石油天然气输送焊管在我国的应用和发展

1、能源工业需要管道这种安全和经济的运输方式

“十一五”期间中国能源需求强劲是中国输送焊管发展的直接动力和间接动力。预测2010年消费25亿～33亿吨标煤，“十一五”期间能源建设投资3.5万亿元，到2020年前，我国能源工业累计投资达10万亿元。其中2020年煤炭生产能力将达到28亿吨，年均投资700亿元，2010年石油产量将达到1.8亿吨，年均投资500亿元；天然气产量达到1100亿立方米，年均投资300亿元。电力装机7亿元，年均投资5000多亿元。

我国石油资源评估为2020年原油年产量可维持在（1.8-2.0）×108t，天然气资源均丰富，可采储量14×1012m3。但我国能源结构不甚合理，煤的比例过大，见表1。

表1：IEA成员国与中国能源结构对比（%）

能 源 国 家	石  油	天然气	煤	核  能	其  他
IEA（国际能源机构）	40.3	21.8	20.56	11.7	5.7
中国	23.4	.2. 7	66.1	0.7	7.1

由于天然气占的比例太小，今后要加大天然气发展的速度和力度。我国海洋领域470多万平方公里，蕴藏有丰富的油气资源和天然气水合物，仅南海北部陆坡天然气水合物远景资源可达上百亿吨油当量，我国青藏高原也有极为丰富的天然气水合物资源。

我国石油、天然气、天然气水合物以及煤炭产区在陆上主要位于西北地区（例如：塔里木、陕甘宁、准噶尔、柴达木、四川、山西等高原边远地区），在海上主要位于南海、东海、渤海等海域。能源主要在西北，市场主要在东南，因此油气输送距离很长；由于钢管输送油气比火车运输要更安全、更环保、更经济，选择管道运输方式更为合理。例如，成品油年运输量为2000×104吨时，用直径为720mm管道运输与其它运输方式的比较，见表2。

 

 

表2：管道运输与火车、海运、河运和汽车运输方式的比较

运 输 方 式 项 目	管道	火车	海运	河运	汽车
运价比	1	4.6	0.4	1.6	20.68
能耗比	1	2	0.3	0.5	8.5
损耗/%	0.2-0.3	0.71	0.45	0.45	0.45

 我国能源输送主要以石油、天然气为代表，来说明输送钢管发展的概况。

2、我国石油、天然气输送钢管的发展概况

世界上输送油气主要是用钢管，其管型大致有三种：埋弧焊管（SAW）有直缝埋弧焊管（LSAW）和螺旋埋弧焊管（SSAW）；高频直缝焊管（ERW）以及无缝钢管（SMLS）。我国也是如此，主要有LSAW、SSAW、ERW和SMLS这几种类型的钢管。下面分别叙述这几种管型的技术特征、应用范围等。这首先要阐述石油、天然气输送对管道工艺的主要技术要求。

 石油、天然气输送对管道主要技术要求

石油天然气输送对管道的通用技术要求主要有三点，一是必要的强度、刚度、冲击韧性和可焊性，由于输送介质—石油和天然气的不相同以及天然气有富气和常用的已净化过的天然气的区别，以及有输送的地段（河流穿越段和陆上输送段（又有一、二、三、四类地区）和海底输送段）不同，对钢管有不同的技术要求。

输送介质有流体（气体、油、水）和浆体（矿浆、煤浆）的区别，钢管性能也有区别。

具体来说，输油管干线有5个特点：①管线一般直径≤Φ900mm；②管线钢材强度级别一般为X56～X65钢级之间；③主要要求在性能上突出保证焊接；④材料用低碳-锰钢W（C）≤0.1%，W（Mn）≤0.015%；⑤显微基体选用珠光体+铁素体基体。

输气管干线也有5个特点：①管线直径一般≥Φ900～1200mm；②管材强度级别一般为X70～X120钢级之间；③主要要求在性能上突出保证对延性断裂有“止裂”性能和良好焊接性能；④显微基体选用超高韧性针状铁素体型（Super Tough Acicular Ferrite Steel）。这种钢比输油用钢有更好的焊接性能（Pcm≤0.20），相当高的冲击韧性（250-500J）。

浆体输送管线除了强度、刚度要求之外，还要求有抗水介质带来的腐蚀和承受高速运动（≥1.5m/s）的固态物料带来的对管体冲蚀作用的能力。

无缝钢管主要用于穿越段地形，不锈钢直缝焊管用于输送首站集输管线，这里就不详述了。

2.2 直缝埋弧焊管（LSAW）、螺旋焊管（SSAW）和高频直缝焊管（ERW）的应用范围和技术特点。

2.2.1 螺旋埋弧焊管（SSAW）

螺旋焊管（SSAW）首先应用于我国石油天然气管线，这是因为我国在上个世纪50-70年代尚缺乏热轧宽带钢，因此螺旋焊管就发挥了它可以应用窄带钢的优势，其优点主要有4点：①钢管直径与带钢宽度不再受“π”的比例的约束；②螺旋线在理论上可以在输气时对止裂性能有帮助；③直径最大可以达到2500mm以上，适用于输水管线；④成型设备比较简单，基建投资较少。

