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天然氣管道建設(shè)，未來(lái)在資源儲(chǔ)采比值較高的前提下，天然氣勘探開(kāi)發(fā)將獲得更大規(guī)模發(fā)展，管道建設(shè)將更能得到國(guó)家宏觀面的支持。尤其是由資源豐富地區(qū)如四川、鄂爾多斯等輸往環(huán)渤海、長(zhǎng)三角等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，由柴達(dá)木等臨近氣田輸往“少、邊”地區(qū)如西藏等管道建設(shè)將特別受到重視。前者著眼于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展；后者著眼于邊疆穩(wěn)定、和諧社會(huì)的建設(shè)，減少西藏地區(qū)民眾薪柴和牛糞使用量，保護(hù)、優(yōu)化當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，保持國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。為加大輸送量，未來(lái)天然氣管道的口徑將明顯加大，以適應(yīng)超大輸送量的需求。美國(guó)、俄羅斯等上世紀(jì)70年代已經(jīng)大規(guī)模使用1200毫米口徑管道，代表了世界天然氣管道的發(fā)展趨勢(shì)。

預(yù)計(jì)2008年～2010年（三年）國(guó)內(nèi)可能開(kāi)工建設(shè)天然氣管道有，格爾木拉薩管道（與現(xiàn)有成品油管道近距離鋪設(shè)）； 新疆上海線（西氣東輸2線）； 環(huán)京津線； 四川上海（西氣東輸）2線；鄭州-武漢-長(zhǎng)沙-廣州-深圳-南海線等。 緬甸（實(shí)兌港 Sittwwe）-云南（氣）線；南美洲（近南北向）原油天然氣管道（部分）；共計(jì)約30000公里，平均每年新建成10000公里。2011年～2015年可能開(kāi)工建設(shè)的有，忠（縣）武（漢）2線；陜京3線；新疆上海（西氣東輸）3線；東部沿海港口液化天然氣卸船二次接駁管道網(wǎng)；伊朗-巴基斯坦-中國(guó)（氣）；阿聯(lián)酋、伊朗-巴基斯坦-印度-中國(guó)（氣）；泰國(guó)克拉地峽（Isthmus of Kra）氣管道；南美洲（近南北向）原油天然氣管道（部分）； 蘇丹、尼日利亞、秘魯、哥倫比亞等管道；國(guó)內(nèi)、外海底輸氣管道等。共計(jì)約55000公里，平均每年新建成11000公里，形成與市場(chǎng)相匹配的全國(guó)性網(wǎng)絡(luò)，確保中心城市能聯(lián)及2～3個(gè)天然氣供應(yīng)源。

如果天然氣國(guó)內(nèi)外資源形勢(shì)、消費(fèi)形式更為樂(lè)觀，比較積極的預(yù)測(cè)結(jié)果為：到2015年，我國(guó)的油氣管道將接近20萬(wàn)公里長(zhǎng)，其中天然氣管道將占總管道長(zhǎng)度的二分之一左右，仍低于美國(guó)、俄羅斯等國(guó)三分之二的比重。上述情況表明，當(dāng)今我國(guó)油氣管道已經(jīng)進(jìn)入新一輪大發(fā)展時(shí)期。

根據(jù)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃，到2050年，我國(guó)將達(dá)到中等發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，對(duì)能源、油氣管道的需求將是旺盛的?？紤]到管道業(yè)發(fā)展相對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)、能源經(jīng)濟(jì)發(fā)展的滯后性，考慮到國(guó)內(nèi)在役管道的更換、維修等業(yè)務(wù)，考慮到國(guó)外如俄羅斯、印度、非洲、中東、南美洲等管道大規(guī)模建設(shè)、大規(guī)模在役管道維修等業(yè)務(wù)需求，考慮到未來(lái)油氣資源勘探開(kāi)發(fā)重點(diǎn)區(qū)域?qū)⑥D(zhuǎn)向海域，可以比較保守地預(yù)測(cè)：至少自2008年～2030年的期間內(nèi)是屬于油氣管道行業(yè)、管道建設(shè)機(jī)械行業(yè)包括吊管機(jī)制造等發(fā)展的“黃金時(shí)期”。

