X65海底管线管的开发

2011-07-21李效华

中国钢铁业 2011年10期

李强李效华

1. Reeling Lay 铺设方式简介

海上油气田开采出的油气，除少数在海上直接装船外运外，多数通过管道输送至陆地进行加工。随着海洋石油和天然气开发的不断深入，海洋管道的作用越来越重要。因此，海洋管道铺设的专用设备—铺管船的作用也在不断提高。从铺管方式上可以划分为SLay型、J-Lay型和Reeling Lay型。见表1。

表1 铺管方式的比较[1]

Reeling lay区别于其他方式的优点在于将长达1km的管线在陆上完成焊接和探伤。这样既提高了管线焊接的质量控制水平，又降低了海上铺设的成本。2005年豪氏威马为Subsea 7建造的Reeling lay系统承载管线的吨位已经高达400吨，高于一般的S-Lay铺设系统。这样的新型铺设系统对管线管产品在性能、工艺性等提出了新的性能要求。

2.X65海底管线生产工艺

TPCO依托自身成熟的无缝管的生产经验和产品质量控制体系，针对超出API 5L要求的特殊管线产品，采用电炉冶炼-炉外精炼-VD-连铸-管坯再加热-穿孔-热轧-定径-矫直-热处理-精整处理的工艺路线。

2.1 炼钢工艺

为保证管材最终抗腐蚀性、抗变形性、韧性，在炼钢环节主要控制目标是保证钢坯的夹杂物水平低，管坯成分偏析程度小。主要手段采用SiCa丝控制夹杂物变形、双端电磁搅拌、控制VD时间与连铸衔接节奏。

2.2 轧管工艺

为获得尺寸精度优异的管线管产品，在轧制环节主要的控制目标是外径、壁厚、偏心度要实现满足表2的要求。主要采用的手段包括控制管坯的加热节奏、穿孔定心、轧制下压量控制等。

2.3 热处理工艺

为保证同热处理批内不同管和同一管的两端的屈服强度的波动范围在120MPa以内，主要采的控制手段是调整淬火时间、内外水量控制等。

2.4 精整工艺

为保证客户在现场焊接对管口均匀，TPCO采用管端定径和加工控制。

3.X65海底管线管的性能

3.1 化学成分控制

3.1.1 成分设计

海底管线管需要具有良好的强度、韧性、焊接性。为提高管材的焊接性能，以及韧性和低温性能，采取降低C含量的思路，一般控制在0.12%以下，但是为了保证必要的强度还要通过加入一定数量的合金元素，如Mn、Si、Cr、Mo、V、Nb、Ti等利用其固溶强化、析出强化和细晶强化等机制补偿降C带来的强度下降。见表3。

3.1.2 钢中的作用

C:经济型的低合金钢的强度主要依靠C含量调节，提高C的含量除了提高强度外，韧性、可焊性全部下降，对于用于海洋环境的产品焊接质量是风险控制的重点。因此，应在保证强度的前提下，尽量下调C的含量，最好控制在0.10%以下。

表2 产品的主要尺寸要求[2]

表3 TPCO X65 海洋管线的成分

表4 海洋用管线管的机械性能要求

Mo：Mo是提高淬透性和提高回火抗性的有效元素，对于厚壁的管材可以适当加入以保证整管的性能均匀性，但是出于经济和焊接性的考虑，Mo的含量不应超过0.15%[3]。

V:V是生成高温金属间化合物的元素，能够起到弥散强化的作用。考虑到经济和焊接性，推荐在壁厚较小产品中使用[4]。

P、S:有害元素P、S会产生诸多问题，例如抗腐蚀性等，针对海洋环境使用的管线管，由于维修成本高，维修困难，管材制造方应尽量降低P、S的含量，减少服役时出现问题的可能。

3.1.2 碳当量控制

按照公式Pcm=C＋Si/30 +（Mn+Cr+Cu）/20＋Ni/60+Mo/15+V/10+5B计算冷裂纹敏感指数，海洋环境中X65级别的管材要控制在0.22以下。同时为保证产品性能的一致性，Pcm的波动在±0.02。

3.2 性能控制

供货的管材应满足表4的性能要求。

4.X65海底管线管的生产

目前，TPCO已经为国内外用户提供用于海洋环境的X65产品。包括供中海油涠洲项目的规格为Ф168.3×11mm、Ф273.1×11.1mm、Ф273.1×15.9mm和Ф 406.4×17.5mm的海底管线管。以及供美孚尼日利亚项目的Ф406.4×20.6mm、Ф355.6×11.3mm以及Ф323.8×22.23mm海底管线管。

美孚项目的实际强度、硬度、冲击性能见图1-图4、表5。

表5 材料的耐腐蚀性试验结果

由此可见，通过筛选合适的钢种和工艺，可以满足海洋环境使用的苛刻要求。

5 特殊性能试验

以上的实际产品性能只是满足S-lay铺设方式的要求，对于具有塑性变形的Reeling lay使用的管材，由于深海用绕管由于铺设之前要经过焊接后的卷曲、解曲和矫直的反复应变和塑性变形，并且管线要铺设到1000m以下的深海进行作业，管体承受极大的外部水压，因此该项目用管线在对常规机械性能提出较高要求的同时，对焊接、疲劳和抗腐蚀性能也提出了较高的要求。