平。为了确定管道的止裂韧性要求，在俄罗斯进行了17次全尺寸气体爆破试验。巴甫年科沃-乌恰管道系统的第一条管道已经建成，表明这种钢管的开发是成功的。欧洲钢管公司、日本和俄罗斯的钢管厂生产了该管道所用的K65级Φ1420mm钢管。遗憾的是我国的钢厂和管厂均未能参与其中。我国制管厂也在试制能够满足这种低温韧性要求的K65级Φ1420mm钢管，初步试验结果表明，要达到这种低温韧性要求有一定难度。由于该管道系统还要建设多条管道，我们今后还有机会参与，但要在钢管的低温韧性方面继续努力。

2.超高强度管线钢管开发

当前，超高强度管线钢管的开发似乎有些停滞不前的迹象。我国最近建设的几条天然气长输管道如西二线、中贵线、中缅线国内段、西三线和中亚C线等，均采用了X80钢级。美国和英国近期建设的数千km天然气长输管道也主要采用X80钢级。俄罗斯也建设了第一条相当于X80钢级的K65级天然气长输管道（巴甫年科沃-乌恰管道）。日本也在2011年建设了第一条X80输气管道。由于不断地优化X80管线钢的成分和轧制工艺，许多钢厂能够以非常贫的合金成分设计，充分发挥控制轧制和加速冷却工艺技术的优势生产出极具成本优势的X80管线钢。而且X80输气管道的断裂控制技术比较成熟，可以采用BTC双曲线模型进行止裂计算，止裂所需的韧性是现代冶金工业能够实现的。

X80钢级将在一个相当长的时期内作为天然气长输管道的首选钢级之一。在未来的天然气长输管线上应用强度更高的超高强度管线钢管，安全性和经济性是必须考虑的两个方面。

基于我国在X80管线钢管应用方面的大量经验和研究成果，以及X100开发应用进展缓慢的情况，以及我国的超高强度管线钢管研发刚刚起步的情况，中石油决定同时开展X90和X100钢级的研发，力争在X90的开发应用上首先取得突破。

但是目前国内参与X90/X100单炉试制的有些钢厂，两种钢级的试制采用同样成分的连铸坯。这样试制的X90实际上是在打造X100的降级版，这样就提高了X90的合金含量，不仅使未来X90的成本增加，而且对环缝焊接带来不利影响。

加快我国自己的爆破试验场的建设已经提到议事日程，以获取更多的试验数据，为断裂控制理论和方法的完善做出我国应有的贡献。

3.螺旋焊管的可持续发展

20世纪70～80年代，由于螺旋焊管工艺落后、产品质量差，导致油气输送管道事故频发。进入21世纪以来，螺旋焊管在高压油气输送管道上的应用突飞猛进，许多原来不在油气管道采用螺旋焊管的国家发生了180度的大转变，纷纷转向在天然气长输管道上大规模应用螺旋焊管，比较典型的事例是美国近年建设的X80级天然气长输管道，其螺旋焊管的用量都超过了70%，我国的西气东输和印度的东气西输管道都大量采用螺旋焊管。世界范围内，特别是在美国和印度建设了大量先进的两步法螺旋焊管机组。

当前这一时期是螺旋焊管发展史上最为辉煌的时期，螺旋焊管以其稳定的质量和较低的成本得到大部分国家的油气长输管道建设业主的青睐。是深刻吸取历史教训，重视质量控制、技术进步和装备升级的结果。螺旋焊管不断抢占原来直缝埋弧焊管的应用领地已是不可阻挡的趋势。

我国陕京一线建设时，仅能提供壁厚7.1mm的螺旋焊管，到了西一线建设时，可以生产壁厚14.6 mm的X70螺旋焊管，但壁厚17.5mm以上的钢管还需全部进口国外UOE钢管。陕京二线建设中，实现了二级地区厚度17.5mm X70热轧板卷和螺旋焊管的国产化，改变了原来二级地区壁厚17.5mm钢管全部采用直缝埋弧焊管的局面，螺旋焊管的使用比例达到70%以上。西二线建设时，实现了厚度18.4mm X80热轧板卷和螺旋焊管的国产化，螺旋焊管的使用比例继续保持在70%以上，但二级地区壁厚22mm的规格还能只能使用直缝埋弧焊管。

当前，中石油的制管企业又向22mm壁厚规格发起冲击，壁厚22mm的螺旋埋弧焊管试制已取得初步成功，可能在西三线中段建设中采用，使壁厚22mm的规格这一直缝埋弧焊管的传统领地受到强烈冲击。由于螺旋焊管的管径和壁厚不断提高，单管重量也在持续增大，以Φ1422×21.6mm规格为例，12米长钢管的重量已接近9吨。如何降低对头的材耗成为焦点之一。

如今，我国已有多套螺旋焊管机组已经具有X80钢级Φ1422 ×22mm的生产能力，其中相当一部分可采用预精焊工艺生产。多条生产线进行了信息化改造，建立起电子化的质量信息系统，提高了质量保证能力。

在更高钢级、更大管径和更大壁厚焊管的开发中，都有螺旋焊管机组参与其中。在当前焊管市场高度饱和的情况下，大量新建螺旋焊管机组已不可取，只有重视质量管理、技术进步和新产品开发，特别是预精焊技术的推广应用，才是保证螺旋焊管应用领域不断延伸和扩大，实现可持续发展的最重要的保证。

4.结语

当前，随着油气开发和节能减排事业的发展，对管线钢管的性能和质量的要求不断提高，新的热点问题不断出现。这些热点问题的解决既是挑战也是难得的市场机遇。特别是厚壁螺旋焊管的对头焊和高频电阻焊管的质量改进将对这些产品的应用产生深远的影响。管线钢管制造企业应通过深入细致的研究，不断进行装备升级和技术更新，提升适应新的市场需求的能力，不断推进管线钢管的技术进步。