趙耕賢

(中國船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院，上海 200011)

1 前 言

十多年前，世界上比較發(fā)達(dá)的海洋國家已將“海洋鋼結(jié)構(gòu)物”劃分為“船舶”與“海洋工程”兩大獨(dú)立體系，專門成立了“船舶(事業(yè))部”與“海洋工程(事業(yè))部”。近年來，我國也開始接受這一劃分法，“海洋工程裝備”已成為我國一個(gè)獨(dú)立的支柱產(chǎn)業(yè)?！昂Ｑ蠊こ獭笔且粋€(gè)內(nèi)涵極其豐富、體系十分龐大的產(chǎn)業(yè)，有：海洋資源勘探、海底采礦、海上施工、海上潛水、海上服務(wù)、海上搶險(xiǎn)、海上救助、海洋漁業(yè)、海洋鹽業(yè)、海洋生物、海洋能源、海洋化學(xué)資源、海洋綜合利用、海洋空間利用等等。而“海洋油氣鉆采裝置”是“海洋工程”的重要標(biāo)志，它們的設(shè)計(jì)、建造、海上安裝與使用，是衡量一個(gè)海洋大國的重要標(biāo)志之一。

“海洋鋼結(jié)構(gòu)物”設(shè)計(jì)與制造歸屬于造船業(yè)。造船業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有極其重要的位置，而“海洋鋼結(jié)構(gòu)物”極大促進(jìn)了我國造船和相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，特別是大(超大)型船舶、新穎的特殊船舶、海洋油氣工程裝置已經(jīng)成為我國造船業(yè)利潤的新增長點(diǎn)。它們的自主研制，是國家綜合國力的象征，更是衡量一個(gè)國家能否躋身于世界海洋大國的標(biāo)準(zhǔn)。

2 海洋鋼結(jié)構(gòu)物特點(diǎn)

人們要從波濤洶涌、深遠(yuǎn)海的大洋底下的數(shù)千上萬米地殼深處開采出石油和天然氣，非常艱難而又非常復(fù)雜。風(fēng)險(xiǎn)程度甚高，資金投入巨大，多行業(yè)技術(shù)大量密集。盡管海洋油氣鉆采裝置大都是沒有動力的，需要由拖輪將它拖到指定的工作海域，系固在浩瀚大洋上，或在海洋深處的環(huán)境中工作。然后它們明顯具有“高風(fēng)險(xiǎn)、高投入、高技術(shù)、高回報(bào)”的特征。基本特點(diǎn)如下【1】：

作業(yè)范圍廣、質(zhì)量要求高既有固定的，也有可移動的。能在不同海域、不同水深作業(yè)。因此，要適應(yīng)較寬廣海域的環(huán)境條件。同時(shí)，工況亦多，有移位、就位、生產(chǎn)作業(yè)、風(fēng)暴自存等。所以，質(zhì)量要求特別高。

使用期長、可靠性指標(biāo)高一般要求25～40年，極少進(jìn)塢維修，或不進(jìn)塢維修，可靠性指標(biāo)高。結(jié)構(gòu)防腐十分重要。如Spar在海域一旦就位后，水下的絕大部分，根本無法檢修。

結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求高長久系固在海上，除了要經(jīng)受風(fēng)、浪、流的作用外，還要考慮臺風(fēng)、冰、地震等災(zāi)害性環(huán)境載荷作用。

疲勞壽命要求高、建造工藝要求高為了保證海洋鉆采裝置功能的最大化，采用了高強(qiáng)度或超高強(qiáng)度鋼的特殊鋼材，包括Z向鋼材。而且是大厚度板材和大厚度大直徑的管材。從而突顯結(jié)構(gòu)連接部位的疲勞問題。因此對應(yīng)力集中區(qū)構(gòu)造以及焊接工藝等提出了極高的要求。

