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【了不起的中国制造】——全世界最复杂的天然气运输工程,没了它就“气短”

时间:2018-01-25

西气东输工程成为中国乃至全球受益人口最多的天然气管道工程,同时也是中国管道建设史上距离最长、管径最大、管壁最厚、输送压力最高、技术最先进、施工条件最复杂的天然气管道工程,建设规模和技术指标世界罕见,复杂程度堪称世界之最。

在这项工程之中,国产管线钢起到了举足轻重的作用。

1、天然气从西部运输到东部,离不开管线钢

通俗地说,管线钢就是加工管线钢管的钢铁材料,包括中厚板和板卷。

通过加工,管线钢后期可以卷成大口径的管型,然后再通过焊接把这些独立的钢管连成一条条管道,成为输送天然气的钢铁长廊。

天然气的管道一般或埋于地下或埋于深海,而且输送管道在运行时还要承受不同地质条件的影响,此外,为了提高天然气的输送效率,大型天然气输送管道设计时总是希望增大输送管道的口径、提高输送压力,这都对管线钢的强度提出了巨大挑战。

为适应管道输送对性能的要求,现代管线钢普遍具有高强度、高韧性和良好焊接性的特点。

高韧性和焊接性意味着钢管在野外环境下可以保持良好的整体性,不易在压力冲击下断裂或变形。而高强度则保证了管线钢制成的钢管可以在实现大口径的同时,承受天然气高压输送过程中的极高压力。

目前,管线钢的强度已普遍由最初的300Mpa左右提高到500-600Mpa以上,这意味着管线钢1平方厘米的面积上,可以承受一头重达5吨的大象的压力。

2、管线钢生产: “傻大黑粗”中的绣花针功夫

依照强度的不同,管线钢划分为不同的标号等级。国际上,管线钢等级划分通用的是美国石油学会(API)《API Spec 5L 管线钢管规范》中的标号,标号越高,意味着钢等级越高。

目前,X70和X80是全世界范围内技术最成熟、应用最广泛的两种高强度管线钢,西气东输工程建设中使用的管线钢全部属于这两个钢种。

X80为例,X代表管线钢,80代表强度级别,其单位是kpsi(千磅/平方英寸),X80表示最小屈服强度是80kpsi,转换成公制单位为551MPa。

与传统印象中钢铁工业“傻大黑粗”的形象不同,管线钢属于“高精尖”产品。现代管线钢属于低碳或超低碳的微合金化钢,是高技术含量和高附加值的产品,管线钢生产几乎应用了冶金领域的一切工艺技术新成就。

管线钢对于杂质元素含量、夹杂物、窄成分都有严格的控制要求,从铁水预处理到冶炼、精炼、连铸,再到轧制,任何一个环节出现细微的错误,都会导致产品不合格。

3、X70级管线钢填补空白,从西气东输一线工程开始

西气东输一线途经沙漠、戈壁、黄土高原等多种地貌,穿越江、淮、黄三大水系和地震断裂带及高强度地震活动区。

为保证管道安全,设计输送压力为10MPa,管径为1016mm,采用的钢级为X70,厚度为14.6mm,-20℃的横向冲击功≥120J。然而,工程启动之时,中国尚不具备X70级钢材生产能力,日韩钢厂坐地起价,垄断了X70钢板供应。

为了打破国外垄断,降低管线成本,中国历经多轮试制生产,终于在2003年,将第一批、两万吨国产X70钢板交付西气东输工程。X70管线钢的应用,填补了国内管线钢生产、制管、焊接的空白,标志着中国管线钢生产和制管水平跻身世界先进行列。

在西气东输一线工程中,国产钢管使用率达52%。至此,中国天然气输送管道管线钢被国外垄断的格局被打破。

4、曾经不足8公里试验段的X80级管线钢,三年铺到5000公里

发达国家在上个世纪中叶就开始研发X80钢级产品。1992年,全球首条采用X80钢的鲁尔管道问世。但在西气东输二线建设之前,全球采用X80钢建设的管道加在一起也只有2000公里左右,而中国只有不到8公里的试验段。

国内科研院所和14家钢铁及制管企业组建研发团队联合攻关,赶在西气东输二线工程开工以前,研制出了合格的钢材和钢管,使工程所需的434万吨X80钢管全部实现国产化。

在西气东输二线开工后的3年之内,中国采用X80钢建成管道5000多公里。

(西气东输管道)

与西气东输一线采用的X70钢管相比,二线使用X80钢管节约了钢材约42万吨,节约投资约42亿元;另外,国产X80钢板和钢管比进口价格低30%,节约投资约84亿元。同时,与一线工程的年设计输气量120亿方相比,二线输气量大幅攀升至每年300亿方。

中国工程院院士李鹤林对此曾评价说,中国的管道业以西气东输二线为标志,实现了从追赶到引领的跨越。

目前,X90、X100、X120均已生产成功,全球首次X90管线爆破试验在中国已成功实施,并实现了自止裂,为X90管线钢工业应用奠定了基础。

据预测,中国天然气需求量正以每年10%左右的速度增长,到2020年,天然气需求量将达到3600亿立方米。为了满足国民经济和社会发展对天然气的需求,高压、大管径管道输送已经成为当前油气长输管道发展的主要发展方向。


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