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彭在美
日前,國務院辦公廳印發的《安全生產“十三五”規劃》(以下簡稱《規劃》)明確了危險化學品、煤礦、深海天然氣開采等17個行業領域為特大事故防范的重點區域,并提出這些行業領域機械化程度要達到80%以上。
該《規劃》的發布,對于鋼管企業而言,可以覓得一定的商機。據筆者調研,危化企業搬遷重建工程鋼管需求量每年約為100萬噸;煤礦機械化開采、井下大型固定設施無人值守等安全設施鋼管需求量每年約為250萬噸;深海天然氣開采工程所用海底管道、液化天然氣(LNG)船舶、海洋平臺的鋼管需求量每年約為100萬噸;陸上油氣長輸管道更新鋼管需求量每年約為5萬噸。
危化企業技術升級及其對鋼管的要求
工信部強調,危化品企業搬遷改造并不是簡單的異地重建,而是要促進企業和產業跨上新臺階。在實現產品、技術升級的同時,要通過信息化、自動化、智能化改造,提高企業本身安全水平。
化工行業按產品分為3個組成部分,傳統產品、新興產品和正在開發的未來產品。傳統產品的代表為化肥(包括尿素)、合成樹脂、乙烯和燒堿;新興產品的代表有煤化工(分為傳統煤化工、現代煤化工),傳統煤化工產品代表有合成氨和甲醇;現代煤化工產品代表有甲醇制烯烴、煤制天然氣。不過以上傳統產品和新興產品的產能已趨成飽和,因此,要向精細化工產品方向發展,包括工程塑料(例如高性能氟硅等)、聚酯基復合材料(例如碳纖維等),高等生物化工產品(例如聚乳酸等)。
目前,化工用鋼管在向材料高檔化、尺寸大型化、標準國際化方向發展,鋼管產品需要滿足使用溫度范圍廣(-196℃~1000℃)、工作壓力變化大(從真空到≥45兆帕)、腐蝕介質種類多(包含硫化物、高溫氫、有機酸等)等要求。
煤礦用管的安全問題及其對鋼管的要求
2017年,我國煤炭行業向清潔能源方向發展,預計到2020年煤礦瓦斯抽采量可達到80億立方米~100億立方米。因此,該《規劃》指出,將強化煤礦安全監控和瓦斯超限風險管理,優先推行瓦斯抽采區域治理,促進煤礦瓦斯規模高效抽采和梯級利用;新建、改擴建、整合技改礦井,全面實現機械化、信息化,減少井下作業人員;實現采掘機械化、超大規模礦山提升運輸系統及自動化控制、大型礦山開采自動化,井下大型固定設施無人值守等安全智能系統的應用。
機械化在煤炭行業,使用的鋼管主要是生產支柱用鋼管和煤機用鋼管。其中包含單體液壓支柱管、液壓支架管、采煤機械及皮帶運輸機托輥管、煤礦給排水管、通風抽氣管,煤層氣開采用管等。煤炭行業高端用管是井下液壓支架用鋼管,主要用途為液壓支架,單體支柱和工程機械油缸用支柱管。由于陸續淘汰中小規模煤礦,中小規模煤礦的單體支柱鋼管時下沒有市場前途。目前,高端液壓支架是采掘設備的核心,預計2017年需求量為15000架。據介紹,一個井下采煤工作點需要150架綜采液壓支架,如年增150個工作點,可消耗鋼管45萬噸。
海洋工程用管的安全問題及其對鋼管的要求
目前,海洋油氣輸送有兩種方式,一種方式是海洋管道輸送,特指在深海油田或氣田開采過程中,使用水平管線管和上升管將原油或氣體從海底油井口或氣井口運送到海上平臺;另一種方式是LNG輸送方式。在大陸架海淺海主要采用海底管線輸氣方式。其中,海洋管線在埋地部分承受壓力較大;管線入口壓力≥20兆帕,強度要求高,大多選用厚壁鋼管。輸氣上升管道由于受海浪沖擊較多,需要鋼管具有高強度、高韌性和高耐疲勞性。