生產(chǎn)管理要求高海洋油氣裝置的建造、下水、海上運(yùn)輸、海上安裝甚為復(fù)雜，生產(chǎn)管理明顯地高于常規(guī)船舶。

安全性要求高是危險(xiǎn)性高度集中的復(fù)雜載體，鑒于人們現(xiàn)有的認(rèn)識還存在著許多不確定的因素，以及可能操作上的問題，其海損事故時(shí)有發(fā)生，所產(chǎn)生的后果相當(dāng)嚴(yán)重。所以，有特殊要求和更高的安全標(biāo)準(zhǔn)。

學(xué)科交叉、技術(shù)復(fù)雜海洋油氣鉆采裝置的結(jié)構(gòu)分析不僅要考慮流固耦合，甚至還要考慮流、固、土的耦合響應(yīng)，它涉及了海洋流體力學(xué)、環(huán)境學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、土力學(xué)、材料學(xué)等諸多領(lǐng)域，它的技術(shù)理論呈現(xiàn)了多學(xué)科交叉的復(fù)雜問題。

承包商多、界面復(fù)雜配套設(shè)備非常廣泛，國內(nèi)外的分包商極多，分包商所需的技術(shù)參數(shù)相互制約，界面十分復(fù)雜。配套設(shè)備的運(yùn)輸、倉儲、保管、安裝、調(diào)試等十分繁復(fù)。

3 載體設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與鋼材選用原則

3.1 載體設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

“船舶”設(shè)計(jì)遵守的基本準(zhǔn)則有：船東/業(yè)主的使用要求，船級社的規(guī)范，導(dǎo)文件/指南，國際海事組織的公約、規(guī)則，國家主管機(jī)關(guān)的法規(guī)。

“海洋工程”設(shè)計(jì)中除了上述準(zhǔn)則外，還有：API(American Petroleum Institute，美國石油學(xué)會)、AISC(American Institute of Steel Construction Inc.，美國鋼結(jié)構(gòu)學(xué)會)、ANSI(American National Standards Institute，美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會)、ASTM(American Society for Testing Materials，美國材料試驗(yàn)學(xué)會)、ASTM(American Standard of Testing Materials，美國材料試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn))、AWS(American Welding Society，美國焊接協(xié)會)、ASCE(American Society of corrosion Engineering，美國腐蝕工程學(xué)會)，NACE(國際工程師防腐協(xié)會)等的規(guī)則、準(zhǔn)則/指導(dǎo)文件/指南。

船東/業(yè)主的使用要求最為基本。除非它與國際海事組織的公約、規(guī)則，國家主管機(jī)關(guān)的法規(guī)，或船級社的規(guī)范相抵觸，或在設(shè)計(jì)上不合理，或因生產(chǎn)條件的限制不能制造，應(yīng)及時(shí)同船東/業(yè)主協(xié)商，取得一致的修改意見，否則，均應(yīng)予以滿足。

3.2 載體鋼材選用原則

“海洋鋼結(jié)構(gòu)物”載體都是由板材、型材構(gòu)成的空間復(fù)雜結(jié)構(gòu)，海洋環(huán)境千變?nèi)f化，使用條件十分苛刻。所以，它的設(shè)計(jì)、建造、安裝、調(diào)試、運(yùn)營、管理等技術(shù)復(fù)雜，自動化程度高，質(zhì)量要求嚴(yán)格，耗資巨大，有的投資達(dá)到50多億人民幣。為了確保載體安全、可靠，避免惡性事故的發(fā)生，應(yīng)選用合適的載體材料，解決好結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)件尺度、相互連接以及工藝等問題。其中“鋼材”是制造“海洋鋼結(jié)構(gòu)物”載體最理想的金屬材料。

“海洋鋼結(jié)構(gòu)物”載體鋼材選用涉及構(gòu)件類型、受力特征、使用部位、環(huán)境溫度、構(gòu)件參數(shù)、使用性能、生產(chǎn)工藝、制造工藝、經(jīng)濟(jì)成本等因素【3】。

