魏偉榮，梁 羽，侯 靜，2，劉元永，常世君，余國民

(1.中海石油深圳分公司，廣東 深圳 518067；2.中海石油研究總院，北京100027；3.中國石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院，西安710077；4.北京隆盛泰科石油管科技有限公司，北京100101)

南海深水天然氣輸送海底管線鋼管的國產(chǎn)化

魏偉榮1，梁 羽1，侯 靜1，2，劉元永1，常世君1，余國民3，4

(1.中海石油深圳分公司，廣東 深圳 518067；2.中海石油研究總院，北京100027；3.中國石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院，西安710077；4.北京隆盛泰科石油管科技有限公司，北京100101)

介紹了目前我國海底管線建設(shè)的概況。以南海東部兩個大型天然氣開發(fā)項(xiàng)目為例，分析了海底管線鋼管國產(chǎn)化的背景以及國產(chǎn)化所面臨的挑戰(zhàn)。通過嚴(yán)格的論證，制訂了海底管線鋼管國產(chǎn)化的技術(shù)路線，并對鋼管國產(chǎn)化過程中可能遇到的風(fēng)險采取了控制措施。從鋪管的高效性、試壓的合格率以及運(yùn)營的良好性等方面驗(yàn)證了鋼管國產(chǎn)化的成功。鋼管國產(chǎn)化過程中采取的技術(shù)路線和管理手段對后續(xù)類似項(xiàng)目具有一定的借鑒意義。

焊管；鋼管國產(chǎn)化；技術(shù)路線；風(fēng)險控制

0 前 言

管線輸送是石油、天然氣的一種最經(jīng)濟(jì)、合理、安全、不間斷的長距離運(yùn)輸方式，隨著全球能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整，石油、天然氣的需求量增加，促進(jìn)了管線工程的迅速發(fā)展。管線鋼管的使用從陸地發(fā)展到海上，由于海底管線海上施工條件特殊，海洋服役環(huán)境非?？量?，包括潮水、暗流、涌動、微生物、腐蝕、海上交通等等，海底油氣管線一旦發(fā)生泄漏、破壞，維修極為困難，不僅會造成重大經(jīng)濟(jì)損失，還將帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染和不良的社會影響。2004年以前，我國的海底管線用管基本依賴國外進(jìn)口，海上油氣田的開發(fā)進(jìn)度和投資受到較大影響。

2003年以來，南海東部相繼啟動的兩個大型海上氣田開發(fā)項(xiàng)目為海底管線鋼管國產(chǎn)化提供了極好的工程平臺，其中2003年啟動的番禺/惠州項(xiàng)目海底管線由位于水深198m的番禺30-1中心平臺到珠海橫琴陸上終端，管道設(shè)計(jì)壽命30年，設(shè)計(jì)壓力14.27MPa，管道規(guī)格φ508mm×14.3mm/15.9mm，鋼級X65，長度為365km；2009年啟動的南海深水天然氣開發(fā)項(xiàng)目荔灣3-1海底管線由位于水深190m的荔灣3-1中心平臺到珠海高欄陸上終端，管道設(shè)計(jì)壽命50年，設(shè)計(jì)壓力23.6MPa，管道規(guī)格φ762mm×28.6mm/30.2mm/31.8mm，鋼級分別為X65和X70，長度為261km。

1 海底管線鋼管國產(chǎn)化背景及挑戰(zhàn)

1.1 海底管線鋼管國產(chǎn)化背景

1.1.1 鋼管供貨屬賣方市場

根據(jù)以往項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，在海底管線工程設(shè)計(jì)階段，甚至在項(xiàng)目開發(fā)方案編制期間，世界范圍內(nèi)主要鋼管制造廠家均會主動積極地拜訪項(xiàng)目組，力爭成為鋼管供貨商。但在2004—2006年，世界油氣田管線工程建設(shè)處于高峰期，2004年上半年項(xiàng)目組通過各種渠道向世界知名鋼管制造廠家發(fā)出了鋼管供貨投標(biāo)邀請函，各制管廠家反饋均以訂單已滿為由，不但不能承諾按計(jì)劃要求的供貨，而且鋼管價格還遠(yuǎn)高于項(xiàng)目預(yù)算。

1.1.2 類似項(xiàng)目鋼管批量供貨業(yè)績少

由于鋪設(shè)方法和服役環(huán)境條件不同，與陸地上鋪管相比，海底管線用管技術(shù)要求很高。2009年我國第一個深水氣田荔灣3-1工程建設(shè)啟動，該工程所用管道的設(shè)計(jì)壽命長、設(shè)計(jì)壓力高、徑厚比小，不僅國內(nèi)制管企業(yè)沒有該類鋼管相關(guān)批量供貨業(yè)績，就連國外知名鋼管制造企業(yè)批量供貨的業(yè)績也很少。

