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天然氣管道建設(shè)，未來在資源儲采比值較高的前提下，天然氣勘探開發(fā)將獲得更大規(guī)模發(fā)展，管道建設(shè)將更能得到國家宏觀面的支持。尤其是由資源豐富地區(qū)如四川、鄂爾多斯等輸往環(huán)渤海、長三角等經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，由柴達木等臨近氣田輸往“少、邊”地區(qū)如西藏等管道建設(shè)將特別受到重視。前者著眼于經(jīng)濟快速發(fā)展；后者著眼于邊疆穩(wěn)定、和諧社會的建設(shè)，減少西藏地區(qū)民眾薪柴和牛糞使用量，保護、優(yōu)化當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，保持國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。為加大輸送量，未來天然氣管道的口徑將明顯加大，以適應超大輸送量的需求。美國、俄羅斯等上世紀70年代已經(jīng)大規(guī)模使用1200毫米口徑管道，代表了世界天然氣管道的發(fā)展趨勢。
預計2008年～2010年（三年）國內(nèi)可能開工建設(shè)天然氣管道有，格爾木拉薩管道（與現(xiàn)有成品油管道近距離鋪設(shè)）； 新疆上海線（西氣東輸2線）； 環(huán)京津線； 四川上海（西氣東輸）2線；鄭州-武漢-長沙-廣州-深圳-南海線等。 緬甸（實兌港 Sittwwe）-云南（氣）線；南美洲（近南北向）原油天然氣管道（部分）；共計約30000公里，平均每年新建成10000公里。2011年～2015年可能開工建設(shè)的有，忠（縣）武（漢）2線；陜京3線；新疆上海（西氣東輸）3線；東部沿海港口液化天然氣卸船二次接駁管道網(wǎng)；伊朗-巴基斯坦-中國（氣）；阿聯(lián)酋、伊朗-巴基斯坦-印度-中國（氣）；泰國克拉地峽（Isthmus of Kra）氣管道；南美洲（近南北向）原油天然氣管道（部分）； 蘇丹、尼日利亞、秘魯、哥倫比亞等管道；國內(nèi)、外海底輸氣管道等。共計約55000公里，平均每年新建成11000公里，形成與市場相匹配的全國性網(wǎng)絡(luò)，確保中心城市能聯(lián)及2～3個天然氣供應源。
如果天然氣國內(nèi)外資源形勢、消費形式更為樂觀，比較積極的預測結(jié)果為：到2015年，我國的油氣管道將接近20萬公里長，其中天然氣管道將占總管道長度的二分之一左右，仍低于美國、俄羅斯等國三分之二的比重。上述情況表明，當今我國油氣管道已經(jīng)進入新一輪大發(fā)展時期。
根據(jù)我國國民經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃，到2050年，我國將達到中等發(fā)達國家的經(jīng)濟發(fā)展水平，對能源、油氣管道的需求將是旺盛的?？紤]到管道業(yè)發(fā)展相對于國民經(jīng)濟、能源經(jīng)濟發(fā)展的滯后性，考慮到國內(nèi)在役管道的更換、維修等業(yè)務，考慮到國外如俄羅斯、印度、非洲、中東、南美洲等管道大規(guī)模建設(shè)、大規(guī)模在役管道維修等業(yè)務需求，考慮到未來油氣資源勘探開發(fā)重點區(qū)域?qū)⑥D(zhuǎn)向海域，可以比較保守地預測：至少自2008年～2030年的期間內(nèi)是屬于油氣管道行業(yè)、管道建設(shè)機械行業(yè)包括吊管機制造等發(fā)展的“黃金時期”。
油氣管道用鋼
油氣管道建設(shè)極大地帶動了鋼管制造業(yè)。油氣管道特別是天然氣管道發(fā)展的一個重要趨勢是采用大口徑高壓輸送和選用高鋼級管材。目前全世界石油、天然氣管線的總長約2.7×106km，隨著石油工業(yè)的發(fā)展，油氣長輸送管線趨向大口徑、高壓力輸送和海底管道厚壁化。例如，敷設(shè)于陸地上的長輸管線直徑為Φ762～Φ1 422 mm，中距離管線直徑為Φ406～Φ812mm，海底管線直徑為Φ508～Φ762mm，輸氣管線管的屈服強度為420～500 MPa(約相當于X60～X70，X80～X100尚處于試驗階段)，輸油管線管的屈服強度為306～450MPa(約相當于X52～X65)；輸氣管線的工作壓力為7.0～14.0MPa，輸油管線的工作壓力為5.0～9.0MPa。