螺旋焊管应用受到局限性主要有4点：①存在较复杂的残余能力，以及分布和量值大小变化较大；②从基于应变的设计理念来看，螺旋焊管抗大变型能力要弱一些；③受到壁厚的限制，一般壁厚S≤25mm；④受到钢级的限制，一般高强度钢级X90～X120的开发仅限于直缝埋弧焊管。因此，对螺旋焊管的使用，应当扬长避短，输送天然气时它适用于一类地区和二类地区。

2.2.2 直缝埋弧焊管（LSAW）

直缝埋弧焊管在中国应用于油气输送工程比较晚，但起步迅速，发展步子大，成绩显著。因为它有下列优点：①成型工艺比较容易，有预焊及精悍，焊接质量比较容易保证；②有全管扩径工艺，比较容易消除应力，残余应力较小；③几何精度和力学性能较好，质量稳定，可靠性高；④应用广泛，可以应用于油气管线，可以用于陆上二、三、四类地区、穿越段及海底管线；⑤可以达到高钢级≥X120，大壁厚≥40mm。它的局限性有：①直径一般在≤Φ1422mm，受到板宽的限制；②UOE成型方式投资昂贵，JCOE成型方式适用于中型企业。③直径＜Φ406mm时，制作上不够经济。

2.2.3 高频焊直缝焊管（ERW）

高频直缝焊管（ERW）在我国起步较早，但应用于石油、天然气输送，是在上个世纪80年代后期才开始。它的优点是：①使用热轧带钢作原料，尺寸、精度高，内外壁光滑适用于中小直径的支线和城市天然气管线，管径Φ168～Φ660mm，壁厚8～25mm范围，钢级在X56～X80之间；②适用于连续生产，焊速较高，Vmax≥20m/分；③用途广泛，还可用于制造石油油井管，也适用于海底输送管线，甚至高寒地带输送管线。局限性在于：①不能作主干线的天然气管线；②管径≤Φ219时，容易受到塑料管的竞争；③制作工艺上，焊接时不用焊条，焊缝的力学性能可以达到但不容易超过母材。

2.3 石油、天然气输送焊管在我国发展概况

石油、天然气输送焊管在我国由于“西气东输”工程的拉动，促进我国冶金工业热轧板卷发展很快，由于有了原料支撑，钢管企业蓬勃发展，关键设备从国外引进，很快达到或接近世界先进水平。

2.3.1 我国生产石油、天然气输送焊管企业概况

我国生产螺旋焊管企业的有百余家，产能达500多万吨/年，但能生产管线管（石油、天然气输送管）的企业不多，见表3。

表3：我国部分生产石油天然气输送SSAW焊管厂家

序号	企业名称	台数	规格组距（mm）	产能 （万吨/年）	投产时间
1	宝鸡石油钢管有限公司	6	Φ219～Φ2400	42	1959.1- 2005.08
2	华北石油钢管有限公司	5	Φ219～Φ2200	30	1978-2004.01
3	胜利钢管有限公司	4	Φ219～Φ2200	25	1975-2006
4	湖北沙市钢管有限公司	3	Φ219～Φ1422	15	1975-2001
5	上海宝世威	2	Φ377～Φ1422	12	2002
6	四川资阳钢管厂	3	Φ323～Φ1620	15	1975-2002
7	浙江金洲管道工业有限公司	6	Φ219～Φ2420	25	1999-2003
	管道局辽阳钢管厂	3	Φ219～Φ1820	15	1975-2002
8	中冶辽宁德龙钢管有限公司	3	Φ219～Φ2540	13	2003-2006
	总计	36		249

2001年初，党中央、国务院做出了建设西气东输工程的决定。西气东输干线全长3900Km，其中SSAW1683Km，工程投资400亿元，需要大口径焊接钢管160万吨。干线钢管主要技术要求为：钢级为X-70，外径为1016mm，壁厚为14.6～26.2mm；使用以针状铁素体组织为主的管线钢；要求钢管具有一定的抗腐蚀能力；在-20℃温度下，管体夏比吸收能平均值不小于190J，焊缝和热影响区夏比吸收能平均值不小于90J；管端外径公差为+2.0mm/-0.5mm，不圆度不大于0.6%；钢管内壁涂覆减阻内涂层，外壁涂敷3层聚乙烯防腐层。西气东输工程的钢管标准是世界上技术要求最高的焊接钢管标准之一。这对于我国制管业既是千载难逢的机遇，也是极为严峻的挑战。

2.3.2 西气东输X-70螺旋焊管国产化推动了螺旋焊管技术和装备的进步

经过冶金、制管和研究单位的协同攻关，由宝鸡和华北石油钢管厂等制管厂的努力，西气东输主干线螺旋焊管国产化取得了成功，西气东输所需的全部螺旋焊管均在国内制造，制管所需的热轧卷板国产化率超过70%。西气东输主干线螺旋焊管国产化工作的成功推动了螺旋埋弧焊接钢管技术和装备的进步，主要有以下几个方面:

(1)规模空前的第三次技术改造

在国家经贸委的领导和中国石油天然气集团公司的组织下，承担制管任务的螺旋钢管厂都进行了规模空前的第三次技术改造。通过新建和技术改造，大大提高了高标准螺旋焊管的制造能力和产能。西气东输大口径螺旋焊管机组具有以下主要性能和特点：