鋼材的具體規(guī)格與等級，主要是由構(gòu)件類型、使用部位、環(huán)境溫度、構(gòu)件參數(shù)(板厚值/型材模數(shù))根據(jù)船級社或國際標(biāo)準(zhǔn)要求加以確定，選擇強(qiáng)度、韌性等指標(biāo)合適的鋼材。“海洋鋼結(jié)構(gòu)物”載體可以采用同一鋼種、不同級別的鋼材，也可以使用不同強(qiáng)度、不同鋼種。所以，海洋鋼結(jié)構(gòu)物用鋼的特點(diǎn)是：品種雜、規(guī)格多、數(shù)量少。鋼材產(chǎn)品必須由船級社認(rèn)可，出具產(chǎn)品合格證書。鋼廠除了出具鋼材產(chǎn)品爐批號及其性能指標(biāo)外，在具體的鋼材產(chǎn)品上還要提供編碼記號(船級社的鋼印、鋼級、尺寸規(guī)格等)。

4 我國海洋工程用鋼的現(xiàn)狀

進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國造船業(yè)的完工量與接單量已處于世界前列。至今，我國的造船總量已超越日本、韓國，成為世界第一。另據(jù)國家海洋局2009年發(fā)布的《中國海洋發(fā)展報(bào)告》，我國的海洋勘探處在早期階段，主要分布在渤海、東南盆地、東海盆地、鶯歌海盆地、北部灣盆地、珠江口盆地。原油只占儲量的17.6%，天然氣只占儲量的11.9%，所以，我國造船業(yè)發(fā)展空間極大。

造船業(yè)與冶金材料業(yè)關(guān)系非常密切，相互依賴、相互促進(jìn)。造船業(yè)設(shè)計(jì)與建造“海洋結(jié)構(gòu)物”都是利用冶金業(yè)提供的各種鋼材；冶金業(yè)根據(jù)造船業(yè)的需求，研制并生產(chǎn)符合造船領(lǐng)域所需的特殊鋼材。造船市場的用鋼量巨大，我國的年需求量可達(dá)數(shù)千萬噸以上。例如：5～20 mm鋼板(低碳鋼)約占一艘10萬t級的運(yùn)輸船的用鋼量在90%左右，而海洋工程中的半潛式鉆井平臺出于功能需要，要求100%使用高強(qiáng)度鋼材料。表1和表2列出了典型“船舶”與“海洋工程”載體結(jié)構(gòu)的用量。造船業(yè)的“鋼材”貨源，如能絕大部分立足于國內(nèi)，則可進(jìn)一步促進(jìn)我國材料業(yè)的發(fā)展，對我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著積極意義。

表1 典型“船舶”船體的鋼材用量【4】

表2 典型“海洋工程”載體的鋼材用量【4】

Note：Don’t be included up and downstream equipment of the ocean oil industry chain & kit ships for sea the oil-field serve.

4.1 載體用鋼材

“海洋鋼結(jié)構(gòu)物”載體對材料的基本要求是：能有效地進(jìn)行冷(熱)加工、裝配、焊接，確保載體的安全、可靠，以保證最大的發(fā)揮各種功能。造船業(yè)常將鋼材分為低碳鋼、高強(qiáng)度鋼、超高強(qiáng)度鋼、特殊鋼與鑄鋼五大類。

低碳鋼是造船業(yè)用的最基本材料，都是按我國冶標(biāo)YB“造船用碳素鋼及普通低合金鋼技術(shù)條件”生產(chǎn)的鎮(zhèn)靜鋼，通常以熱軋狀態(tài)供應(yīng)。原冶金標(biāo)準(zhǔn)中2C，3C和4C相當(dāng)于船級社規(guī)定的A,B,D級鋼。其化學(xué)成分相同，只是所要求的沖擊值不同。造船界中還規(guī)定了更低溫度沖擊值的E級鋼。

