張瑋瑋

1.前言

我國是石油和天然氣的消費(fèi)大國，但油氣資源儲(chǔ)量不足。近幾年隨著開采設(shè)備與技術(shù)的發(fā)展，油氣開采量不斷創(chuàng)新高，但國內(nèi)對油氣需求增長更快，產(chǎn)量/消費(fèi)量的比例在下降，油氣資源對外依存度較高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年我國原油產(chǎn)量1.99億噸，同比增長2.4%；表觀消費(fèi)量7.04億噸，同比增長1.1%；原油對外依存度約為72%，同比下降1.6個(gè)百分點(diǎn)。2021年我國天然氣產(chǎn)量2076億m3，同比增長8.2%，表觀消費(fèi)量3726億m3，同比增長12.7%，天然氣對外依存度為46%，同比上升2.8個(gè)百分點(diǎn)。為保障油氣資源供應(yīng)安全，我國自“十一五”以來持續(xù)加大對油氣資源的戰(zhàn)略布局，國際間能源合作已取得重大進(jìn)展，“西北、東北、西南和海上”四大油氣進(jìn)口戰(zhàn)略通道已基本形成，這對保障國家能源供應(yīng)意義重大?！笆奈濉睍r(shí)期，為應(yīng)對全球日益復(fù)雜的國際形勢和能源戰(zhàn)略安全，國家強(qiáng)化了對油氣資源保障系統(tǒng)的建設(shè)，特別是要增強(qiáng)油氣供應(yīng)能力和儲(chǔ)運(yùn)能力的建設(shè)。本文重點(diǎn)介紹油氣管線建設(shè)、產(chǎn)業(yè)政策、管線用鋼發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢等方面內(nèi)容，為油氣管線行業(yè)發(fā)展提供參考和借鑒。

2.全球油氣管線建設(shè)發(fā)展

截至2020年，全球主要地區(qū)已建成的在役油氣管線總里程數(shù)達(dá)到約202萬km（見圖1），其中天然氣管線總里程約為135萬km，約占總里程數(shù)的67%，原油管線總里程數(shù)約為40萬km，約占總里程數(shù)的20%，成品油管線總里程數(shù)約為27萬km，約占總里程數(shù)的13%。從油氣管線敷設(shè)地區(qū)來看，主要集中在北美地區(qū)、歐洲地區(qū)、俄羅斯及中亞地區(qū)和亞太地區(qū)。

北美地區(qū)油氣資非常豐富，管線系統(tǒng)非常發(fā)達(dá)，油氣管線總長度位于全球第一，在役管線總里程數(shù)約為84萬km，占全球的41.7%，其中，天然氣管線、原油管線和成品油管線分別約為55萬km、18.4萬km和10.7萬km。北美地區(qū)近些年對油砂資源和頁巖氣資源的開采非常重視，油氣產(chǎn)量增長較快，其中美國已成為世界最大的頁巖氣生產(chǎn)國，其油氣基礎(chǔ)設(shè)施和管網(wǎng)系統(tǒng)非常發(fā)達(dá)，約占北美地區(qū)油氣管線總里程的86%。

歐洲地區(qū)是油氣資源的重要消費(fèi)地區(qū)，油氣資源對外依存度較高，主要圍繞區(qū)域內(nèi)部管線系統(tǒng)和進(jìn)口天然氣管線的建設(shè)，在役油氣管線總里程數(shù)為31.5萬km，約占全球的15.6%，其中天然氣管線、原油管線和成品油管線分別約為26.7萬km、2.4萬km和2.4萬km。

俄羅斯及中亞地區(qū)是全球主要的石油和天然氣產(chǎn)出國和出口國，也是中國重要的油氣資源國際合作伙伴，對中國油氣資源的進(jìn)口保障具有重要意義。俄羅斯及中亞地區(qū)的油氣管線系統(tǒng)在前蘇聯(lián)時(shí)期業(yè)已形成，為加大對中國和歐洲地區(qū)油氣資源出口，近些年不斷修建跨國油氣管線，截至2020年底，其在役油氣管線總里程數(shù)約29.6萬km，約占全球14.7%，其中天然氣管線、原油管線和成品油管線分別約為21.3萬km、6.3萬km和2.0萬km。

亞太地區(qū)對油氣資源需求持續(xù)增長，尤其是中國和印度等發(fā)展中大國對油氣資源的需求增長迅猛，國內(nèi)油氣產(chǎn)量無法滿足消費(fèi)需求，每年需要進(jìn)口大量能源，新建、擬建管線工程規(guī)模巨大，截至2020年底，其在役油氣管線總里程數(shù)約28.6萬km，約占全球14.2%，其中天然氣管線、原油管線和成品油管線分別約為18.2萬km、5.0萬km和5.5萬km（見圖1）。