前部备料机组最大通过钢带宽度达到2m，厚度达到20mm；

全部配备了钢带铣边机，可以对钢带边缘进行焊接坡口铣削加工，满足厚壁钢管焊接要求；

成型器的成型能力十分强大，可以满足X-70钢级Φ1420mm×20mm大口径高强度螺旋焊管精确成型的要求；

配置了内外双丝埋弧焊接设备，可以焊接厚度达17.5mm的钢管；

配置了管端扩径和焊缝自动打磨设备，以提高钢管管端的尺寸精度；

配置了钢板或管体分层超声波自动探伤、水压试验后焊缝超声波探伤和x-射线工业电视探伤和管端拍片检验设备，全面满足了无损检测工艺配置要求；

配置了强大的精整设备和2000吨水压试验机，适应大口径高强度钢管加工检验要求；

建立了计算机化的质量信息系统；

配套建设了钢管外防腐和内涂层作业线；

开发出符合技术条件要求的X-70钢线钢

  宝钢、武钢和鞍钢研制的X-70针状铁素体管线钢卷达到了西气东输的要求。其金属相组织以针状铁素体为主，具有良好的性能，可焊性好，制管过程的包辛格效应小，低温冲击韧性高，绝大部分卷板的CVN（-20℃）在300J以上。

开发出X-70级针状铁素体管线的焊接工艺

华北石油钢管厂采用宝钢开发的X-70针状铁素体管线钢和国产的高韧性焊丝、焊剂生产出首批1000吨X-70级管线钢管，用于涩宁兰输气管道X-70级试验获得成功。在西气东输管线生产中推广使用。内外焊接均采用串列埋弧焊，Y形坡口，焊速可达1.4米/分，焊缝及热影响区-20℃的夏比冲击功高于标准要求，焊缝的形状、强度和硬度也都达到标准要求。在保证焊缝内在质量的同时，还对焊缝的形状控制进行了大量的研究，不仅保证了西气东输工程的需要，而且对今后其他长输管线钢管的生产提供了宝贵的经验。

研制开发成功高精度的钢管成型技术和装备

我国的技术人员发现，只要调整得当，成型后的管体可以实现稳定的成型。根据这一原理开发出第一台新型成型器，于2001年元月在华北石油钢管厂进行了额首次Φ1016mm×14.7mm X-70螺旋焊管的试制，实现了钢管的精确成型，成型后的钢管残余应力控制良好。在此基础上开发了新的西气东输螺旋焊管生产线使用的成型器。该成型器对X-70钢级板材的成型能力为Φ1650mm×20mm，较过去有了很大的提高。

研制开发成功钢管管端扩径技术和装备

采用管端扩径工艺提高螺旋焊管尺寸精度，国内没有先例。过去曾有人进行过研究，没有取得成功。我们认为，钢管管端扩径与整体扩径有很大的不同。管端扩径只在管端进行，不能采用太大的扩径率，还要在扩径区与未扩径区之间设置过渡区。选择合理的扩径参数是成功的关键。于2000年研制出第一台管端扩径机。利用首台样机研究了钢管在不同扩径量时的变形规律。在西气东输钢管生产中正式投入使用。高精度成型和管端扩径技术的结合，使钢管的外径控制达到了前所未有的水平。管端直径公差减少到2mm以内，圆度也有明显改善。从正式生产以来，从来没有发现因管径超差造成降级，这在大口径钢管的生产史上是前所未有的，达到国际先进水平。

设备能力大大提高，检验能力大大增强

通过大规模的设备技术改造，我国螺旋焊管生产的设备能力大大提高。焊管工段的设备可以通过板宽2000mm，厚度20mm的X-70带钢；配备的多丝焊接设备可以焊接壁厚20mm的钢管。精整工段配置了2000吨钢管水压试验机和大口径钢管平头倒棱机等精整设备，使机组处理大口径（1420mm以上）高强度钢管的能力大大增强。水压试管机的最大试压管径可达2200mm，其他设备的配置上也都留有充分余地，不仅可以满足西气东输工程的需要，而且也可以满足将来更大口径和壁厚的长输管线建设的需要。

（2）X80级钢管试验段顺利通气

在西气东输工程主线顺利竣工后，2005年3月6日，在西气东输冀宁联络线河北景县段使用X80级钢管，管段全长7.71km，该工程钢管管径为Φ1016mm，二级地区5.49km，使用壁厚为15.3mm的螺旋埋弧焊管；三级地区管长2.22km，使用壁厚为18.4mm直缝埋弧焊管；工程段上使用了X80的现场预制冷弯管13根，现已投产通气。

（3）印度“东气西输”工程使我国螺旋焊管品质迈上了新台阶

在西气东输工程之后，我国螺旋焊管又有新的发展，宝鸡钢管厂承担印度“东气西输”工程天然气管道800km螺旋埋弧焊管制造任务，包括钢管外防腐和内涂层，合同钢管总量达40.8万吨，其许多质量指标要求之严格超过了“西气东输”工程，使我国螺旋埋弧焊管在品质上又迈上了一个新台阶。