在深海水域,往往采用LNG方式采集,即采集的天然氣直接由LNG船上的液化天然氣儲卸裝置(FLNG)液化,由LNG船運往陸上LNG接收站。據估計,一艘LNG船一般鋼材用量為3萬噸,鋼管用量約為1500噸,且鋼管均為技術含量較高的產品。
海洋工程另一個關鍵設備是深水鉆井平臺。截至2014年,我國共有海上平臺380座,其中固定式采油平臺190座,移動式平臺190座。深水鉆井平臺由導管架、鉆井架、水下鋼腿、隔水套管、系泊支架、模塊支架、直升飛機平臺、火炬塔架等部分構成,對材料要求同樣較高,如大壁厚半弦管、大規格無縫鋼管支撐管、鈦合管油井管、X80級深海隔水管及焊材、大口徑深海輸送軟管、極地用低溫鋼等。
陸上石油天然氣長輸管線和城鎮燃氣管線的安全問題及其對鋼管的要求
天然氣長輸管線從油氣田源頭開始可分為3個輸送段。第一個輸送段為站場用管。因為壓縮機入口段,設計溫度為-40℃~-45℃,在極低溫度下,管制品質量不達標,極容易出事故。在-40℃溫度下,X80級鋼管(包括管件)的低溫脆斷的破壞性不容忽視,尤其是其焊縫性能難以滿足低溫夏比試驗的要求。中俄管線在長春及以北高寒地區處于-40℃低溫下,因此迫切需要鋼管企業開發焊接性能好的高強度低溫厚壁管件用鋼。
第二個輸送段為油氣田集輸管線。這段管線輸送的是沒有經過凈化的天然氣,可能含有硫化氫、二氧化碳、氯離子和水分等多種介質,腐蝕性較強,因此不能使用普通碳鋼管。在油氣田集輸管線選材中多用不銹鋼(Cr13/Cr22/Cr25/Cr-Ni)襯里的雙金屬耐蝕復合管。
第三個輸送段為天然氣輸送干線。我國有很多重要油氣管線都要經過地震斷裂帶或滑坡、黃土濕陷、水土流失、泥石流、坍塌等地質災害多發地區,嚴重影響管道安全運行。近年來我國共發生28起由于管道自身質量引起的失效事故,其中鋼管質量問題占39.29%,環焊縫質量問題占21.43% ,腐蝕失效問題占17.86%,過量變形問題占14.29%,其他因素占7.14%。因此,應用于該階段的鋼管要具有抗大形變能力并保證制造質量,才能抵御各種自然災害。
城市燃氣管線的安全性及其對鋼管的要求
城市燃氣管線處于工業、交通和住宅密集區,其建設特點最關鍵的是安全問題。隨著西氣東輸管線運齡的增長,城區規模擴張和城市功能的提升,西氣東輸管線安全風險因素引起廣泛關注。今后天然氣長輸管線建設例如中俄東線將途經東北沿線城市群,在管型選擇和線路布局上要設計得更合理。
我國城鎮燃氣用管的材質比較復雜,由于歷史原因,現存在有鑄鐵管、塑料管,鋼管中有無縫鋼管,焊管細分為螺旋焊管、直縫埋弧焊管和高頻直縫焊管等產品。城鎮燃氣管線的安全問題,爭議較大的部分在于管線選用的材質和管型,在材質上對使用塑料管有不同的看法;在管型上對使用螺旋焊管有異議。
另外,由于國內城鎮燃氣規范只對使用壓力有明確規定,對管道材質及管型并沒有作出限制。在最近出臺的地下管廊規范,明確燃氣管線只能用無縫鋼管,焊管行業提出修改建議,增加可以使用焊管的管線管。希望政府有關主管部門,將上述兩個規范作出統一的、明確的和正確的規定,以確保城鎮燃氣的使用安全。