油氣管道用鋼

油氣管道建設(shè)極大地帶動(dòng)了鋼管制造業(yè)。油氣管道特別是天然氣管道發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)是采用大口徑高壓輸送和選用高鋼級(jí)管材。目前全世界石油、天然氣管線的總長(zhǎng)約2.7×106km，隨著石油工業(yè)的發(fā)展，油氣長(zhǎng)輸送管線趨向大口徑、高壓力輸送和海底管道厚壁化。例如，敷設(shè)于陸地上的長(zhǎng)輸管線直徑為Φ762～Φ1 422 mm，中距離管線直徑為Φ406～Φ812mm，海底管線直徑為Φ508～Φ762mm，輸氣管線管的屈服強(qiáng)度為420～500 MPa(約相當(dāng)于X60～X70，X80～X100尚處于試驗(yàn)階段)，輸油管線管的屈服強(qiáng)度為306～450MPa(約相當(dāng)于X52～X65)；輸氣管線的工作壓力為7.0～14.0MPa，輸油管線的工作壓力為5.0～9.0MPa。

采用高壓輸送和選用高強(qiáng)度管材，可大幅度節(jié)約管道成本。采用高壓輸送可減少管徑，通過(guò)高鋼極管材的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用可減少鋼管的壁厚，進(jìn)而減輕管子的重量，并減少焊接時(shí)間，從而大大降低鋼材使用量和建設(shè)成本。例如，采用管材X100比X65、X70節(jié)約費(fèi)用30％左右，節(jié)約管線建設(shè)成本10％～12％。20世紀(jì)50～60年代世界輸氣最高壓力為6.3MPa，70～80年代提高到10MPa，90年代已達(dá)14MPa，而且國(guó)外新建天然氣管道的設(shè)計(jì)工作壓力都在10MPa以上。目前，輸氣管道的設(shè)計(jì)和運(yùn)行壓力已達(dá)15MPa，甚至20MPa，有些管道甚至考慮采用更高的壓力。隨著輸氣管道輸送壓力的不斷提高，輸送鋼管也相應(yīng)地迅速向高鋼級(jí)發(fā)展，20世紀(jì)60年代一般采用X52鋼級(jí)，70年代普遍采用X60～X65鋼級(jí)，近年來(lái)以X70為主，X80也已開(kāi)始試用。近幾年，國(guó)外新建的管道基本上都是X70鋼級(jí)，目前X80鋼級(jí)已開(kāi)始被大量采用，據(jù)悉全世界敷設(shè)的X80管道已達(dá)到1000公里以上。

高壓輸送或嚴(yán)酷的環(huán)境對(duì)管線管從油氣輸送管的發(fā)展趨勢(shì)、管線服役條件、主要失效形式和失效原因的綜合評(píng)價(jià)，提出對(duì)管線管的主要性能要求是高強(qiáng)度、高韌性、可焊性和耐蝕性。其中難點(diǎn)和重點(diǎn)是高韌性。對(duì)韌性要求的提高，促進(jìn)了管線鋼在低合金高強(qiáng)度鋼的基礎(chǔ)上向前發(fā)展，在鋼的成分設(shè)計(jì)和冶煉、連鑄、軋制工藝上采取了許多措施，例如產(chǎn)品中氧、氫、氮和硫的雜質(zhì)形態(tài)和提高純度的控制，低硫、高錳、加入微量合金元素，利用其沉淀強(qiáng)化原理生產(chǎn)出細(xì)晶粒、高強(qiáng)度、高沖擊值和低韌脆轉(zhuǎn)變溫度的管線鋼，從而自成體系。管線鋼已成為低合金高強(qiáng)度和微合金鋼領(lǐng)域內(nèi)最富有活力、研究成果最多的一個(gè)重要分支。無(wú)論從研究過(guò)程，還是從應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，管線鋼是集材料加工、成分設(shè)計(jì)、微觀結(jié)構(gòu)、性能使用等4大要素有機(jī)結(jié)構(gòu)的典范。我國(guó)管道力學(xué)教授潘家華認(rèn)為：長(zhǎng)輸管道用管材是鋼材技術(shù)含量最高的，在一定程度上代表了一個(gè)國(guó)家的冶金工業(yè)水平。

油氣輸送鋼管是板(帶)經(jīng)過(guò)深加工(壓力加工、焊接、熱處理、機(jī)加工、表面處理、無(wú)損檢測(cè)等)而形成的較特殊的冶金產(chǎn)品，實(shí)質(zhì)上應(yīng)該屬于機(jī)械產(chǎn)品的范疇。為了適應(yīng)服役條件，鋼管除化學(xué)成分、冶金質(zhì)量、力學(xué)性能、殘余應(yīng)力、可焊性等有嚴(yán)格的要求外，對(duì)成品的幾何形狀和尺寸例如外徑、內(nèi)徑、壁厚、圓度、直度等結(jié)構(gòu)完整性都有嚴(yán)格的要求。