1.1.3 鋼管國產(chǎn)化的基礎(chǔ)

隨著我國西氣東輸?shù)汝懙厣陷敋夤芫€項(xiàng)目的建成，國內(nèi)相關(guān)企業(yè)的煉鋼和制管水平均有了大幅提高。經(jīng)過慎重考慮并經(jīng)總公司批準(zhǔn)，項(xiàng)目組開始積極推動海底管線鋼管的國產(chǎn)化。邀請了相關(guān)專家對國內(nèi)幾家主要煉鋼企業(yè)和直縫埋弧焊鋼管制造企業(yè)進(jìn)行了考察和調(diào)研。考察內(nèi)容主要包括：工廠生產(chǎn)設(shè)備能力、質(zhì)量管理狀況、工廠QHSE體系運(yùn)行情況、制造業(yè)績、鋼管制造工藝等。經(jīng)過調(diào)研認(rèn)為，無論從煉鋼、軋板還是鋼管制造，海底管線項(xiàng)目用鋼管國產(chǎn)化具有良好的基礎(chǔ)；鋼管最終能否滿足項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求，關(guān)鍵在于從冶煉、連鑄、鋼板的控軋控冷，鋼管成型焊接、擴(kuò)徑、水壓、無損檢測、成品檢驗(yàn)等過程能否形成符合要求的質(zhì)量特性。

1.2 鋼管國產(chǎn)化面臨的挑戰(zhàn)

1.2.1 技術(shù)挑戰(zhàn)

兩個項(xiàng)目海底管線國產(chǎn)化面臨的挑戰(zhàn)不盡相同。2004年初的番禺項(xiàng)目采辦鋼管時，國內(nèi)尚無海底管線鋼管的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，項(xiàng)目所用鋼管要完成從煉鋼、鋼板到成品鋼管的全部產(chǎn)品的國產(chǎn)化。盡管國內(nèi)煉鋼和制管廠家在西氣東輸長距離管線建設(shè)中積累了不少經(jīng)驗(yàn)，但海底管線與陸地用管的性能指標(biāo)要求等仍有較大差異：如陸地用管只對鋼管的橫向力學(xué)性能有要求，而海底管線需要采用鋪管船鋪設(shè)，因其特殊的施工方法使得海底管線的上彎段和下彎段均要承受較大的軸向拉力，因此對于海底管線用管來說，橫向和縱向力學(xué)性能均要滿足相關(guān)規(guī)范要求。

番禺項(xiàng)目要求使用φ508mm的直縫埋弧焊管，制管用鋼板寬度為1 550mm，使用當(dāng)時國內(nèi)鋼廠生產(chǎn)的軋制平板并不經(jīng)濟(jì)，但可以將熱軋卷板經(jīng)校直、開平、剪裁成平板，然后再用于制造成品管。當(dāng)時世界各大鋼管制造廠的成熟作法是采用軋制平板來制造直縫埋弧焊鋼管。因此，如何消除熱軋卷板經(jīng)開平和制管工藝造成的橫向和縱向性能二次包辛格效應(yīng)、如何合理地進(jìn)行鋼板合金成分和軋制工藝的設(shè)計(jì)成為該項(xiàng)目成功與否的關(guān)鍵。

2009年荔灣3-1項(xiàng)目啟動海底管線鋼管采辦時，國內(nèi)煉鋼和制管企業(yè)裝備、制造和檢驗(yàn)水平均已有了長足的進(jìn)步，但基于設(shè)計(jì)壓力高等原因，該項(xiàng)目所用鋼管是集使用厚壁、高強(qiáng)度 、高韌性、良好可焊性熱軋鋼板按小直徑厚壁鋼管精密成型、大線能量高效優(yōu)質(zhì)焊接、全尺寸缺陷檢測、力學(xué)性能精確控制等先進(jìn)技術(shù)于一體的產(chǎn)品，對煉鋼、軋板和制管的技術(shù)水平均提出了很高的要求。

1.2.2 管理挑戰(zhàn)

