我国大变形输送管技术现状

2022-09-10

引言

随着管道建设向地震区、冻土区、滑坡区等环境恶劣地区发展, 不得不考虑因外力的作用, 如地震产生地层的移动、冻土区周期性融沉及冻胀导致地面运动等引起管道纵向要承受的巨大塑性应变。在这些地区使用的焊管必须考虑适应大的塑性应变的能力, 以保证管线的安全性和完整性。这种新的设计方法即“基于应变的设计方法”, 要求管道自身能够承受大的纵向应力、应变, 以适应地质条件引起的变化, 确保管道的安全性和完整性。

一、大变形焊管研制过程

我国在西气东输二线管道工程管道的部分地区首次采用了基于应变设计。为了满足西二线管道建设的急需, 中国石油在2006年设立了西气东输二线工程关键技术研究 (一期) 重大科技专项, 已经将大变形焊管研制列入了研究计划。经过努力, 成功开发了X80系列管材产品, 包括螺旋、直缝焊管、弯管和管件, 但对大变形焊管仅进行单根试制。由于研制难度大、时间紧等因素, X80大变形焊管未取得突破。西气东输二线工程使用的X80大变形焊管都是从日本进口的。成为西二线X80系列管材中唯一没有实现国产化、需依赖进口的产品。

2009-2010年, 我国进行了X65、X70、X80大变形焊管的研发, 成功开发出了大变形焊管单根样品。

2011年, 结合中缅管道建设需求, 成功进行了X70等规格大变形焊管的千吨级试制, 取得了良好的效果。实现了我国大变形焊管首次国产化成功。

2012年初开始, 针对西气东输三线、四线等管道对X80大变形焊管的需求, 我国开展X80大变形钢管科研攻关, 2012年9月成功完成了西三线X80大变形焊管的千吨级试制工作, 并通过了国家石油管材质量监督检验中心的检测评价。2012年11月5日, X80大变形焊管的千吨级试制通过了中国石油集团及中国钢铁协会的鉴定。目前, X80大变形焊管已经确定在西三线基于应变地区使用。

二、技术难度与水平

大变形钢管是日本的JFE公司1996年开始此类钢管的开发, 并于2000年后在日本首次采用了这类材料铺设试验段。标志性的应用是西气东输二线管道工程, 中石油从JFE采购了上万吨的X80抗大变形焊管。

随着管道建设对钢管的要求越来越高, 尤其是随着管道通过环境的恶劣以及钢级的提高, 具备高的纵向形变能力以及变形强化能力的钢管, 也就是大变形钢管依然是世界上研究的热点之一, 现在在建的和规划的管道越来越多的采用该类钢管。

三、技术突破

大变形焊管与普通焊管相比, 其性能要求、设计思路、制造技术有很大的差异, 是一个全新的焊管产品。通过X70、X80大变形钢管的研制我公司在以下几个方面取得了技术进步和突破。

1. 材料开发方面

大变形钢管性能要求高, 实践证明普通的组织成分设计不能满足大变形的要求, 组织成份方面没有一个比较成熟的经验, 参考文献和标准也很少。国内钢厂的设计也在摸索之中, 尤其是对于不同组织类型和比例的钢板制管后的性能变化没有参考依据, 钢板开发没有明确目标。

在大量研究的基础上提出了铁素体+贝氏体组织比例控制要求、强度控制要求、Cr、Mo复合成分设计, 创新性的将显微组织检验及比例作为重要条款列入钢板技术条件。为大变形钢板的开发奠定了基础, 成功地批量开发出了适用于大变形钢管制造的钢板。

2. 钢管成型、扩径工艺方面

通过大变形钢管的开发对成型和扩径工艺有了更深入的认识, 大变形钢管研制过程中发现, 成型工艺对于钢管性能尤其是纵向性能 (强度、均匀延伸率的指标) 有着很大的影响。成型的压下道次、压力等参数对于钢管的强化作用直接影响钢管的纵向性能, 因此, 必须通过实验优化成型参数并兼顾横向、纵向性能, 在成型后就进行钢管性能的首次检测, 才能综合考虑成型和扩径对性能的影响制定的最优的制管工艺, 以保证最终大变形钢管的性能。

3. 焊接方面

大变形钢管除了增加了纵向性能要求外, 良好的焊缝和热影响区韧性也是非常重要的指标。通过系列研究, 形成了集焊接坡口设计、焊材匹配、焊接工艺参数为一体的适合大变形钢管焊接的低热输入焊接工艺技术, 解决了大变形钢管焊缝及热影响区强度、韧性问题。焊缝内在质量优良、冲击功平均达180J, 热影响区冲击功平均达245J。在具备大变形能力钢管的焊接技术方面取得了突破。

四、应用效果

大变形钢管研制成功后, 已为中缅管线生产2.1万吨X70大变形焊管, 为西气东输三线生产X80大变形焊管1千吨。采用大变形焊管是解决管道建设向地震带、冻土区、滑坡区及采空区的进展的根本出路, 我国已计划今后在此类地区均采用大变形焊管。仅西气东输四线、五线将需求大变形焊管5万多吨;国外阿拉斯加管道、中俄管道等工程项目也将有很多复杂地区, 必将大量采用大变形焊管, 大变形钢管的应用前景十分广阔。

摘要：随着管道建设向地震区、冻土区、滑坡区等环境恶劣地区发展, 我国开始有计划的研发并使用抗大变形的输送焊管, 提出了新的设计方法即“基于应变的设计方法”, 在材料研发、成型扩径工艺、焊接方面取得了重大突破, 成功研制了抗大变形焊管, 已为中缅管线生产2.1万吨X70大变形焊管, 为西气东输三线生产X80大变形焊管1千吨。

关键词：大变形,油气输送,焊管,应用