高強(qiáng)度鋼廣泛應(yīng)用于大(超)型船舶和海洋工程。其鋼級見表3。也有用16Mn、16MnC、15MnTi、15MnTiC、14MnVTiXtC等[3]。

表3 高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼的化學(xué)成分

超高強(qiáng)度鋼造船設(shè)計(jì)師十分關(guān)注超高強(qiáng)度鋼(Extra High Strength Steel)與特殊鋼，它們有別于上述鋼種，用量相對來說要少得多，但必不可少。

超高強(qiáng)度鋼是經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理的高強(qiáng)度鋼(High Strength Quenched and Tempered Steel)，造船界用超高強(qiáng)度鋼的其化學(xué)成分和機(jī)械性能見表4和表5。

特殊鋼特殊鋼主要包括低溫鋼、耐腐蝕鋼、抗層狀撕裂鋼、抗焊接裂紋鋼和高強(qiáng)度鑄鋼、低磁鋼(Low-Magnet Steel or Non-Magnetic Steel)。

(1)低溫鋼。低溫鋼的需求量日益增多。低溫鋼一般是指工作溫度在-20 ℃～-269 ℃之間的低合金高強(qiáng)度鋼。目前，我國的低溫鋼，分為-40 ℃，-70 ℃，-90 ℃，-120 ℃，-196 ℃和-253 ℃共6個(gè)溫度等級。低溫鋼的鋼號有：16MnR，09Mn2VR，09MnTiCuRe，06MnNb，06A1N6CuN，20MN23A1，15Mn26A1。

表4 超高強(qiáng)度鋼的化學(xué)成分【5】

表5 超高強(qiáng)度鋼的機(jī)械性能【5】

值得注意的是，液化天然氣(LNG)船成為造船與航運(yùn)界的熱點(diǎn)。它的材料是特殊的超低溫鋼，見表6。圖1和圖2是LNG運(yùn)輸船中CS1薄模型維護(hù)系統(tǒng)和Ni鋼鋼板。

圖1 LNG運(yùn)輸船CS1 薄模型維護(hù)系統(tǒng)中Ni鋼鋼板Fig.1 Ni Steel of CS1 thin film type supports system used in LNG vessel

Lowest design temperatures/℃Liquid cargo saving tank, pressure, pipeline,gasification equipments, valve, pump-60-65-701.5%Ni Steel2.25%Ni Steel3.5%Ni Steel2.25%Ni Steel-90-1053.5%Ni Steel5%Ni Steel3.5%Ni Steel-1659%Ni Steel, Aluminium alloy, 36% Ni Steel

(2)耐腐蝕鋼。隨著海洋勘探、鉆井與采油生產(chǎn)裝置、海岸設(shè)施以及海上建筑等的發(fā)展，耐腐蝕鋼越來越重要。它們長期不進(jìn)塢維修，防腐蝕要求相當(dāng)高。通常在載體鋼結(jié)構(gòu)上采取油漆、外加電流或電化學(xué)方式的保護(hù)措施。油漆使用壽命要達(dá)到30年，國內(nèi)外的油漆供應(yīng)商提供了特種油漆——玻璃鱗片漆。盡管如此，鋼材本身應(yīng)有良好的抗蝕性能。

(3)耐大氣腐蝕鋼。最早的有美國鉻-銅-磷鋼，其含碳≤0.12%，耐腐蝕性為普通碳鋼的5～8倍。在此基礎(chǔ)上又發(fā)展了鉻-銅-釩鋼，這類鋼表面形成一層密致而附著力強(qiáng)的銹層，阻止腐蝕進(jìn)一步發(fā)展，可以無保護(hù)涂層時(shí)使用，當(dāng)涂漆使用時(shí)，涂層與鋼材附著力強(qiáng)，耐腐蝕性比碳鋼提高很多。法國發(fā)展了鉻—鋁系耐大氣腐蝕鋼，英、德都有專用的耐大氣腐蝕鋼。國外這類鋼種基本上屬于鉻、鎳系統(tǒng)。目前國外發(fā)展這類鋼的趨勢是力求銹層性能穩(wěn)定，不涂漆直接使用的低合金鋼。

