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關于我國X80輸氣管道的服役狀況分析和選用建議
發布者:不銹鋼管廠(www.9600014.live) 發布時間:2020/2/23 閱讀:250

  自API SPEC 5L規范納入超高強度管線鋼至今,X90和X100鋼級還處于試驗段階段,距離大規模應用還有較長的路要走,而X120鋼級目前看來已逐漸被冷落。X80鋼級是天然氣長輸管道目前大規模應用的最高鋼級。1985年在德國和捷克建設了X80鋼級試驗段。1990年TCPL建設了一條3 km長的X80鋼試驗段管道,至今敷設了500多km,并且在北部永凍土區成功應用,X80鋼級已經是TCPL大直徑管道建設的基本選擇之一。30多年來,X80管線鋼從冶煉、軋制到制管,以及管道設計、施工和斷裂控制、完整性管理技術均已成熟,在世界上已建成了數萬千米的X80鋼級天然氣管道。筆者根據資料整理出了世界各國已建設的X80鋼級天然氣管道概況,其長度占比如圖所示。對比表和圖可以看出,X80管道的建設主要集中在歐洲、北美和中國。

 

  我國在西氣東輸一線X70鋼級管線鋼開發時就已著手X80鋼級管線鋼的開發。2007年西氣東輸一線建成后,2008年就開始建設西氣東輸二線。在此之前于2005年成功建成了濟寧聯絡線X80鋼試驗段。西氣東輸一線X70管線鋼有部分實現了國產化,但國產化率不足50%。西氣東輸二線建設期間,實現了X80管線鋼板材、管材以及彎管、管件的全面國產化,國產化率接近100%。X80鋼級管道的設計、施工和斷裂控制、完整性管理技術取得了重大進步。X80鋼級已成為200~300億m3/a輸氣量管道的首選鋼級,累計長度近1.6萬km,占全球已建X80管道總長度的68%,實現了高鋼級管線鋼規模應用從跟隨到領跑的歷史性跨越。

 

  從濟寧聯絡線建設以來,我國X80鋼級輸氣管道的服役情況總體良好。在此期間也發生過幾次失效事故,絕大部分是特殊地段的地質災害造成的環焊縫失效,沒有一次是因鋼管質量引起的失效,也從未發生延性斷裂擴展事故,這表明國產X80鋼管的質量過硬。但急需加強的是現場環焊縫的質量控制和管理,特別是以前大量采用的自保護藥芯焊絲半自動焊工藝,其焊縫的沖擊韌性離散性較高,質量控制難度較大。為此,我國管道工業開展了自保護藥芯焊絲半自動焊縫的韌化機理研究,取得了很好的效果。中石油在中俄東線天然氣管道建設中,強力推行了全自動焊接和全自動超聲波檢測,半自動焊也由自保護焊改為氣體保護半自動焊。制管企業也積極配合,努力提高管端尺寸精度,使環焊縫質量顯著改善。


  由于一些失效事故的影響,有些國內管道從業人士對X80鋼級的應用產生了疑慮,在選材時想退回到X70等較低鋼級。對此,筆者認為,第一,管道鋼級的選擇應是綜合考慮安全和經濟技術比選的結果。在200億m3/a以上的輸氣量,X80鋼級一般是最佳的選擇,特別是在北美地區的一些大輸量管道,如擬建的阿拉斯加管道等,美國和加拿大都毫無例外地選擇X80鋼級。例如加拿大擬建的CGL管道也選擇了X80鋼級,并進行了2次全尺寸爆破試驗,而且這些管道都采用0.8的設計系數。這表明北美業界和監管部門對X80鋼級安全性和性價比的信心。第二,經過30多年的發展,X80管道的相關技術已經相當成熟,其應用不存在技術障礙。只要充分重視,措施得當,焊接質量是可以保證的。第三,X80鋼級管線鋼采用低碳或超低碳和微合金化成分設計,以及先進的TMCP技術制造,其碳含量與碳當量與X70鋼相差不大,由于我國X80鋼管的壁厚比X70鋼管大,如果按同壁厚比較,二者在格拉維爾圖中的位置將更加接近,這意味著二者的可焊性是相差無幾的。

 

  如果在相同工況下用X70鋼管取代X80鋼管,則其壁厚將比X80鋼管增大10%以上,其可焊性未見得比X80好,出現焊接缺陷的幾率反而增加,可見這種替換是不僅解決不了問題,可能還會帶來新的問題,成本也將增加10%以上,得不償失。當然,在一些地質災害頻發地區,為了保證鋼管的剛度,可能采用壁厚較厚的X70鋼管較安全,但這樣做要建立在科學計算的基礎上,而不能主觀臆斷。斷裂控制始終是輸送管道安全關注的首要問題。斷裂控制涉及管道的脆性和延性斷裂啟裂以及脆性和延性斷裂擴展的控制技術。我國在輸氣管道延性斷裂控制的理論和實踐方面取得了重大進展,在管道脆性斷裂控制方面的研究才剛剛起步,已取得初步成果,即將在中俄東線管道應用。

 

 國際上對二氧化碳輸送管道的斷裂研究不斷深入,已成功進行了10次全尺寸爆破試驗,在止裂韌性預測方面取得了進展,而我國在此方面還是空白,急需開展相關研究。國外對ERW/HFW鋼管的失效分析、完整性管理和質量改進方面的進展值得我們學習和借鑒。我國HFW鋼管的質量與美國早期的ERW鋼管質量不可同日而語,在中小直徑焊管的選用方面應樹立選用HFW鋼管的信心。建議我國管道工業開展提高HFW焊管質量的企業協作研究,提高對HFW焊接機理的認識和質量控制水平。我國在X80鋼級高強度管線鋼管技術方面取得了重大成就。X80鋼級在大輸量管道上具有良好的技術和經濟優勢,應該在科學比選的基礎上確定管材鋼級。

 
 

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