圖1 2020年全球主要地區(qū)在役油氣管線建設(shè)情況

在擬建和在建項(xiàng)目方面，主要建設(shè)項(xiàng)目為天然氣管線，其次為原油管線。截至2020年底，全球在建油氣管線總里程數(shù)約有6萬km，主要分布在亞太地區(qū)（約占36%）、俄羅斯及中亞地區(qū)（約占22%）、北美地區(qū)（約占17%）和歐洲地區(qū)（約占10%）；全球遠(yuǎn)期規(guī)劃建設(shè)油氣管線項(xiàng)目總里程數(shù)約12萬km，主要分布在北美地區(qū)（約占25%）、中東及非洲地區(qū)（約占25%）、拉丁美洲（約19%）和亞太地區(qū)（約15%）。由此可見，未來亞太地區(qū)將是全球管線建設(shè)的熱點(diǎn)地區(qū)，俄羅斯及中亞地區(qū)管線建設(shè)需求較大，但受政治因素影響較大，具有較大的不確定性，北美及歐洲地區(qū)因油氣管線基礎(chǔ)設(shè)施條件較好，主要是進(jìn)一步完善管網(wǎng)建設(shè)，中東及非洲地區(qū)管線建設(shè)潛力較大，但不確定因素較大。

3.我國油氣管線建設(shè)發(fā)展

自2000年開始，我國油氣管線建設(shè)進(jìn)入了高速發(fā)展時(shí)期，管線建設(shè)規(guī)模和速度均居于世界前列，積極按照“北油南運(yùn)”、“西油東進(jìn)”、“西氣東輸”、“海氣登陸”的油氣輸送布局建設(shè)推進(jìn)，先后建成西氣東輸一線/二線、陜京二線/三線、川氣東送管線、中亞管線等多條具有國際重要影響力的重大長輸管線工程，極大提升了國內(nèi)管線工程建設(shè)、產(chǎn)線裝備和工藝技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用水平，帶動(dòng)了管線用鋼的快速發(fā)展。截至2020年底，中國油氣管線總里程已達(dá)到14.5萬km，其中天然氣管線約8.54萬km，原油管線約3.05萬km，成品油管線約2.91萬km，天然氣管線、原油管線和成品油管線分別占管線里程數(shù)的比例為59%、21%和20%；建成LNG接收站22座，LNG接收能力9310萬t/a；建成儲(chǔ)氣庫（群）14座，庫容規(guī)模達(dá)531.95億m3，有效工作氣量約148.92億m3，對中國油氣資源穩(wěn)定供應(yīng)和能源安全發(fā)揮了重要的支撐保障作用。

“十三五”時(shí)期，我國為推動(dòng)油氣管線持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展，國家和地方層面先后出臺了一系列政策文件：2016年12月29日，國家發(fā)改委、國家能源局印發(fā)《能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命戰(zhàn)略（2016-2030）》，旨在推動(dòng)能源消費(fèi)革命、能源供給革命、能源技術(shù)革命、能源體質(zhì)革命，以構(gòu)建清潔低碳新體系，實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約高效利用，同時(shí)加強(qiáng)國際合作，提升能源綜合保障能力；2017年5月，國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于深化石油天然氣體制改革的若干意見》，部署八方面改革任務(wù)，即完善并有序放開油氣勘查開采體制、完善油氣進(jìn)出口管理體制、改革油氣管網(wǎng)運(yùn)營機(jī)制、深化下游競爭性環(huán)節(jié)改革、改革油氣產(chǎn)品定價(jià)機(jī)制、深化國有油氣企業(yè)改革、完善油氣儲(chǔ)備體系、建立健全油氣安全環(huán)保體系；2017年7月，國家發(fā)改委、國家能源局印發(fā)《中長期油氣管網(wǎng)規(guī)劃》，規(guī)劃要求加快構(gòu)建“銜接上下游、溝通東西部、貫通南北方”的油氣管網(wǎng)體系；2019年2月，國家能源局印發(fā)《石油天然氣規(guī)劃管理辦法》（2019年修訂），強(qiáng)調(diào)要大力提升國內(nèi)油氣勘探開發(fā)力度，保障能源安全，按照“全國一張網(wǎng)”的理念優(yōu)化管線布局，提升管網(wǎng)輸送能力，擴(kuò)大管網(wǎng)覆蓋范圍，按照集約布局、適度超前的原則，加快完善地下儲(chǔ)氣庫和沿海LNG接收站布局。