圖2 LNG運(yùn)輸船中用的Ni鋼鋼板Fig.2 Ni Steel used in LNG vessel

我國發(fā)展了Mn-Cu系和Cu-p系列的耐大氣腐蝕鋼。這類鋼號有：09MnCuPTi，10MnSiCu，10MnPNbRe，16MnCu，10PcuRe等。

(4)耐海水腐蝕鋼。我國也開發(fā)過的耐海水腐蝕用鋼有：10MnCu，10MnPN6Re，10CrMoA1，15NiCuP等鋼號。

除了上述的特殊鋼外，還有抗層狀撕裂的Z向鋼、低磁鋼、鑄鋼?！昂Ｑ蠊こ獭敝幸恍?gòu)件截面很大，構(gòu)造上又存在較多的T型、K型、十字型接頭，諸如：克令與甲板的連接、導(dǎo)管架節(jié)點(diǎn)等，在厚度方向(Z向)承受著拉應(yīng)力，容易在厚度方向出現(xiàn)剝離性的焊接裂紋，一般稱為層狀撕裂。調(diào)查結(jié)果表明，它與含硫量有極大關(guān)系。所以，抗層狀撕裂鋼的含硫量都控制在0.20%以下。國外已有專業(yè)公司生產(chǎn)工業(yè)界的特殊鑄鋼件。圖3所示為英國Sheffield Forge Masters Intrnational的產(chǎn)品，已廣泛用于水電站、核工業(yè)、海洋工程(如Spar、TLP、FPSO以及導(dǎo)管架平臺等)。

4.2 載體用鋼管

海洋結(jié)構(gòu)物“鋼管”的應(yīng)用非常普遍。大致有3種類型的“鋼管”：功能系統(tǒng)中的“鋼管”、構(gòu)造中用的“鋼管”、特殊用途的“鋼管”。

“海洋結(jié)構(gòu)物”鋼管的設(shè)計(jì)與選用，都是按船級社的“海洋工程鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范”，并參照API、AISC、ASTM等規(guī)范、準(zhǔn)則。鋼管材料的要求與載體鋼材要求相同。在這里主要提兩點(diǎn)：

圖3 管節(jié)點(diǎn)鑄鋼件(英國Sheffield公司產(chǎn)品)Fig.3 Steel casting of Pipe node

一是“海洋工程”進(jìn)口設(shè)備極多。有時(shí)要求英制的鋼管。鋼管制作質(zhì)量要求特別高。在“海洋工程”上屬于特殊區(qū)域的鋼管，其所有的焊縫要求100%超聲波探傷(UT——Ultrasonic Testing)和磁性探傷(MT——Magnetic Testing )。列入主要結(jié)構(gòu)的鋼管，在縱向焊縫兩端300 mm的范圍內(nèi)要求100% UT和MT。

二是管節(jié)點(diǎn)的制作屬于“海洋工程”中重要內(nèi)容。國外有專門的管節(jié)點(diǎn)工廠，而國內(nèi)都是自己解決。例如，載重量52 000 t“渤海友誼號”浮式生產(chǎn)儲卸裝置(FPSO，中國十大名船之一)的特殊軟剛臂(YOKE)系泊系統(tǒng)中的YOKE與支撐支架、火炬塔架、直升機(jī)平臺支架等有221個(gè)管節(jié)點(diǎn)，要滿足AISC、AWS的要求。管路長59 Km(其中遙控液壓管28 Km，遙控閥119只。油艙甲板48路)。船廠為了保證建造質(zhì)量，從千余名焊工中挑選數(shù)十名優(yōu)秀焊工，最后15名取得船級社的6GR資格。“海洋工程”中為了防止系統(tǒng)中油氣泄漏，鋼管不采用法蘭連接，而采用氬弧焊對接。船廠又專門了培養(yǎng)三批TIG焊工。