（4）西气东输二线工程，使螺旋焊管钢级达到X80，占主干线长度70%，我国螺旋焊管又跃上一个新阶段。

（5）我国螺旋埋弧焊管制造技术装备的发展展望

我国现有螺旋焊管普通流体管产能总量已超过市场的需求，但能生产高标准螺旋缝埋弧焊管的生产能力尚有不足。

高压油气输送钢管标准高，对制造商的技术、装备、业绩和质量保证能力都有严格要求。不可能也不必要求我国所有的螺旋焊管厂都能达到生产高压油气输送钢管的标准要求。但应在巩固现有成果的基础上，根据日益提高的技术要求，继续进行关键技术的攻关和现有生产线的完善，如：

预精悍技术；

铣边机的浮动跟踪和刀具的开发；

三丝焊接工艺及装置的开发；

高韧性高速焊剂的开发；

新的无损检测技术和装置的研究开发；

计算机质量信息系统的建立和完善；

低温及抗腐蚀等新产品研制开发。

（6）民营企业SSAW技术有了很大的进步，例如浙江金州管道工业有限公司和冶金系统中冶辽宁德龙钢管有限公司等等在设备、技术和管理上达到国内先进水平，产品在国内也应用于石油天然气长输管线及城市天然气管线工程上，同时大量出口国外，。

2.3.3 我国直缝埋弧焊接钢管制造技术装备的现状和发展

（1）西气东输工程是使我国大口径直缝焊管技术飞跃的强大推动力

长期以来，我国油气长输管线一直在1类地区使用螺旋焊管，在2、3、4类地区使用直缝埋弧焊管的方针。这是因为，与螺旋焊管相比，直缝埋弧焊管的成型和焊接是分开进行的。焊接作业不受成型工序的制约，而且在内焊之前增加了预焊（tack welding），焊接在平面位置进行，焊缝外形轮廓比较理想，后续无损探伤容易实现自动化，焊后全管冷扩径，消除残余应力的效果较好，焊缝的综合质量容易保证。适应钢管的壁厚范围较宽，X70级钢管的壁厚可达到27mm。一般在管线建设中，穿越段及重要地段以及海底管线都选用直缝埋弧焊管。由于西气东输管线直径大、压力高，以至于在2、3、4级地区都使用直缝埋弧焊管，使直缝埋弧焊管的用量大大增加，超过了螺旋焊管的用量，对直缝埋弧焊管国产化的要求更加迫切。西气东输工程大直径直缝焊管的国产化是产生了从无到有的极大飞跃，使我国从不能生产大口径直缝埋弧焊管一步跨越到能生产西气东输工程所需的高强度、高韧性、大直径、大壁厚、高尺寸精度的输气用管，取得了极大的技术进步。

为了满足西气东输工程建设的需要，原国家经委将大直径直缝埋弧焊管国产化列为“十五”期间重大技术设备攻关专题项目，由华北石油钢管厂巨龙钢管公司负责研制，取得了圆满成功。巨龙钢管有限公司共为西气东输工程生产直缝埋弧焊管14.8万吨，其中干线管道用X-70钢级Φ1016mm钢管331km，占直缝钢管总产量的15%。此外还生产了X-60钢级Φ508～914mm，最大壁厚达28mm十多种规格的场站用管，质量全部合格，满足了工程急需。直缝埋弧焊管国产化的实现，使西气东输国产大直径焊管的总量达到了2014km，保证了钢管国产化率过半目标的实现。保证了西气东输工程大直径钢管国产化目标的全面实现。

从巨龙钢管有限公司大直径直缝埋弧焊管投产至今，国内已有四家厂家（珠江钢管公司、辽阳钢管公司、沙市钢管厂和秦皇岛万基钢管公司可提供UOE、HME和JCOE三种钢管）能够生产油气输送直缝埋弧焊管，生产能力超过70万吨，我国不能生产直缝埋弧焊钢管的历史已经结束。番禺珠江钢管公司张家港JCOE机组和无锡玉龙钢管公司JCOE机组于2007年底已经投产。秦皇岛、南京JCOE机组正在建设之中，预计我国直缝埋弧焊管的生产能力将很快超过300万吨，从数量、技术、质量上可以满足国内市场的要求。

表4：1990年以来我国大直径直缝埋弧焊管机组建设情况

 

（2）我国大直径直缝埋弧焊管生产线的装备水平现状：

我国直缝埋弧焊管生产线的装备水平现状：

我国目前已经建成的大直径直缝埋弧焊管机组有新建的UOE和JCOE机组，也有从国外搬迁的早期的UOE机组和国内自制的UOE机组。

华北石油钢管厂巨龙钢管有限公司大直径直缝埋弧焊管生产线于2002年建成。该生产线采用了德国SMS-MEER公司开发的直缝焊管成型新技术—渐进式JCO成型。其他设备的配置充分考虑、借鉴和吸收了UOE和其他直缝埋弧制管工艺的优点，采用了SMS公司先进的设备和工艺技术，配置了全板超声波探伤机、浮动式高精度铣边机、强力压力式预弯机、20轴数控JCO成型机、大功率连续式预焊机、四丝自动跟踪内外焊机、机械式扩径机、先进的水柱耦合式超声波探伤设备和电子信息系统，整条生产线具有世界先进水平，产品质量具有可靠保证。机组的生产范围充分考虑了我国油气长输管线的需要，尤其是西气东输管线的需要，可以生产外径406mm—1420mm、最大壁厚26.4mm的x-70级和经机械扩径的直缝埋弧焊接钢管。生产西气东输钢管的能力达到25万吨/年以上。