按輸送鋼管按制管工藝不同可分為無(wú)縫鋼管(S)(用于長(zhǎng)輸油氣管的數(shù)量很少)；焊管有直縫高頻焊管(ERW)、直縫埋弧焊管(LSAW)、螺旋埋弧焊管(SSAW)。 (1)按焊接方式不同，直縫高頻焊管分為感應(yīng)焊和接觸焊2種管型；帶鋼經(jīng)過(guò)預(yù)彎、連續(xù)成型、焊接、熱處理、定徑后精成型等工序。

(2)按成型方式不同，直縫埋弧焊管可分為：UOE焊管：?jiǎn)螐堜摪逶谶吘夘A(yù)彎后，經(jīng)U成型、O成型、內(nèi)焊、外焊、機(jī)械冷擴(kuò)徑等工序；JCOE焊管：即按“J－C－O－E”預(yù)焊、成型、焊接后經(jīng)冷擴(kuò)徑等工序；HME焊管：由芯棒滾壓法按“C－C－O”接等工序。

(3)螺旋埋弧焊管。帶鋼卷管時(shí)其前進(jìn)方向與成型管中心有成型角(可調(diào)整)邊成型邊焊接，其焊縫成螺旋線。此工藝改進(jìn)后將原料改為鋼板，使成型與焊接分開(kāi)，經(jīng)預(yù)焊和精焊，焊后冷擴(kuò)徑。其焊接質(zhì)量接近UOE管(目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)此工藝，是改進(jìn)的方向)。

管線鋼的基本要求

管材是鋼管質(zhì)量的基礎(chǔ)。管線鋼作為一個(gè)系列，質(zhì)量上均高于同鋼級(jí)其他用途鋼材的要求。管線鋼主要要求具有足夠的強(qiáng)度、韌性、良好的焊接性能和抗腐蝕的能力；并且有良好的表面質(zhì)量、板型、尺寸公差等。管線鋼的發(fā)展引領(lǐng)了低碳微合金高強(qiáng)鋼的發(fā)展。

強(qiáng)度 強(qiáng)度主要是指鋼管產(chǎn)品的“公稱最低屈服強(qiáng)度(SMYS)”。如前所述，輸氣管線的屈服強(qiáng)度為420～500 MPa(約相當(dāng)于X60～X70)。輸氣管線的工作壓力一般為7.0～14.0 MPa；輸油管線的屈服強(qiáng)度為360～450 MPa(約相當(dāng)于X52～X65)，輸油管線的工作壓力一般為5～9 MPa。

除此而外，對(duì)屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的差值和比值也提出了要求，一般是分別規(guī)定為<100 MPa和0.85～0.9。

韌性 韌性是指管材塑性變形和斷裂全過(guò)程中吸收的能量。管材的韌性指標(biāo)應(yīng)滿足下列2個(gè)條件：一是在最低操作溫度下，落錘試驗(yàn)(DWTr)的剪切面積>85％時(shí)，管線一般不會(huì)發(fā)生脆性失穩(wěn)擴(kuò)張；二是夏(CHARPY)　V型缺口沖擊試驗(yàn)。在最低操作溫度下，油管道的夏比沖擊功在(0.1 SMYS)J以上，氣管道在(0.125MYS)J以上，則可控制延性失穩(wěn)斷裂。

可焊性 可焊性是指鋼材在一定焊接工藝條件下，施焊或優(yōu)質(zhì)焊縫的難易程度。鋼材的可焊性一般用2種判別指標(biāo)：一是影響可焊性的許多化學(xué)元素，以碳為主要影響，因而折合成碳當(dāng)量(Ceq)來(lái)判別可焊性的優(yōu)劣，一般碳當(dāng)量為0.35～0.42。X60以上的鋼材也可以用冷裂紋敏感系數(shù)戶cm來(lái)判別，輸油管線的戶cm≤0.20～0.25，一般為≤0.25；輸氣管線的戶cm≤0．20。二是熱影響區(qū)的硬度，它是衡量可焊性的另一指標(biāo)。碳當(dāng)量越高，冷卻速度越快，則熱影響區(qū)的硬度越高，從800℃～300℃的冷卻速度影響熱影響區(qū)的顯微組織；冷卻速度加大會(huì)使熱影響區(qū)的硬度增加，組織變脆；從300℃～100℃的冷卻速度影響焊接金屬中氫的擴(kuò)散，會(huì)降低熱影響區(qū)的韌性和增加對(duì)裂紋的敏感性。一般焊縫與熱影響區(qū)金屬的宏觀硬度不得超過(guò)HRC22或HV248。