根據(jù)“十三五”時(shí)期的《中長期油氣管網(wǎng)規(guī)劃》，預(yù)計(jì)到2025年，中國油氣管網(wǎng)總里程將達(dá)到24萬km，其中天然氣管線約16.3萬km，原油管線約3.7萬km，成品油管線約4.0萬km。對照2020年已建成油氣管線里程來看，為完成2025年建設(shè)目標(biāo)，我國尚有9.5萬km規(guī)劃的油氣管線需要加快建設(shè)，其中天然氣管線約為7.76萬k，占比約為81.7%。

“十四五”時(shí)期，在全面進(jìn)入建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國家新階段和“3060雙碳”新目標(biāo)下，我國油氣行業(yè)將進(jìn)入加速變革和全面推進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展的新時(shí)期。2022年1月29日，國家發(fā)改委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》，對“十四五”及今后一段時(shí)期現(xiàn)代能源體系建設(shè)的指導(dǎo)方針、主要目標(biāo)、任務(wù)舉措作了全面部署，油氣行業(yè)要以推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展為主題，積極適應(yīng)能源轉(zhuǎn)型和綠色低碳生產(chǎn)，堅(jiān)定不移加大國內(nèi)油氣勘探開發(fā)力度，堅(jiān)持常非并舉、海陸并重，積極擴(kuò)大非常規(guī)資源勘探開發(fā)力度，增強(qiáng)油氣供應(yīng)能力，統(tǒng)籌推進(jìn)地下儲(chǔ)氣庫、液化天然氣接收站等儲(chǔ)氣設(shè)施建設(shè)，不斷提升儲(chǔ)備調(diào)峰能力，深化油氣體制機(jī)制改革，持續(xù)強(qiáng)化國際油氣合作，構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源生產(chǎn)和消費(fèi)體系。

2021年，我國新建成油氣長輸管線總里程數(shù)約為5414km，其中天然氣管線新建成里程約3126km；原油管線新建成里程1690km；成品油管線新建成里程598km。2021年續(xù)建或開工、2022年及以后建成的主要油氣管線總里程預(yù)計(jì)超過7000km。可見，在未來較長的一段時(shí)間，我國油氣管線建設(shè)仍將保持高速發(fā)展趨勢，未來油氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)發(fā)展將緊密圍繞綠色、安全、智能展開，研發(fā)方向主要集中在油氣儲(chǔ)運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施高效建設(shè)、關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化、管線本質(zhì)安全、管網(wǎng)高效運(yùn)行以及智慧管網(wǎng)建設(shè)等方面。

4.油氣管線用鋼發(fā)展特點(diǎn)及趨勢

油氣管線的建設(shè)一直在追求“提高輸量、降低成本”，因而提高鋼級、增大壁厚是提高輸量、降低成本的最有效途徑，這也就推動(dòng)了國內(nèi)外高鋼級、大口徑、大壁厚鋼管的研發(fā)和利用。同時(shí)，為了保障油氣管線運(yùn)行的安全性，油氣輸送鋼管要具有與鋼級、輸送壓力相匹配的止裂韌性。鋼級越高、輸送壓力越大，所需的止裂韌性越高，如要求DWTT斷口具有足夠的韌性剪切面積，高的夏比沖擊功和沖擊剪切面積，以避免輸氣管線的脆性斷裂擴(kuò)展。此外，油氣資源開采面臨的地質(zhì)環(huán)境越來越復(fù)雜，輸送管線用鋼需要具有耐低溫、耐腐蝕、抗大變形、良好的自止裂韌性和優(yōu)良的焊接性能等。

我國油氣管線用鋼自2000年后開始快速發(fā)展，隨著西氣東輸一線、二線、三線，陜京二線、三線、四線，中亞管線、中緬管線、中俄管線等一大批重點(diǎn)管線工程的逐步建設(shè)，極大地推動(dòng)了我國管線鋼生產(chǎn)技術(shù)水平，管線鋼產(chǎn)品質(zhì)量、種類和生產(chǎn)規(guī)模都得到了快速提升，我國已經(jīng)成為高品質(zhì)管線鋼和管線鋼管的生產(chǎn)強(qiáng)國。經(jīng)過多年的發(fā)展，管線鋼產(chǎn)品的研發(fā)和應(yīng)用呈現(xiàn)出以下幾方面特點(diǎn)：