番禺30-1和荔灣3-1工程是我國海洋油氣開發(fā)走向深水的標(biāo)志性項(xiàng)目，項(xiàng)目的建設(shè)順利與否將對未來深水油氣的開發(fā)建設(shè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。質(zhì)量控制是管道安全運(yùn)行的保證，是工程開發(fā)的重中之重。同時項(xiàng)目工期進(jìn)度有嚴(yán)格的要求，若鋼管國產(chǎn)化不成功將嚴(yán)重影響項(xiàng)目的建設(shè)進(jìn)度和投產(chǎn)目標(biāo)，同時還會對國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)造成一定的負(fù)面影響。而兩個項(xiàng)目都面臨著鋼管國產(chǎn)化無成熟作法可借鑒的問題，對相關(guān)管理工作更是提出較高的要求，需根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況大膽創(chuàng)新，小心求證，謹(jǐn)慎扎實(shí)地推進(jìn)鋼管國產(chǎn)化進(jìn)程。

2 制訂鋼管國產(chǎn)化技術(shù)路線

鋼管國產(chǎn)化方案一經(jīng)確定，項(xiàng)目組立即牽頭聯(lián)合國內(nèi)一流鋼廠、制管廠和監(jiān)理單位成立了鋼管國產(chǎn)化研發(fā)小組，通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠懻?，制訂了鋼管國產(chǎn)化技術(shù)路線，如圖1所示。

圖1 鋼管國產(chǎn)化技術(shù)路線

3 鋼管國產(chǎn)化過程的風(fēng)險管控

3.1 制訂產(chǎn)品試制技術(shù)路線

制訂產(chǎn)品試制技術(shù)路線，商定各方風(fēng)險共擔(dān)的原則。

鋼管國產(chǎn)化前期，各方組成的研發(fā)小組共同商定鋼管試制技術(shù)路線和風(fēng)險共擔(dān)的原則。由廠家自行負(fù)責(zé)鋼管試制材料的采辦和制造，項(xiàng)目組負(fù)責(zé)安排過程的監(jiān)造、第三方試驗(yàn)的復(fù)核和專家審查。產(chǎn)品試制合格并通過專家會認(rèn)可的廠家方可獲得鋼管采辦投標(biāo)的資格。

3.2 加強(qiáng)全員質(zhì)量參與意識

參與鋼管國產(chǎn)化的各單位高度重視，加強(qiáng)全員質(zhì)量的參與意識。

鋼管試制初期，參與各方組織制造和檢驗(yàn)人員進(jìn)行項(xiàng)目技術(shù)規(guī)格書等要求的培訓(xùn)，試制和生產(chǎn)過程中不定期組織培訓(xùn)，讓參與人員熟悉生產(chǎn)工藝參數(shù)、檢驗(yàn)方法、檢驗(yàn)頻次等技術(shù)要求，為鋼管國產(chǎn)化的順利進(jìn)行提供了基礎(chǔ)。

3.3 加強(qiáng)現(xiàn)場見證及監(jiān)管

加強(qiáng)參與制造單位的現(xiàn)場見證及監(jiān)管，現(xiàn)場討論和解決技術(shù)和管理問題。

由項(xiàng)目組、第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)和國內(nèi)制管行業(yè)有資質(zhì)的監(jiān)理單位代表組成現(xiàn)場監(jiān)造小組，全程監(jiān)控制造和檢驗(yàn)過程。通過編制和執(zhí)行試制各工序的檢驗(yàn)、試驗(yàn)內(nèi)容、要求和計(jì)劃，與廠家一同規(guī)范制造、檢驗(yàn)流程，完善如產(chǎn)品可追溯性、不合格品處理和產(chǎn)品定置等質(zhì)量管理流程。加大生產(chǎn)初期的抽檢批次，待產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定后逐步放松至正常抽檢要求。

3.4 制訂及審查制管工藝及程序文件

制訂及審查制管工藝及程序文件，緊盯關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。

制訂煉鋼軋板至制管各工序的工藝及程序文件，協(xié)調(diào)各方審查。番禺30-1項(xiàng)目海地管線鋼管國產(chǎn)化的技術(shù)核心是卷板開平和鋼管焊接工藝。煉鋼成分設(shè)計(jì)和鋼板軋制工藝需考慮熱軋卷板的縱向和橫向性能，卷板頭部、中部及尾部性能的均勻性，卷板開平成鋼板的縱向、橫向性能，以及最終加工成鋼管后鋼管的縱向、橫向性能等多種因素。鋼管試制過程中根據(jù)試制結(jié)果對煉鋼成分設(shè)計(jì)和軋板工藝參數(shù)進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，最終使用鋼板卷經(jīng)開平后成功制造出滿足規(guī)范要求的直縫埋弧焊管。