采用高壓輸送和選用高強度管材，可大幅度節(jié)約管道成本。采用高壓輸送可減少管徑，通過高鋼極管材的開發(fā)和應用可減少鋼管的壁厚，進而減輕管子的重量，并減少焊接時間，從而大大降低鋼材使用量和建設(shè)成本。例如，采用管材X100比X65、X70節(jié)約費用30％左右，節(jié)約管線建設(shè)成本10％～12％。20世紀50～60年代世界輸氣最高壓力為6.3MPa，70～80年代提高到10MPa，90年代已達14MPa，而且國外新建天然氣管道的設(shè)計工作壓力都在10MPa以上。目前，輸氣管道的設(shè)計和運行壓力已達15MPa，甚至20MPa，有些管道甚至考慮采用更高的壓力。隨著輸氣管道輸送壓力的不斷提高，輸送鋼管也相應地迅速向高鋼級發(fā)展，20世紀60年代一般采用X52鋼級，70年代普遍采用X60～X65鋼級，近年來以X70為主，X80也已開始試用。近幾年，國外新建的管道基本上都是X70鋼級，目前X80鋼級已開始被大量采用，據(jù)悉全世界敷設(shè)的X80管道已達到1000公里以上。
高壓輸送或嚴酷的環(huán)境對管線管從油氣輸送管的發(fā)展趨勢、管線服役條件、主要失效形式和失效原因的綜合評價，提出對管線管的主要性能要求是高強度、高韌性、可焊性和耐蝕性。其中難點和重點是高韌性。對韌性要求的提高，促進了管線鋼在低合金高強度鋼的基礎(chǔ)上向前發(fā)展，在鋼的成分設(shè)計和冶煉、連鑄、軋制工藝上采取了許多措施，例如產(chǎn)品中氧、氫、氮和硫的雜質(zhì)形態(tài)和提高純度的控制，低硫、高錳、加入微量合金元素，利用其沉淀強化原理生產(chǎn)出細晶粒、高強度、高沖擊值和低韌脆轉(zhuǎn)變溫度的管線鋼，從而自成體系。管線鋼已成為低合金高強度和微合金鋼領(lǐng)域內(nèi)最富有活力、研究成果最多的一個重要分支。無論從研究過程，還是從應用現(xiàn)狀來看，管線鋼是集材料加工、成分設(shè)計、微觀結(jié)構(gòu)、性能使用等4大要素有機結(jié)構(gòu)的典范。我國管道力學教授潘家華認為：長輸管道用管材是鋼材技術(shù)含量最高的，在一定程度上代表了一個國家的冶金工業(yè)水平。
油氣輸送鋼管是板(帶)經(jīng)過深加工(壓力加工、焊接、熱處理、機加工、表面處理、無損檢測等)而形成的較特殊的冶金產(chǎn)品，實質(zhì)上應該屬于機械產(chǎn)品的范疇。為了適應服役條件，鋼管除化學成分、冶金質(zhì)量、力學性能、殘余應力、可焊性等有嚴格的要求外，對成品的幾何形狀和尺寸例如外徑、內(nèi)徑、壁厚、圓度、直度等結(jié)構(gòu)完整性都有嚴格的要求。
按輸送鋼管按制管工藝不同可分為無縫鋼管(S)(用于長輸油氣管的數(shù)量很少)；焊管有直縫高頻焊管(ERW)、直縫埋弧焊管(LSAW)、螺旋埋弧焊管(SSAW)。 (1)按焊接方式不同，直縫高頻焊管分為感應焊和接觸焊2種管型；帶鋼經(jīng)過預彎、連續(xù)成型、焊接、熱處理、定徑后精成型等工序。
(2)按成型方式不同，直縫埋弧焊管可分為：UOE焊管：單張鋼板在邊緣預彎后，經(jīng)U成型、O成型、內(nèi)焊、外焊、機械冷擴徑等工序；JCOE焊管：即按“J－C－O－E”預焊、成型、焊接后經(jīng)冷擴徑等工序；HME焊管：由芯棒滾壓法按“C－C－O”接等工序。
(3)螺旋埋弧焊管。帶鋼卷管時其前進方向與成型管中心有成型角(可調(diào)整)邊成型邊焊接，其焊縫成螺旋線。此工藝改進后將原料改為鋼板，使成型與焊接分開，經(jīng)預焊和精焊，焊后冷擴徑。其焊接質(zhì)量接近UOE管(目前國內(nèi)尚無此工藝，是改進的方向)。
管線鋼的基本要求
管材是鋼管質(zhì)量的基礎(chǔ)。管線鋼作為一個系列，質(zhì)量上均高于同鋼級其他用途鋼材的要求。管線鋼主要要求具有足夠的強度、韌性、良好的焊接性能和抗腐蝕的能力；并且有良好的表面質(zhì)量、板型、尺寸公差等。管線鋼的發(fā)展引領(lǐng)了低碳微合金高強鋼的發(fā)展。
強度 強度主要是指鋼管產(chǎn)品的“公稱最低屈服強度(SMYS)”。如前所述，輸氣管線的屈服強度為420～500 MPa(約相當于X60～X70)。輸氣管線的工作壓力一般為7.0～14.0 MPa；輸油管線的屈服強度為360～450 MPa(約相當于X52～X65)，輸油管線的工作壓力一般為5～9 MPa。