4.2.1 功能系統(tǒng)中的“鋼管”

為了保證海洋結(jié)構(gòu)物功能的實(shí)現(xiàn)，既有常規(guī)系統(tǒng)，又有專用系統(tǒng)中用的鋼管。

“船舶”的常規(guī)系統(tǒng)甚多，主要有：艙底水、壓載、疏排水、生活污水、空氣、測量、注入、生活用水、消防、貨油、掃艙、透氣、惰氣、加熱、冼艙、泡沫滅火、灑水、蒸發(fā)氣、液位遙測、閥門遙控等系統(tǒng)，特種運(yùn)輸船的專用系統(tǒng)，諸如：運(yùn)輸液化石油氣(LPG)、液化天然氣(LNG)等的專用系統(tǒng)。

“海洋工程”除了與“船舶”相似的常規(guī)系統(tǒng)之外，還有特殊的鉆采設(shè)備系統(tǒng)、原油處理流程系統(tǒng)、液化石油氣處理流程系統(tǒng)、液化天然氣處理流程系統(tǒng)、特殊的系泊系統(tǒng)、火炬系統(tǒng)等等。

曾有人統(tǒng)計(jì)過：運(yùn)輸船的鋼管年消耗量達(dá)450萬t，約44萬根，其標(biāo)準(zhǔn)是GB、YB、CB。其中70%“鋼管”之間用法蘭連接。一艘30萬噸級的超大型油船(VLCC)管材用量達(dá)數(shù)十公里，僅“鋼管”用量(包括不銹鋼管)也有1 500 t左右，相對于4萬t的船體結(jié)構(gòu)用量。而且一艘30萬噸級超大型FPSO管材數(shù)量超過3萬根，長度超過90 Km[6]，是同噸位級別的2～3倍。造船業(yè)也就成為“鋼管”市場的一個(gè)大用戶。

4.2.2 構(gòu)造中的“鋼管”

“海洋工程”除了功能系統(tǒng)中的“鋼管”外，還有許多構(gòu)造中大量采用的“鋼管”。如：導(dǎo)管架、水下鋼樁、隔水套管、系泊支架、直升機(jī)平臺、火炬塔架等。這類“鋼管”的特點(diǎn)：規(guī)格多、材質(zhì)高、比較雜，有同徑、異徑，不同壁厚，還有大量的Y、K、T型的管節(jié)點(diǎn)。如導(dǎo)管架、鋼樁、井口隔水套等，多為大直徑尺寸的“鋼管”，一般都是用鋼板卷制而成。它們的材質(zhì)為E36-Z35，D36-Z35，E36，D36[2]，見表7。這類“鋼管”的標(biāo)準(zhǔn)本身，已不是用YB、CB，主要是 GB712-2000?！颁摴堋钡闹谱?，是按我國石油工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(CPSC)制定的“結(jié)構(gòu)鋼管制造規(guī)范”SY/T10002-2000。由于我國沒有專門企業(yè)，所以，通常都是由建造單位購置鋼板后，自行加工成型。

表7 典型導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)用鋼[7]

4.2.3 特殊用途的“鋼管”

特殊用途的“鋼管”是指特定工作環(huán)境和工作介質(zhì)下使用的特種鋼管。海底輸油管就是典型特種鋼管，它的需求量較大(見表8)。它的特點(diǎn)：強(qiáng)度高、公差小、抗腐蝕性好。我國還只是處于起步階段。原因在于要解決焊接材料、抗腐蝕性能或規(guī)格少(注：管徑與壁厚)、價(jià)格貴等方面的問題[3]。