在沙市钢管厂建设的大直径直缝焊管机组也采用了相似的配置，于2003年投产。已为西南成品油管线等生产直缝埋弧焊管。秦皇岛万基钢管公司的JCO成型系台商制造，其工艺布置也基本相似。番禺珠江钢管公司和无锡玉龙钢管公司自己设计、国产化JCOE机组，我国已建成的这些JCOE直缝埋弧焊管生产线代表了我国直缝埋弧焊管的技术装备水平。

由于直缝埋弧焊管一般用于质量要求高的重要管线，因此生产厂家均取得了ISO—9000和API5L认证，具有较高的技术装备水平和管理水平。

a、新建JCOE生产线采用最先进的技术工艺

由于西方发达国家建设直缝埋弧焊管生产线比我国早了十几年，我们新建的直缝埋弧焊管生产线得以借鉴和吸收国外直缝埋弧焊管技术和装备在将近半个世纪的发展过程中的所有成果，选择最优的方案。这个技术方案集成了现代大直径直缝焊管采用的多种先进技术，选择最新的渐进式JCO数控成型技术，采用浮动铣边机和压力式预弯、连续式预焊、四丝内外焊和先进的跟踪技术、机械扩径机和水柱耦合超声波探伤等技术。

国产西气东输X-70大直径直缝焊管质量达到国际先进水平。

通过西气东输工程X-70大直径直缝埋弧焊管的研制开发和14.2万吨大批量生产的考验，我国自主开发的X-70大直径直缝埋弧焊管制造技术已经日趋完善，钢管质量稳定。西安石油管材研究所对巨龙钢管有限公司生产的西气东输钢管进行了大量的检测和数据分析，确认大批量生产的国产直缝埋弧焊管质量稳定，抗HIC试验结果过表明国产X-70大直径直缝焊管还具有优异的抗腐蚀性能。根据大量的数据对比分析，国产西气东输钢管的所有性能指标不仅全部达到西气东输标准要求，而且与进口钢管处于同等的实物水平。如国产X-70大直缝埋弧焊管热影响区夏比吸收能平均值达到243J以上，焊缝的夏比吸收能平均值达到180J以上，超过标准要求一倍。

对X-70钢级，Φ1016×17.5mm和Φ1016×21mm两种规格钢管进行了静水压爆破试验，证实了国产大直缝焊管质量的可靠性。两次爆破的起爆点均在管体母材，爆口形貌均为韧性断口，爆破压力均大大超过钢管的额定工作压力，钢管管体的实际屈服强度高于母材的规定屈服强度。表明钢管的质量十分理想。西气东输二线工程使用JCOE钢管达到X-80级，进入了世界先进水平行列。

b、新建UOE生产线所采用的新技术

JCOE法因产能较小，生产钢管的壁厚也较薄，这是相对于UOE法来讲的。所以，中国作为一个钢管大国，由一个大型钢铁企业（这个企业有宽厚板生产能力），例如宝钢建设一套新的现代化的UOE机组很有必要。

UO成型法的特点是包括沿钢管环向的压缩变形（0.2%～0.4%），这是UO成型区别于其他成型法的重要标志。由于在O成型时对钢管整个圆周进行了压缩，使得沿钢管壁厚及周围方向上的残余应力均匀化，扩径后钢管内的环向拉应力很小甚至是压应力，可以提高钢管承压能力。

现代化UO成型主要有下列新发展：

O成型采用钢管中心恒定技术；

O成型主液压缸采用二段式变径液压缸；

设置工具快速更换装置；

开发数据分析模型及模拟试验机。

现代化UO机组采用了下列新技术：

引弧板焊焊接采用全自动化，宝钢UOE机组采用8个机器人，实现了焊接全过程自动化；

新式预弯机压力越来越大，宝钢UO机组的预弯边机压力达到40MN。而且弯边机的步幅可达4.8m；模具规格也大大减少；

内外埋弧焊机：宝钢采用五丝焊接技术，数字控制技术；

扩径机：更注重矫直功能的开发，扇形块的密封，先进的液压缸行程控制系统的开发；

水压机试验机压力的增大，宝钢设计最大压力达58Mpa。

因此，宝钢引进的新的现代化的UOE机组，把我国直缝埋弧焊管设备水平推向世界最高水平。

（4）我国直缝埋弧焊接钢管制造技术装备的发展展望

随着我国天然气资源的开发和国外天然气引进的进展，作为天然气高压输送主要用管的直缝埋弧焊接钢管用量将大幅度增加：我国海洋油气资源的开发对海底管道直缝埋弧焊管的需求也在增长。但是，我国目前的直缝埋弧焊机组产能已经相当大，现在的问题已经不是我国能不能生产直缝埋弧焊管，而是能生产什么标准的钢管。因此下一步应该在稳定和提高钢管质量上下功夫。继续改进和完善无损探伤检测设备和工艺；开发适用于直缝埋弧焊管大线能量提高的高韧性焊剂和焊丝；建立和完善计算机质量信息系统。新建机组还应对工艺继续进行研究和完善，如钢板变形过程中的实时检测，变形规律的研究和数学方程的优化等。有些机组应对某些不适应最新输送钢管标准（如ISO3183-3）的工艺技术装备进行改造，如预焊和机械扩径装备的配置和改造等。