在確定ERW空冷段長(zhǎng)度時(shí)，有的設(shè)計(jì)部門(mén)沒(méi)有考慮上述冷卻速度的控制，這是不適當(dāng)?shù)?。由于空冷段長(zhǎng)度占據(jù)了車間長(zhǎng)度的一部分空間，當(dāng)車間長(zhǎng)度布局緊張時(shí)，有的設(shè)計(jì)者總想壓縮空冷段的長(zhǎng)度，這是不可取的。影響車間長(zhǎng)度布局的主要因素是最大定尺長(zhǎng)度，所以這一個(gè)基本參數(shù)要慎重研究，調(diào)查市場(chǎng)，妥善權(quán)衡，合理確定。有的文獻(xiàn)推薦最大定尺長(zhǎng)度18～24 m，對(duì)ERW及I_SAW來(lái)說(shuō)，認(rèn)為值得商榷(SSAW定尺長(zhǎng)度酌情增長(zhǎng))。

抗腐蝕性 高壓輸送天然氣管線的腐蝕破壞主要有4種形式：應(yīng)力腐蝕破壞(SCC)、硫化氫腐蝕、硫化物應(yīng)力開(kāi)裂(SSC)及氫致開(kāi)裂(HIC)。

管線用板卷，從20世紀(jì)50年代～70年代，主要采取鞍鋼等廠家生產(chǎn)的A3、16Mn，到20世紀(jì)70年代以后和80年代，則采用日本TS52K(～X52)；到20世紀(jì)90年代管線鋼國(guó)產(chǎn)化開(kāi)始起步，上海寶鋼、武鋼等開(kāi)始生產(chǎn)X52-X65級(jí)管線管板卷，但UOE鋼管仍從日、美進(jìn)口。直到21世紀(jì)初“西氣東輸”工程啟動(dòng)，寶鋼、武鋼、鞍鋼、攀鋼等企業(yè)成批量生產(chǎn)出XTO級(jí)熱軋板卷，舞鋼生產(chǎn)出X70級(jí)寬厚鋼板。我國(guó)2003年計(jì)劃開(kāi)發(fā)X80級(jí)管線鋼。管線鋼及管線管國(guó)產(chǎn)化水平正在接近或達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。1999年，廣州番禺珠江鋼管有限公司在國(guó)內(nèi)率先引進(jìn)HME大口徑直縫埋弧焊管生產(chǎn)線；2000年，第一家引進(jìn)美國(guó)UOE生產(chǎn)線投產(chǎn)成功，并于2002年在海南島沿海管線國(guó)際招標(biāo)與日、德外商競(jìng)爭(zhēng)中中標(biāo)；為北京國(guó)家大劇院建筑試制耐火耐候用UOE鋼管(Φ508mm)并生產(chǎn)成功。

“西氣東輸工程”X70級(jí)用管182萬(wàn)t，約100萬(wàn)t為螺旋管，從熱帶到制管全部國(guó)產(chǎn)化；82萬(wàn)tLSAW管中1／3為國(guó)產(chǎn)JCOE鋼管，舞陽(yáng)鋼鐵公司近期提供XTO級(jí)寬厚板達(dá)到2萬(wàn)t以上。華北巨龍鋼管公司為“西氣東輸"212程生產(chǎn)JCOE鋼管達(dá)10萬(wàn)t，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平；華油鋼管、遼陽(yáng)鋼管、寶雞鋼管等石油系統(tǒng)焊管廠為“西氣東輸”工程生產(chǎn)了數(shù)十萬(wàn)t螺管，使國(guó)產(chǎn)SSAW管提升到一個(gè)新水平。

西氣東輸管道工程用鋼管為X70等級(jí)管線鋼，規(guī)格為Φ1016mm×14.6～26.2mm，其中螺旋焊管約占80%，直縫埋弧焊管約占20%，管線鋼用量約170萬(wàn)噸。 X70管線鋼除了含Nb、V、Ti外，還加入了少量的Ni、Cr、Cu和Mo，使鐵素體的形成推遲到更低的溫度，有利于形成針狀鐵素體和下貝氏體。因此X70管線鋼本質(zhì)上是一種針狀鐵素體型的高強(qiáng)、高韌性管線鋼。