4.1 高強(qiáng)韌性

X80管線鋼是當(dāng)前油氣輸送管線領(lǐng)域大批量商業(yè)化應(yīng)用的最高鋼級，其組織主要以針狀鐵素體和少量貝氏體為主，晶粒尺寸為10級或更細(xì)，具有較高的強(qiáng)韌性匹配，是國內(nèi)重大管線工程主干線首選鋼級，鋼管外徑常用規(guī)格為φ1219mm。中俄東線管線工程中，為了提高天然氣輸送效率，首次采用了國產(chǎn)φ1422mm×25.7/30.8mm的X80直縫埋弧焊管和φ1422mm×21.4/22mm的X80螺旋埋弧焊管，整體性能穩(wěn)定性好，產(chǎn)品合格率高。中俄東線管線工程中應(yīng)用的超大管徑、超大壁厚X80管線鋼管，開創(chuàng)了我國油氣輸送管線領(lǐng)域之最。而國外管線建設(shè)中，仍以X70鋼級為主，少量采用X80高鋼級管線鋼管。X90及以上超高強(qiáng)度管線鋼也相繼研制成功，其中X90管線鋼主要以中國研制為主，并進(jìn)行試驗(yàn)段的敷設(shè)，初步具備批量應(yīng)用的條件；而X100和X120管線鋼國內(nèi)外均已試制成功，但距批量應(yīng)用尚有較大距離，國外僅進(jìn)行了試驗(yàn)段的敷設(shè)，且實(shí)際運(yùn)行壓力均未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。超高強(qiáng)度管線鋼在自止裂韌性和焊接性能等方面還需要進(jìn)行更多攻關(guān)研究。

4.2 大壁厚

為適應(yīng)深海管線工程的服役環(huán)境，深海用管線鋼管一般要求具有較大厚徑比（壁厚大，管徑相對要小）、較低屈強(qiáng)比、較高的形變強(qiáng)化指數(shù)和均勻延伸率、優(yōu)良的縱向拉伸性能和良好的焊接性等，同時(shí)對鋼管的尺寸精度要求較高。因而，相比陸地管線鋼，深海用管線鋼具有更嚴(yán)格的合金設(shè)計(jì)和較高的鑄坯質(zhì)量要求，其成分特點(diǎn)是低的碳含量和低的碳當(dāng)量，且S、P含量控制較低，鑄坯中心偏析要求更為嚴(yán)格。目前，我國海底管線建設(shè)中普遍應(yīng)用的是X65MO，X70MO應(yīng)用較少，鋼管最大壁厚為31.8mm，D/t最小為20.0，相比國外深海管線用鋼仍有較大差距。此外，為了提高輸送效率，油氣管線在提高強(qiáng)度等級、擴(kuò)大管徑的同時(shí)，也加大了管線壁厚，而厚壁管線鋼的落錘性能、低溫韌性和整板性能的均勻性一直是控制的難點(diǎn)。

4.3 耐腐蝕性

酸性環(huán)境服役的油氣管線項(xiàng)目越來越多，要求輸送管線具有較好的抗SSCC和HIC性能，這就要求酸性服役環(huán)境下的管線鋼必須具有較高的純凈度，S、P、H、O等有害元素控制在較低濃度水平，同時(shí)要嚴(yán)格控制夾雜物含量和形態(tài)，并通過精準(zhǔn)控軋控冷工藝，充分細(xì)化晶粒度，提高鋼材成分和組織的均勻性，減少帶狀偏析等。國外批量供應(yīng)的抗HIC管線鋼最高鋼級為X70MS，但實(shí)際應(yīng)用較多的仍為X65MS及以下鋼級，主要應(yīng)用在中東地區(qū)。我國抗HIC管線鋼也有了快速發(fā)展，部分鋼廠已成功開發(fā)出了X70MS及以下系列等級抗酸管線鋼，批量應(yīng)用的主要是X65MS及以下鋼級?？顾峁芫€鋼的應(yīng)用需求越來越多，尤其是在“雙碳”發(fā)展目標(biāo)的約束下，針對CO2腐蝕、Cl-腐蝕、H2S腐蝕，以及多種腐蝕介質(zhì)共存環(huán)境下的抗酸管線鋼的研究越來越受到行業(yè)重視，各鋼鐵企業(yè)和相關(guān)研究機(jī)構(gòu)均在積極研制開發(fā)，已成為行業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)。