我国大直径直缝焊管用宽厚板的开发进度相对落后，无论是品种、规格还是数量都远远不能满足大直径直缝焊管国产化的要求。寒冷地区、耐酸性介质和海底管道用管、海洋平台结构用管等是直缝埋弧焊管的应用领域，也应研究开发。这些都需要管线钢宽厚板国产化的配合合支持。管厂和钢厂应紧密合作，共同攻关，赶超国外先进水平。

2.4.3 我国直缝电阻焊管（ERW）技术设备的现状和发展

到90年代以后，为了适应经济的发展，在我国焊管产品中，ERW焊管产量占焊管总产量80%左右，机组数量也最多，从产品技术含量和用途来看，应用广泛，从小直径、薄壁精密焊管到大直径厚壁高强度钢管。总之，ERW品种规格很多，对技术装备要求也很高。因此，近年来陆续引进了国外先进的ERW技术装备20多条，有代表性的列表如表5。

从表5可见，我国自1985-2005年20年来共引进ERW焊管生产线20多条，从国别和地区来说，有德、英、美、日、韩等国家和台湾地区；从成型技术来说，有排辊成型的几种典型机组（cage forming）、CTA、TBS以及（Edge—straight forming）都引进了；柔性成型的两种典型方式FF和FFX成型都引进了；辊式成型中的W成型法也引进了；辊式与排辊的复合成型方法也引进了；用于锅炉管生产的，有承德万利钢管公司引进德国热张减机技术。这是从成型技术来说的。从单机来说，就更多了，例如固态高频技术，挪威IGBT和美国MOSFET都引进了；从活套来说，有外进内出的，也有内进外出的；有定圈制的，也有变圈制的，活套的几种典型设备都引进了。从铣边机来说，德国的和奥地利的技术装备都引进了；从飞锯来说，有日本德国和美国的技术都引进了。此外，超声波等检测设备、水压机引进德国等的技术装备。ERW从规格来说，从Φ219～Φ660mm都有。

可以说，中国引进国外EEW先进技术设备，集ERW成型法之大成。世界上各种ERW机组中国都引进了，中国成了世界ERW钢管先进技术的博览会。

 

表5：近年来引进的有代表性ERW焊管机组

序号	企业	引进的机组 名称	成型特征		技术来源	建设年份
1	宝鸡钢管厂	ERW406	辊式/排辊成型		美国、德国	1994-1998
2	广州番禺珠江钢管公司	ERW323	W成型		台湾、美国	1995～1996
3	上海埃力生钢管公司	ERW323	W成型		台湾、美国	1996～1997
4	上海中油天宝港股公司	ERW610	排辊成型（CTA）		美国、韩国	2003～2005
5	中海石油金洲管道有限公司	ERW610	排辊成型（TBS）		美国	2003～2005
6	上海宝钢钢管分公司	ERW610	排辊成型Edge-straight Forming		德国	2003～2005
7	天津双街钢管公司	ERW610	F.F.X.成型		日本	2004～2006
8	华油钢管有限公司扬州 分公司	ERW508	F.F.X.成型		日本	2004～2006
9	胜利油田孚瑞特钢管公司	ERW323	F.F.X.成型		日本	2005～2007
10	大港油田新世纪公司	ERW219	F.F.X.成型		日本	2005～2007
11	中冶辽宁德龙钢管 有限公司（三冶）	ERW610	排辊成型 （CAT）		美国、韩国	2006～2007
12	武钢汉口轧钢厂	ERW660	排辊成型Edge-straight Forming	德国		2006-2008

 

（a） 成型设备

成型设备是ERW生产线的核心设备，代表了生产线的装备水平。

ERW成型设备传统上是辊式成型法，立辊组在西方演变成排成型法；水平辊组在东方发展成FF成型法。目前国内引进的成型技术有排辊成型及FF成型两大类型。

排辊成型工艺

排辊成型（Cage Forming）是直缝电阻焊管的一种成型方法。在导向辊前采用一组或多组位置可调、成排的被动小辊机架，代替若干主动水平机和被动立辊机架，利用三点弯曲原理，管坯按所设计的孔型系统变形。即钢带粗成型后，进入排辊成型，通过大量小直径被动排辊使钢带逐渐成圆形。

排辊成型的优点有三：一是在成型过程中管坯边沿成直线状态，减少了边沿的拉伸变形，减少了变形区长度，减少了机架数，节省了投资；而且轧辊与管坯呈点状接触，同步运行，消除了轧辊间位置的调整，用一套排辊系统适应所有规格的任何系统孔型，节约了轧辊的储备和投资，也节省了换辊时间。

排辊成型具体结构不同，演变为了三种形式：

—CTA成型（Central Toll Adjustment）是成型辊集中调节的成型工艺，由奥钢联于1987年开发成功的。CTA成型在设备上采用一个通用的预成型机架和一个弯边机架，一个专门的CTA装置取代4～5架传统的2辊平辊机架及立辊装置，其移动是呈直线形的；调整时轧辊的角度是恒定不变的。

