天然氣管道有多牛？西氣東輸沒有它就會「氣短」！

出品| 網易新聞

作者| 一聞，鋼鐵行業研究人員

　　了解中國能源結構的應該都知道，中國的陸上天然氣資源中，近90%都蘊藏於西部，特別是塔里木盆地，其天然氣資源量約佔全國的四分之一，而天然氣的消費量卻集中於東部發達地區，天然氣的生產和消費的區域不平衡現象十分突出。

　　為了把西部的天然氣運輸到東部地區，自2002年起，中國開工建設西氣東輸工程，目前已完成三條幹線、若干支線和聯絡線建設，構成了4萬公里的能源大動脈。支幹線已惠及18個省市自治區，使5億人從中受益。

　　西氣東輸工程成為中國乃至全球受益人口最多的天然氣管道工程，同時也是中國管道建設史上距離最長、管徑最大、管壁最厚、輸送壓力最高、技術最先進、施工條件最複雜的天然氣管道工程，建設規模和技術指標世界罕見，複雜程度堪稱世界之最。

　　在這項工程之中，國產管線鋼起到了舉足輕重的作用。

（一）天然氣從西部運輸到東部，離不開管線鋼

　　通俗地說，管線鋼就是加工管線鋼管的鋼鐵材料，包括中厚板和板卷。

　　通過加工，管線鋼後期可以捲成大口徑的管型，然後再通過焊接把這些獨立的鋼管連成一條條管道，成為輸送天然氣的鋼鐵長廊。

　　天然氣的管道一般或埋於地下或埋於深海，而且輸送管道在運行時還要承受不同地質條件的影響，此外，為了提高天然氣的輸送效率，大型天然氣輸送管道設計時總是希望增大輸送管道的口徑、提高輸送壓力，這都對管線鋼的強度提出了巨大挑戰。

　　為適應管道輸送對性能的要求，現代管線鋼普遍具有高強度、高韌性和良好焊接性的特點。

　　高韌性和焊接性意味著鋼管在野外環境下可以保持良好的整體性，不易在壓力衝擊下斷裂或變形。而高強度則保證了管線鋼製成的鋼管可以在實現大口徑的同時，承受天然氣高壓輸送過程中的極高壓力。

　　目前，管線鋼的強度已普遍由最初的300Mpa左右提高到500-600Mpa以上，這意味著管線鋼1平方厘米的面積上，可以承受一頭重達5噸的大象的壓力。

　　（管線鋼製成的鋼管）

（二）管線鋼生產： 「傻大黑粗」中的繡花針功夫

　　依照強度的不同，管線鋼劃分為不同的標號等級。國際上，管線鋼等級劃分通用的是美國石油學會（API）《API Spec 5L 管線鋼管規範》中的標號，標號越高，意味著鋼等級越高。

　　目前，X70和X80是全世界範圍內技術最成熟、應用最廣泛的兩種高強度管線鋼，西氣東輸工程建設中使用的管線鋼全部屬於這兩個鋼種。

　　以X80為例，X代表管線鋼，80代表強度級別，其單位是kpsi（千磅/平方英寸），X80表示最小屈服強度是80kpsi，轉換成公制單位為551MPa。

　　在中國，國標《GB/T 9711-2011石油天然氣工業管線輸送系統用鋼管》規定了管線鋼的等級標準，並與美國石油學會標號一一對應。X80對應中國L555標號，L代表管線鋼，555代表強度級別，單位是Mpa。

　　（國標與API規定的鋼級對照表）

　　根據測算，在管道施工中，在輸氣量相同的情況下，管線鋼每提高一個等級，可節約鋼材使用量7%～8%，節約管道建設成本3%～5%。

　　與傳統印象中鋼鐵工業「傻大黑粗」的形象不同，管線鋼屬於「高精尖」產品。現代管線鋼屬於低碳或超低碳的微合金化鋼，是高技術含量和高附加值的產品，管線鋼生產幾乎應用了冶金領域的一切工藝技術新成就。

　　（現代管道特徵與管線鋼的基本要求、關鍵技術）

　　即使擁有了上表中的各種關鍵技術，也不是所有鋼廠都能生產出合格的高級管線鋼。管線鋼生產技術代表和體現的是一家鋼廠在生產控制水平、質量保障水平和綜合技術水平方面的綜合能力。

　　管線鋼對於雜質元素含量、夾雜物、窄成分都有嚴格的控制要求，從鐵水預處理到冶煉、精鍊、連鑄，再到軋制，任何一個環節出現細微的錯誤，都會導致產品不合格。

　　（管線鋼熱軋板生產流程）

（三）X70級管線鋼填補空白，從西氣東輸一線工程開始

　　西氣東輸一線途經沙漠、戈壁、黃土高原等多種地貌，穿越江、淮、黃三大水系和地震斷裂帶及高強度地震活動區。

　　為保證管道安全，設計輸送壓力為10MPa，管徑為1016mm，採用的鋼級為X70，厚度為14.6mm，-20℃的橫向衝擊功≥120J。然而，工程啟動之時，中國尚不具備X70級鋼材生產能力，日韓鋼廠坐地起價，壟斷了X70鋼板供應。

　　為了打破國外壟斷，降低管線成本，中國歷經多輪試製生產，終於在2003年，將第一批、兩萬噸國產X70鋼板交付西氣東輸工程。X70管線鋼的應用，填補了國內管線鋼生產、制管、焊接的空白，標誌著中國管線鋼生產和制管水平躋身世界先進行列。

　　（管線鋼轉爐冶煉）

　　（管線鋼軋制）

　　在西氣東輸一線工程中，國產鋼管使用率達52%。至此，中國天然氣輸送管道管線鋼被國外壟斷的格局被打破。

（四）曾經不足8公里試驗段的X80級管線鋼，三年鋪到5000公里

　　發達國家在上個世紀中葉就開始研發X80鋼級產品。1992年，全球首條採用X80鋼的魯爾管道問世。但在西氣東輸二線建設之前，全球採用X80鋼建設的管道加在一起也只有2000公里左右，而中國只有不到8公里的試驗段。

　　國內科研院所和14家鋼鐵及制管企業組建研發團隊聯合攻關，趕在西氣東輸二線工程開工以前，研製出了合格的鋼材和鋼管，使工程所需的434萬噸X80鋼管全部實現國產化。

　　在西氣東輸二線開工後的3年之內，中國採用X80鋼建成管道5000多公里。

（西氣東輸管道）

　　與西氣東輸一線採用的X70鋼管相比，二線使用X80鋼管節約了鋼材約42萬噸，節約投資約42億元；另外，國產X80鋼板和鋼管比進口價格低30％，節約投資約84億元。同時，與一線工程的年設計輸氣量120億方相比，二線輸氣量大幅攀升至每年300億方。

　　中國工程院院士李鶴林對此曾評價說，中國的管道業以西氣東輸二線為標誌，實現了從追趕到引領的跨越。

結語

　　目前，X90、X100、X120均已生產成功，全球首次X90管線爆破試驗在中國已成功實施，並實現了自止裂，為X90管線鋼工業應用奠定了基礎。

　　據預測，中國天然氣需求量正以每年10%左右的速度增長，到2020年，天然氣需求量將達到3600億立方米。為了滿足國民經濟和社會發展對天然氣的需求，高壓、大管徑管道輸送已經成為當前油氣長輸管道發展的主要發展方向。

　　中國在研發更高級別管線鋼的征途上，從未停歇。可以相信，在未來的西氣東輸四線、五線工程建設中，這些全球最高端的管線鋼將繼續大放異彩。

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編輯| 史文慧