海上原油都需要保溫輸送。以往采用雙層鋼管保溫結(jié)構(gòu)，而用鋼管作為保護(hù)管很不經(jīng)濟(jì)。而且海上鋪管作業(yè)前，先要進(jìn)行內(nèi)外管焊接，鋪管效率很低，安裝費(fèi)用成倍增加。進(jìn)入21世紀(jì)后，人們推出了一種如圖4所示的混凝土配重鋼管[9]。這一類特種鋼管，我國曾從國外進(jìn)口，如渤海的蓬萊19-3油田一期工程，采用馬來西亞BREDERO PRICE公司的產(chǎn)品。我國經(jīng)過研究與試驗(yàn)，2002年在塘沽建成國內(nèi)第一條混凝土配重鋼管的生產(chǎn)線，已為海上多個(gè)油田提供了數(shù)千公里的管道產(chǎn)品。參考文獻(xiàn)[10]指出，采用這種鋼管，每公里海底管線可降低50～100萬元。大大降低了海上油田的開發(fā)成本，使一批邊際油田得以經(jīng)濟(jì)有效地開發(fā)。

表8 典型海底管道及支架結(jié)構(gòu)用鋼[7]

Notes：[a]300 000DWT FPSO Single point moored structure. [b] four leg ,height 60m Flare tower(Straighten).The size means long multiply by breadth to multiply by Gao.[c]three leg ,height 35 m Flare tower(Present 60 degrees to tilt to one side).The size means long multiply by breadth to multiply by Gao.

圖4 混凝土配重鋼管構(gòu)造與端部形式Fig.4 Steel pipe together with to weigh construct and both ends form

在海底管道鋪設(shè)過程中，兩端鋼管焊接后，接口處由熱收縮帶、防水帽和填充物構(gòu)成(見圖5)。參考文獻(xiàn)[12]還指出：填充物通常用瀝青瑪蹄脂，其缺點(diǎn)是現(xiàn)場熔化瑪蹄脂嚴(yán)重污染環(huán)境、工作條件差、速度慢、熔化爐易出故障、能源消耗高。另外，熔化需要加熱，溫度高，易燙壞接頭部位防腐保溫層和防水端帽。所以，研究高密度聚氨酯泡沫取代傳統(tǒng)的瀝青瑪蹄脂可能是未來發(fā)展方向。

圖5 兩端鋼管接口處剖面Fig.5 Conjunction of both ends steel pipe

還有，如涂敷工藝、混凝土涂層的開裂、水泥的選擇、犧牲陽極的安裝等問題還需進(jìn)一步研究。另外參考文獻(xiàn)[4]對水深小于20 m，泡沫密度建議取為60～80kg/m3；水深大于20 m取為80～100 kg/m3。那么水深再深，泡沫密度應(yīng)為多少，值得研究。還有海上LNG的輸送管道，已成為世界級的難題。

5 結(jié) 語

本文僅涉及“海洋鋼結(jié)構(gòu)物”載體和海洋油氣工程裝置鋼管用鋼問題。目前，我國造船界的鋼材，包括某些特殊鋼，還有相當(dāng)大的數(shù)量依賴進(jìn)口，產(chǎn)生這一現(xiàn)象，值得深思。事實(shí)上，我國在超級雙向不銹鋼、鈦合金、鉻鉬合金、鎳合金等這些特殊材料及其焊接工藝也在研發(fā)，同時(shí)還需要進(jìn)行開發(fā)與生產(chǎn)。

另外，國外經(jīng)驗(yàn)也值得借鑒，諸如：韓國批量建造LNG船，其中管線、氣化設(shè)備、閥門、泵以及儲存罐內(nèi)壁金屬材料等必須具備超低溫的性能也是依賴進(jìn)口。但近年來，由韓國的中央政府、地方政府、研究機(jī)構(gòu)、大學(xué)共同投資38.6億韓元，在慶尚南道設(shè)立“造船海洋配套中心”，在2009年4月22日正式運(yùn)營。該中心主要業(yè)務(wù)是對超低溫設(shè)備和材料進(jìn)行超低溫試驗(yàn)以及質(zhì)量評估、認(rèn)證。我國在建LNG船存在同樣問題。韓國經(jīng)驗(yàn)，我國可以借鑒。建議如下[6]：