除此而外，對屈服強度與抗拉強度的差值和比值也提出了要求，一般是分別規(guī)定為<100 MPa和0.85～0.9。
韌性 韌性是指管材塑性變形和斷裂全過程中吸收的能量。管材的韌性指標應滿足下列2個條件：一是在最低操作溫度下，落錘試驗(DWTr)的剪切面積>85％時，管線一般不會發(fā)生脆性失穩(wěn)擴張；二是夏(CHARPY) V型缺口沖擊試驗。在最低操作溫度下，油管道的夏比沖擊功在(0.1 SMYS)J以上，氣管道在(0.125MYS)J以上，則可控制延性失穩(wěn)斷裂。
可焊性 可焊性是指鋼材在一定焊接工藝條件下，施焊或優(yōu)質(zhì)焊縫的難易程度。鋼材的可焊性一般用2種判別指標：一是影響可焊性的許多化學元素，以碳為主要影響，因而折合成碳當量(Ceq)來判別可焊性的優(yōu)劣，一般碳當量為0.35～0.42。X60以上的鋼材也可以用冷裂紋敏感系數(shù)戶cm來判別，輸油管線的戶cm≤0.20～0.25，一般為≤0.25；輸氣管線的戶cm≤0．20。二是熱影響區(qū)的硬度，它是衡量可焊性的另一指標。碳當量越高，冷卻速度越快，則熱影響區(qū)的硬度越高，從800℃～300℃的冷卻速度影響熱影響區(qū)的顯微組織；冷卻速度加大會使熱影響區(qū)的硬度增加，組織變脆；從300℃～100℃的冷卻速度影響焊接金屬中氫的擴散，會降低熱影響區(qū)的韌性和增加對裂紋的敏感性。一般焊縫與熱影響區(qū)金屬的宏觀硬度不得超過HRC22或HV248。
在確定ERW空冷段長度時，有的設(shè)計部門沒有考慮上述冷卻速度的控制，這是不適當?shù)?。由于空冷段長度占據(jù)了車間長度的一部分空間，當車間長度布局緊張時，有的設(shè)計者總想壓縮空冷段的長度，這是不可取的。影響車間長度布局的主要因素是最大定尺長度，所以這一個基本參數(shù)要慎重研究，調(diào)查市場，妥善權(quán)衡，合理確定。有的文獻推薦最大定尺長度18～24 m，對ERW及I_SAW來說，認為值得商榷(SSAW定尺長度酌情增長)。
抗腐蝕性 高壓輸送天然氣管線的腐蝕破壞主要有4種形式：應力腐蝕破壞(SCC)、硫化氫腐蝕、硫化物應力開裂(SSC)及氫致開裂(HIC)。
管線用板卷，從20世紀50年代～70年代，主要采取鞍鋼等廠家生產(chǎn)的A3、16Mn，到20世紀70年代以后和80年代，則采用日本TS52K(～X52)；到20世紀90年代管線鋼國產(chǎn)化開始起步，上海寶鋼、武鋼等開始生產(chǎn)X52-X65級管線管板卷，但UOE鋼管仍從日、美進口。直到21世紀初“西氣東輸”工程啟動，寶鋼、武鋼、鞍鋼、攀鋼等企業(yè)成批量生產(chǎn)出XTO級熱軋板卷，舞鋼生產(chǎn)出X70級寬厚鋼板。我國2003年計劃開發(fā)X80級管線鋼。管線鋼及管線管國產(chǎn)化水平正在接近或達到國際先進水平。1999年，廣州番禺珠江鋼管有限公司在國內(nèi)率先引進HME大口徑直縫埋弧焊管生產(chǎn)線；2000年，第一家引進美國UOE生產(chǎn)線投產(chǎn)成功，并于2002年在海南島沿海管線國際招標與日、德外商競爭中中標；為北京國家大劇院建筑試制耐火耐候用UOE鋼管(Φ508mm)并生產(chǎn)成功。
“西氣東輸工程”X70級用管182萬t，約100萬t為螺旋管，從熱帶到制管全部國產(chǎn)化；82萬tLSAW管中1／3為國產(chǎn)JCOE鋼管，舞陽鋼鐵公司近期提供XTO級寬厚板達到2萬t以上。華北巨龍鋼管公司為“西氣東輸"212程生產(chǎn)JCOE鋼管達10萬t，達到了國際先進水平；華油鋼管、遼陽鋼管、寶雞鋼管等石油系統(tǒng)焊管廠為“西氣東輸”工程生產(chǎn)了數(shù)十萬t螺管，使國產(chǎn)SSAW管提升到一個新水平。
西氣東輸管道工程用鋼管為X70等級管線鋼，規(guī)格為Φ1016mm×14.6～26.2mm，其中螺旋焊管約占80%，直縫埋弧焊管約占20%，管線鋼用量約170萬噸。 X70管線鋼除了含Nb、V、Ti外，還加入了少量的Ni、Cr、Cu和Mo，使鐵素體的形成推遲到更低的溫度，有利于形成針狀鐵素體和下貝氏體。因此X70管線鋼本質(zhì)上是一種針狀鐵素體型的高強、高韌性管線鋼。
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