轧辊的直线移动与其产品成型半径成比例。

—直缘成型：

直缘成型（Edge—Straight Forming）的特点是在成型过程中，管坯边缘在排辊的作用下，始终呈直线状态，没有显著的波浪和皱折，实现自然均匀变形。

—TBS

TBS（Transition Beam Forming Section）成型的特点：粗成型架次较多（4架），经弯边后进入TBS成型段，使连续成型，由一系列具有倾斜角度的轧辊逐步从弧形展开状态进入弧形收缩状态，由于机组两侧的一系列小轧辊沿钢带变形轨迹紧密排列，使得从钢带到开口钢管变形比较缓慢，大大减少了钢带边沿拉伸变形，减少了换辊时间，降低了轧辊投资费用。TBS由三架排辊段组成，被动型可调角度，由计算机对排辊的成型位置及底部水平辊的高度位置预先设定（粗调），人工进行微调。TBS和一般排辊的区别在于其移动梁的刚度较强，可以适应于较厚壁管，但也只能达到t/D=1/7。

全排辊成型最大的缺点使生产厚壁管时机组刚性不足，因此排辊成型适合于薄壁管（t/D≥1%），不适应于厚壁管（t/D≤1/7）。为了解决这个问题，有两种思路，一种是辊式和排辊成型的复合形式，另一种是F.F形式。

复合型式

宝鸡石油钢管厂的Φ406机组分别采用立辊和排辊结构，以适应壁厚管和薄壁管成型的不同要求，用立辊结构可生产Φ139.7mm×12.7mm，X70钢级，t/D达9.09%的壁厚管，用全排辊只能生产t/D≥1%薄壁管。

F.F成型

F.F成型（Flexible Forming）是柔性成型技术。

徐州光环钢管有限公司从日本引进了Φ219mm ERW焊管机组采用了F.F成型工艺，其粗成型包括4架平辊，6架立辊组成的立辊群，从Φ73-Φ219mm的各种规格产品公用一组轧辊，利用微机控制技术，实现辊位数据管理，不需换辊。其主要特点使粗成型段每架轧辊孔型均采用一组连续变化的多曲率曲线，这段曲线上含有所有能生产的焊管孔型，用带有组合曲线的公共轧辊以生产较广范围的产品。其首架采用公用组合轧辊成型，实质是W孔型，使带钢边部渐变得到充分弯曲，边缘弯曲达到钢带宽度的25%-30%；中部变形位立辊群集中变形，钢带中央无多余拘束，自由加工成形，可减少加工硬化和残余应力，较少表面划伤，降低成型负荷，通过封闭孔型规圆；其成型稳定，能够生产壁厚与直径之比t/D≤10%的壁厚管和t/D≥1%的薄壁管。日本自1986年研制成功F.F.成型以来，发展为F.F.X.成型是目前世界上ERW最先进的成型技术。

F.F.X成型（Flexible Forming Exact）

国内目前天津双街钢管有限公司ERW610机组、华北石油扬州钢管分公司ERW508机组、中石化孚瑞特钢管公司ERW355机组和中石油大港田新世纪公司ERW219机组都是引进日本F.F.X成型机组，比F.F成型有以下发展：

(1)成型范围广大

目前管径最大的机组已扩展到Φ660.4mm（26″），可以生产外径为Φ219～Φ660mm，壁厚为3.5～25.4mm的ERW管；管径最小的是50.8mm（2″）机组，其产品外径是20～60mm，壁厚为0.6～3.0mm。

（2）可生产钢管的钢种扩大，不仅可以生产ERW碳管钢管，也可用于生产SAW不锈钢管，例如，湖州浙江久立不锈钢管公司便引进了F.F.X.219机组，用于生产不锈钢管。

（3）控制技术的发展。现代的F.F.X.机组只要输入带钢宽度或管外径及壁厚参数，微机控制系统既能计算出适应的辊位数据，自动进行轧辊位置的调整。用户可以根据CAD设计和生产经验或通过测定各段成型形状，解析定量数据，导入数值反馈系统来针对不同尺寸及材料的产品进行辊位的微调，以找到不同尺寸及材料产品的最佳辊位。通过建立辊位数据库，使得以后生产过程可以再现数据，从而提高成型技术的产品质量。

（4）封闭孔型段成型机和定径机采用高刚度短应力线轧机。

（5）成型过程的进一步优化，更注重带钢的边部成型质量。原F.F成型机架4架平辊的排列和功能使BD1，采用W成型方式，弯曲钢带边缘，并推进带钢；BD2弯曲中央部分，并推进钢带；BD2成型管体部分，并推进钢带。F.F.X.轧机在原来的BD1和 BD2之间又增加了一个机架，把原来的BD1的功能分为两个机架来完成，新增机架主要进行钢带头肩部成型，使BD1成型宽度减少，更优化带钢边沿成型。通过上述数个企业对F.F.X.成型效果的验证，证明F.F.X.成型方式是最先进的。这还表现在轧辊总重量大大减少，成型功率大大降低，能适应于小批量、多品种的市场需求的变化。