由于設(shè)計(jì)壓力高，荔灣3-1鋼管國產(chǎn)化面臨的最大技術(shù)挑戰(zhàn)是高鋼級厚壁，低溫?cái)嗔秧g性要求苛刻，而如何改善厚壁管線鋼的低溫?cái)嗔秧g性一直是世界管線鋼開發(fā)的技術(shù)難題。DNV規(guī)范允許重力落錘試樣采取減薄方式，但考慮到減薄試樣可能無法真實(shí)反映材料的性能，同時參考國外類似項(xiàng)目的做法，該項(xiàng)目重力落錘試驗(yàn)仍堅(jiān)持使用全壁厚試樣。最終生產(chǎn)出的鋼管落錘全尺寸試驗(yàn)全部合格，成功生產(chǎn)出高斷裂韌性鋼管。

3.5 第三方實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立復(fù)核產(chǎn)品性能

在鋼管試制過程中，除了鋼管制造廠按照項(xiàng)目技術(shù)規(guī)格書要求對試制鋼管進(jìn)行所有試驗(yàn)外，項(xiàng)目組還安排隨機(jī)抽樣送至具有國家認(rèn)可資質(zhì)的第三方實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行全套獨(dú)立復(fù)核試驗(yàn)，將其結(jié)果與廠家試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對，以驗(yàn)證廠家的設(shè)備和檢驗(yàn)結(jié)果是否存在偏差，保證檢驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性和可靠性。

3.6 引入專家審查制度

引入專家審查制度，為鋼管試制和小批量生產(chǎn)把關(guān)，并為下一步的計(jì)劃提出建設(shè)性意見。

在廠家產(chǎn)品試制成功及試驗(yàn)結(jié)果與第三方復(fù)核吻合后，召開專家審查鑒定會，邀請由國內(nèi)資深煉鋼、制管、海底管線鋼管設(shè)計(jì)和安裝專家組成的專家組對項(xiàng)目鋼管的技術(shù)要求、試制工藝參數(shù)的確定、檢驗(yàn)結(jié)果等進(jìn)行審查把關(guān)。

專家審查會結(jié)束會后，組織各鋼廠和制管廠召開會議，落實(shí)專家審查意見，對專家每一條審查意見進(jìn)行認(rèn)真討論并制定了整改和改進(jìn)措施，為鋼管大批量生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.7 召開相關(guān)專題會議

召開專題會議，分析缺陷原因，找出解決措施，布置下一步行動計(jì)劃。

在鋼管試制過程中，對影響鋼管質(zhì)量的問題，項(xiàng)目組及時組織各方召開原因分析會，分析影響質(zhì)量的原因，提出整改措施，完善生產(chǎn)和檢驗(yàn)工藝文件，為鋼管大批量生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。如番禺項(xiàng)目鋼管檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)某爐號鋼板母材存在不同程度的表面質(zhì)量問題，主要有母材表面劃傷、母材表面重皮和母材表面異物壓入等。經(jīng)現(xiàn)場協(xié)商后決定：①經(jīng)理化性能試驗(yàn)確認(rèn)重皮和異物壓入缺陷，對該爐號已制造的鋼管全部隔離，并安排逐根無損檢驗(yàn)；②召開由鋼廠、板材運(yùn)輸廠家及制管廠參加的鋼板母材質(zhì)量分析會，分析原因并制定措施；③除在制管廠內(nèi)加強(qiáng)入庫和發(fā)貨前的檢查外，還要求該批鋼管進(jìn)入涂敷廠噴砂除銹后對鋼管管體表面加大外觀檢驗(yàn)力度。通過上述措施保證了用于海底管線工程的鋼管質(zhì)量。

4 鋼管國產(chǎn)化成果驗(yàn)證及意義

眾所周知，海上鋪管施工船舶和設(shè)備費(fèi)用昂貴，為提高施工效率和降低項(xiàng)目投資，必須嚴(yán)格控制海上鋪設(shè)鋼管的幾何尺寸精度和鋼管材料的可焊性。鋼管管端的橢圓度和直徑誤差是影響現(xiàn)場施工組對焊接的最直接因素，橢圓度好、直徑誤差小的鋼管可極大地提升鋼管在線組對的速度，并可為海底管線焊接提供良好的質(zhì)量保證。而橢圓度不好、直徑誤差大的鋼管將會極大降低海底管線鋼管組對的速度，就算勉強(qiáng)完成組對，也會造成錯皮、八字口等問題，從而無法保證海底管線鋼管的焊接質(zhì)量，更甚者超標(biāo)嚴(yán)重的鋼管將無法正常組對，需要退出作業(yè)線，這就會嚴(yán)重影響鋪設(shè)速度。鋼管的可焊性是影響海底管線鋼管現(xiàn)場焊接速度和焊接質(zhì)量的最重要因素，鋼管可焊性的高低主要取決于鋼板化學(xué)成分的設(shè)計(jì)。如果鋼管的可焊性不高，可能需要采取額外的預(yù)熱和焊后熱處理，并會導(dǎo)致焊接時焊接區(qū)域淬硬傾向增大、塑性下降，容易產(chǎn)生焊接裂紋，嚴(yán)重影響焊接速度和質(zhì)量。

