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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
发布者:不鏽鋼管厂(www.aboutnote.cn) 发布时间:2020/2/23 阅读:208

  自API SPEC 5L规范纳入超高强度管线钢至今,X90和X100钢级还处于试验段阶段,距离大规模应用还有较长的路要走,而X120钢级目前看来已逐渐被冷落。X80钢级是天然气长输管道目前大规模应用的最高钢级。1985年在德国和捷克建设了X80钢级试验段。1990年TCPL建设了一条3 km长的X80钢试验段管道,至今敷设了500多km,并且在北部永冻土区成功应用,X80钢级已经是TCPL大直径管道建设的基本选择之一。30多年来,X80管线钢从冶炼、轧制到制管,以及管道设计、施工和断裂控制、完整性管理技术均已成熟,在世界上已建成了数万千米的X80钢级天然气管道。笔者根据资料整理出了世界各国已建设的X80钢级天然气管道概况,其长度占比如图所示。对比表和图可以看出,X80管道的建设主要集中在欧洲、北美和中国。

 

  我国在西气东输一线X70钢级管线钢开发时就已着手X80钢级管线钢的开发。2007年西气东输一线建成后,2008年就开始建设西气东输二线。在此之前于2005年成功建成了济宁联络线X80钢试验段。西气东输一线X70管线钢有部分实现了国产化,但国产化率不足50%。西气东输二线建设期间,实现了X80管线钢板材、管材以及弯管、管件的全面国产化,国产化率接近100%。X80钢级管道的设计、施工和断裂控制、完整性管理技术取得了重大进步。X80钢级已成为200~300亿m3/a输气量管道的首选钢级,累计长度近1.6万km,占全球已建X80管道总长度的68%,实现了高钢级管线钢规模应用从跟随到领跑的历史性跨越。

 

  从济宁联络线建设以来,我国X80钢级输气管道的服役情况总体良好。在此期间也发生过几次失效事故,绝大部分是特殊地段的地质灾害造成的环焊缝失效,没有一次是因钢管质量引起的失效,也从未发生延性断裂扩展事故,这表明国产X80钢管的质量过硬。但急需加强的是现场环焊缝的质量控制和管理,特别是以前大量采用的自保护药芯焊丝半自动焊工艺,其焊缝的冲击韧性离散性较高,质量控制难度较大。为此,我国管道工业开展了自保护药芯焊丝半自动焊缝的韧化机理研究,取得了很好的效果。中石油在中俄东线天然气管道建设中,强力推行了全自动焊接和全自动超声波检测,半自动焊也由自保护焊改为气体保护半自动焊。制管企业也积极配合,努力提高管端尺寸精度,使环焊缝质量显著改善。


  由于一些失效事故的影响,有些国内管道从业人士对X80钢级的应用产生了疑虑,在选材时想退回到X70等较低钢级。对此,笔者认为,第一,管道钢级的选择应是综合考虑安全和经济技术比选的结果。在200亿m3/a以上的输气量,X80钢级一般是最佳的选择,特别是在北美地区的一些大输量管道,如拟建的阿拉斯加管道等,美国和加拿大都毫无例外地选择X80钢级。例如加拿大拟建的CGL管道也选择了X80钢级,并进行了2次全尺寸爆破试验,而且这些管道都采用0.8的设计系数。这表明北美业界和监管部门对X80钢级安全性和性价比的信心。第二,经过30多年的发展,X80管道的相关技术已经相当成熟,其应用不存在技术障碍。只要充分重视,措施得当,焊接质量是可以保证的。第三,X80钢级管线钢采用低碳或超低碳和微合金化成分设计,以及先进的TMCP技术制造,其碳含量与碳当量与X70钢相差不大,由于我国X80钢管的壁厚比X70钢管大,如果按同壁厚比较,二者在格拉维尔图中的位置将更加接近,这意味着二者的可焊性是相差无几的。

 

  如果在相同工况下用X70钢管取代X80钢管,则其壁厚将比X80钢管增大10%以上,其可焊性未见得比X80好,出现焊接缺陷的几率反而增加,可见这种替换是不仅解决不了问题,可能还会带来新的问题,成本也将增加10%以上,得不偿失。当然,在一些地质灾害频发地区,为了保证钢管的刚度,可能采用壁厚较厚的X70钢管较安全,但这样做要建立在科学计算的基础上,而不能主观臆断。断裂控制始终是输送管道安全关注的首要问题。断裂控制涉及管道的脆性和延性断裂启裂以及脆性和延性断裂扩展的控制技术。我国在输气管道延性断裂控制的理论和实践方面取得了重大进展,在管道脆性断裂控制方面的研究才刚刚起步,已取得初步成果,即将在中俄东线管道应用。

 

 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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