天然气管道有多牛?西气东输没有它就会“气短”!

天然气管道有多牛?西气东输没有它就会“气短”!

出品| 网易新闻

作者| 一闻,钢铁行业研究人员

  了解中国能源结构的应该都知道,中国的陆上天然气资源中,近90%都蕴藏于西部,特别是塔里木盆地,其天然气资源量约占全国的四分之一,而天然气的消费量却集中于东部发达地区,天然气的生产和消费的区域不平衡现象十分突出。

  为了把西部的天然气运输到东部地区,自2002年起,中国开工建设西气东输工程,目前已完成三条干线、若干支线和联络线建设,构成了4万公里的能源大动脉。支干线已惠及18个省市自治区,使5亿人从中受益。

  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。

(一)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。

  (管线钢制成的钢管)

(二)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。

  以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。

  在中国,国标《GB/T 9711-2011石油天然气工业管线输送系统用钢管》规定了管线钢的等级标准,并与美国石油学会标号一一对应。X80对应中国L555标号,L代表管线钢,555代表强度级别,单位是Mpa。

  (国标与API规定的钢级对照表)

  根据测算,在管道施工中,在输气量相同的情况下,管线钢每提高一个等级,可节约钢材使用量7%~8%,节约管道建设成本3%~5%。

  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。

  (现代管道特征与管线钢的基本要求、关键技术)

  即使拥有了上表中的各种关键技术,也不是所有钢厂都能生产出合格的高级管线钢。管线钢生产技术代表和体现的是一家钢厂在生产控制水平、质量保障水平和综合技术水平方面的综合能力。

  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。

  (管线钢热轧板生产流程)

(三)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。

  (管线钢转炉冶炼)

  (管线钢轧制)

  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。

(四)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。

结语

  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。

  中国在研发更高级别管线钢的征途上,从未停歇。可以相信,在未来的西气东输四线、五线工程建设中,这些全球最高端的管线钢将继续大放异彩。

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编辑| 史文慧

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