理順體系在上級有關(guān)部門的領(lǐng)導(dǎo)下，加強(qiáng)資金投入，有序地組織人力，根據(jù)行業(yè)產(chǎn)品功能特點(diǎn)與現(xiàn)行國際標(biāo)準(zhǔn)，審視已有的材料體系，進(jìn)一步理順、修訂與增補(bǔ)產(chǎn)品規(guī)格，盡快建立與國際接軌的相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。

溝通需求國內(nèi)鋼鐵企業(yè)應(yīng)把海洋用鋼列為主要經(jīng)營方向之一，不能在“無米下鍋”之時(shí)，才回過頭來關(guān)注這一市場，有些教訓(xùn)人們還是記憶猶新。在跟蹤海洋用鋼市場，做好銷售服務(wù)的同時(shí)，應(yīng)采取必要措施，擴(kuò)大與客戶之間的溝通。

重點(diǎn)突破對缺失的材料(包括焊接材料與工藝)，盡快立項(xiàng)，爭取國家支持，進(jìn)行必要的前瞻性研究與開發(fā)。重點(diǎn)突破耐蝕性能和超低溫性能。

貼近工程有針對性地與造船界、石油界的特定工程項(xiàng)目相結(jié)合，制定具體規(guī)劃，以點(diǎn)帶面。同時(shí)，呼吁盡快創(chuàng)建地域性的包括鋼管在內(nèi)的“鋼材集配中心”。

參考文獻(xiàn) References

[1] Zhao Gengxian(趙耕賢). 我國海洋鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀與展望[J].Chinese2005ofSteelStructureYearbook(中國鋼結(jié)構(gòu)2005年年鑒)，2005:146-159.

[2] Zhao Gengxian(趙耕賢).AccelerateKitEquipmentsConstructioninOceanOilandGasEquipments[C]. Zhejiang:The 6thTriangle Region in Yangtze River the Forum of Ships Industry Development Collection, 2010:37-43.

[3] Zhao Gengxian(趙耕賢).TheRequestandMarketAnalysisofOceanSteelMaterial(海洋用鋼要求及市場分析)[R]. Shanghai：Marine Design & Research Institute of China，2002，12.

[4] Zhao Gengxian(趙耕賢).關(guān)于船用材料需求及發(fā)展趨勢的探討[J].Ship&Boat(船舶)，2001，5：10-12.

[5] ABS，Rules for Building and Classing ‘Mobile Offshore Drilling Units’，2006.

[6] Zhu Jun(朱 軍)，Pan Wei(潘 瑋).BohaiSeaTheSecondStageOil-Field, 2 000 000BarrelsFPSOEspeciallyJi(渤海二期油田200萬桶FPSO特輯) [R]. TianJin： Offshore Oil Engineering Co.Ltd. Installation Company,2007.

[7] Xu Tiantian(徐田甜).JacketMaterialforLVDA5-2、LUFENG13-1、JINZHOU5-2Platform(旅大5-2平臺、陸豐13-2平臺、錦州5-2平臺的導(dǎo)管架材料) [R]. TianJin： CNOOC Ltd. TianJin Branch，2010.

[8] Su Jing(粟 京).TheBottomofSeaPiping,SteelPipe,theNationalProductTurns,Problem,Study(海底管道鋼管國產(chǎn)化問題探討) [R]. BeiJing： CNOOC Research Institute，2005.

[9] Zhang Xiaoling(張曉靈). 單層鋼管保溫配重新產(chǎn)品在海洋油田中的應(yīng)用 [J].PetroleumEngineeringConstructs(石油工程建設(shè))，2009，35 (3 ): 22-26.

[10] Liu Jieming(劉杰鳴).海管結(jié)構(gòu)國產(chǎn)鋼材應(yīng)用研究 [J].ChinaOffshoreOilandGas：Engineering(中國海上油氣：工程),2001, 13 (1 ): 54-56.