4.4 耐低溫韌性

油氣管線向高寒、極地等地區(qū)發(fā)展，管材服役溫度較低，對材料在低溫環(huán)境下的韌性能提出了更高要求。耐低溫管線鋼一般要求具有較低的C-Mn含量，良好的鋼水潔凈度，對S、P、金屬夾雜物及帶狀偏析等有著嚴(yán)格的要求，而且管線壁厚較厚。我國在西氣東輸二線工程上，首次成功開發(fā)應(yīng)用了φ1219mm×27.5mm的X80低溫站場用鋼，-40℃沖擊功≥120J，-35℃ DWTT落錘撕裂剪切面積≥40%。不同管線工程因具體環(huán)境溫度不同，低溫韌性指標(biāo)有著較大不同，耐低溫管線鋼管仍然是研發(fā)熱點(diǎn)。

4.5 抗變形能力

油氣管線在經(jīng)過地質(zhì)沉降、塌陷、滑移帶、地震等復(fù)雜地區(qū)時(shí)，管線將經(jīng)歷著較大的屈曲變形，這就要求管線鋼具有較高的形變?nèi)萘?，也就是要具有高的形變?qiáng)化指數(shù)、較低的屈強(qiáng)比、較高的均勻延伸率等。因而，抗大變形管線鋼常采用雙相組織控制路線，其典型組織為F+B、B+M/A，主要是通過在線熱處理工藝或弛豫相變控制軋制工藝生產(chǎn)。2011年，我國在中緬油氣管線工程項(xiàng)目中首次長距離采用了國產(chǎn)X70HD大變形管線鋼管，填補(bǔ)了中國基于應(yīng)變設(shè)計(jì)管線鋼的制造空白，2012年在西氣東輸三線中進(jìn)行了φ1219mm×26.4mm的X80HD大變形管線鋼管的試驗(yàn)段敷設(shè)，填補(bǔ)了中國高強(qiáng)度X80HD大應(yīng)變管線鋼管的制造空白，標(biāo)志著我國在基于應(yīng)變設(shè)計(jì)管線鋼領(lǐng)域取得了較大進(jìn)步。

目前，我國油氣管線用鋼和鋼管的制造能力，已取得了較大進(jìn)展，產(chǎn)線裝備和工藝技術(shù)得到了較大提升，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到世界先進(jìn)水平。對于X80及以下鋼級的常規(guī)性能要求管線鋼，國內(nèi)眾多中厚板生產(chǎn)企業(yè)、熱軋板生產(chǎn)企業(yè)和鋼管生產(chǎn)企業(yè)均已具備批量生產(chǎn)能力，如寶武、鞍鋼、首鋼、南鋼、河鋼、湘鋼、沙鋼、舞鋼、本鋼、包鋼、山鋼、營鋼等一大批熱軋板材企業(yè)均已成功開發(fā)了系列管線鋼產(chǎn)品；巨龍鋼管廠、寶雞鋼管廠、寶世順鋼管廠、沙市鋼管廠、珠江鋼管廠、勝利鋼管廠、萬基鋼管廠、浙江金洲管線等鋼管企業(yè)也先后成功開發(fā)了系列管線鋼管產(chǎn)品。其中，一些優(yōu)秀鋼鐵企業(yè)和鋼管企業(yè)聯(lián)合開發(fā)了X90、X100和X120超高強(qiáng)度管線鋼/鋼管，耐低溫、抗酸、抗大變形等特殊性能要求的管線鋼和鋼管產(chǎn)品。

5.結(jié)語

全球油氣管線建設(shè)逐漸加速，尤其是天然氣管線建設(shè)需求較大，主要建設(shè)熱點(diǎn)集中在亞太地區(qū)和俄羅斯及中亞地區(qū)。我國油氣資源相對不足，但每年對油氣資源的需求不斷增長，“十四五”及中長期將有大量重要油氣管線需要建設(shè)，必將迎來新一輪的建設(shè)高潮。

隨著油氣管線建設(shè)環(huán)境和服役環(huán)境的變化，對油氣管線用鋼也提出了新的性能要求，大管徑、大壁厚、高強(qiáng)韌性、良好耐低溫韌性、抗酸性、抗應(yīng)變能力、自止裂韌性和優(yōu)良的焊接性能等是管線鋼發(fā)展方向。國內(nèi)鋼鐵企業(yè)和鋼管企業(yè)應(yīng)持續(xù)關(guān)注管線鋼的發(fā)展趨勢，不斷加強(qiáng)上下游間的合作，共同提升管線鋼產(chǎn)品的性能和質(zhì)量穩(wěn)定性，不斷開發(fā)新的產(chǎn)品以滿足工程建設(shè)需求，同時(shí)需要重視管線鋼產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系的優(yōu)化和完善，推動(dòng)油氣管線行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

參考文獻(xiàn)略