經(jīng)各參與方的高度重視和全力合作，國產(chǎn)鋼管尺寸控制精度較高且具有良好的可焊性，為海上鋪管的快速進(jìn)行提供了良好的基礎(chǔ)。2005年番禺30-1項(xiàng)目Hercules鋪管船日鋪設(shè)φ508mm的單節(jié)點(diǎn)鋼管最高記錄超過5km，2013年荔灣3-1項(xiàng)目G1201鋪管船日鋪設(shè)φ762mm的單節(jié)點(diǎn)大壁厚鋼管最快達(dá)到2.7km。兩個項(xiàng)目海底管線鋪設(shè)完畢后整體水壓試驗(yàn)均一次成功，番禺項(xiàng)目海底管線運(yùn)營已超過8年，荔灣項(xiàng)目海底管線投入使用也已超過半年，運(yùn)營情況良好。

兩個項(xiàng)目鋼管國產(chǎn)化的成功實(shí)施，均節(jié)省了數(shù)億元人民幣的工程投資，各參與方也取得了良好的供貨業(yè)績和經(jīng)濟(jì)效益。國產(chǎn)直縫埋弧焊管在我國海底管線工程中的成功應(yīng)用，不僅填補(bǔ)了國內(nèi)海底管道用管生產(chǎn)的空白，也標(biāo)志著我國制管行業(yè)已經(jīng)邁入了國際先進(jìn)水平，減少了對國外管材的依賴性，拓寬了后續(xù)項(xiàng)目的采辦渠道，為提高我國相關(guān)行業(yè)的國際競爭力起到了推動作用。

5 結(jié) 語

南海東部兩個大氣田項(xiàng)目海底管線鋼管國產(chǎn)化面臨的挑戰(zhàn)各有特點(diǎn)，鋼管國產(chǎn)化合作團(tuán)隊(duì)通過充分的市場調(diào)研，謹(jǐn)慎制訂科學(xué)的技術(shù)路線，精誠合作，克服重重困難成功實(shí)現(xiàn)鋼管國產(chǎn)化，形成了一套成熟的從煉鋼到制管全過程的生產(chǎn)和檢驗(yàn)工藝技術(shù)，摸索出一套可行的海管國產(chǎn)化管理流程和作法，在保證項(xiàng)目工期的同時，也節(jié)省了工程投資，對后續(xù)同類項(xiàng)目的國產(chǎn)化實(shí)施具有重要的借鑒意義。

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Localization of Steel Pipe Used for Natural Gas Transportation in South China Sea

WEI Weirong1,LIANG Yu1,HOU Jing1,2,LIU Yuanyong1,CHANG Shijun1,YU Guomin3,4

(1.Shenzhen Branch of CNOOC,Shenzhen 518067,Guangdong,China；2.Research Institute of CNOOC，Beijing 100027,China;3.CNPC Tubular Goods Research Institute,Xi’an 710077,China;4.Beijing Longshine Oil Tubular Technology Co.,Ltd.,Beijing 100101,China)

In this article,it introduced the construction status of China subsea pipeline.Taking two large natural gas development projects in east of South China Sea as examples,it introduced the background and the faced challenge of the submarine piepline localization.Through rigorous demonstrability,it drew up the technology approach,and adopted control measures for risks may encounter in steel pipe localization process.From the pipeline laying efficiency,hydrotest qualified rate and well-running verify the success of localization of steel pipe.The technical approach and management methods used in the process of localization are with significant references for subsequent similar projects.

welded pipe;localization of Steel Pipe；technical approach；risk control

TE973

B

1001-3938(2015)03-0024-05

魏偉榮(1972—)，男，高級工程師，南海深水天然氣輸送海底管線項(xiàng)目部總經(jīng)理，現(xiàn)從事海洋石油天然氣開發(fā)項(xiàng)目建設(shè)工作。

2014-10-11

羅 剛