（b）铣边设备

铣边设备与埋弧焊管的铣边设备在结构上大体相同，其主要区别在于：用于ERW焊管的铣边设备要适应钢带的厚度较薄，同时ERW焊管的焊接速度很快，所以，对铣边机的性能要求更高。

（c）飞锯设备

出于ERW生产速度较高，有的还生产方矩形管，所以，飞锯设备比直缝埋弧焊管所用锯切设备的技术难度较高。当只生产圆形管时，用滚切锯为宜。

（d）ERW机组在线设备都是关键设备

ERW机组同直缝埋弧焊管机组工艺最大不同之点在于生产连续化，所以，在线的工艺设备、检测设备在每个环节上都不能产生故障，否则ERW生产将中断，使成材率降低。所以，ERW自动化、连续化的水平更高。

（e）ERW焊管的高端产品比埋弧焊管的产品在品种质量上要求范围更广

埋弧焊管主要用于大直径输送油气管，在几何外形和尺寸上要求的精度不高，而ERW管也可用于输送油气外，其高端产品例如油井管、锅炉管和液压缸体等机械管、汽车传动轴管等，对外径的形状和尺寸、壁厚的公差（例如不得有内外毛刺）、直度等几何要求（汽车传动轴管要进行动平衡试验）很严格，力学性能要求也很高，例如对N80-Q套管要求整体热处理。而且ERW焊管产品应用广泛，品种规格可以达2000多种，这也是埋弧焊管所不能相比的。

（f）国内有的企业（辽阳星德钢管厂）将ERW成型技术与埋弧焊技术相结合，名曰“COE”技术，兼有ERW与SAW的特点。

（g）以上讲的是圆形焊管。至于方矩形焊管，在国内也有很大的发展，广泛应用于建筑结构、机械结构、汽车、火车箱体结构等；还有异性焊管，使用结构特殊的要求。从成型方法来看，有先圆后方，也有直接成方的。但总的看来，薄壁化和精品化发展是一个方向。

2.4关于石油天然气焊管供需情况评估

2.4.1 我国焊管2004-2007年产量变化

我国焊管产量及表观消费量连续3年创新高，见表6。

表6：2004-2007年我国焊管产量变化表    单位：万吨

时 间 项 目		2004	2005	2006	2007
钢管		2149	2897	3661	4224
其中	焊管	1301	1747	2121	2361
	占钢管（%）	60.5	60.3	57.9	55.9
表现消费量		2113	2701	3170	3443
其中	焊管	1271	1622	1812	1922
市场自给率（%）		101.72	107.26	115.49	122.69
其中	焊管（%）	102.37	107.71	117.06	122.84
市场占有率		93.76	92.75	96.94	97.77
其中	焊管（%）	95.07	92.30	98.40	98.76

2.4.2 钢管出口形势很好，出口量再创历史新高，见表7

表7：钢管进出口量变化表

时 间 项 目		2004	2005	2006	2007
钢管出口量		168	304	588	858
其中	焊管	93	165	337	463
钢管进口量		132	108	97	77
其中	焊管	63	40	28	24
钢管净出口量		36	196	491	781
其中	焊管	30	125	309	439

 

2.4.3出口焊管的主要品种激增，进口量减缓，见表8

表8：2007年主要钢管品种进出口数量及平均价格表

项 目 品 种			数量（万吨）			平均价格（美元/吨）
			2007年	上年 同期	同比 （± %）	2007年	上年 同期	同比 （± %）
焊管出口			462.97	337.00	37.38	766	698	9.74
其中	管线管		106.80	64.52	65.53	839	771	8.82
	其他		336.32	258.88	29.91	740	677	9.31
	其中	＜Φ406 普管	147.86	117.40	25.95	620	569	8.96

根据不完全统计，我国到2007年SSAW总产能约500万吨/年，其中x-70钢级以上的约100万吨/年；LSAW产能达到315万吨/年；ERW产能达2500万吨/年。

2.4.4 关于SSAW、LSAW及ERW管线管产量评估

按有关部门统计和规划，2003-2010年我国油气输送管线包括城市燃气管线在内的总重量，本文对管线管的管型重量比评估约为：SSAW：LSAW：ERW≈3：1：2。

由于有关SLAW、SSAW及ERW焊管产量国内缺乏详细统计数字，只能根据行业概况评估，如下表9，仅参考。

表9  2004-2007年度我国石油天然气输送焊管产量评估（包括城市管网）

单位：万吨

年 度 项 目	2005	2006	2007
SSAW管	149	125	153
LSAW管	48	41	51
ERW管	96	82	99
合计	293	248	303

 

由表6可见，焊管市场自给率已超过100%，市场占有率93%～97%以上，管线管的市场由于自2007年起有大批国家级重点管线开工建设，将保持高速增长。

2.4.5 关于SSAW主要生产企业及其市场份额评估

目前SSAW焊管企业较多有石油系统、冶金系统等按系统归属不同，有国有及民营等按所有制不同，有是否参加了钢管协会，有行业协会内外不同，因此，企业生产情况比较难于统计，现在只能限于不完全统计的资料，归纳如下表10。

表10：SSAW主要生产企业产量及其市场份额评估表    单位：万吨

年 企 业	2005	2006	2007
宝鸡石油钢管有限公司	30	32	36
华北石油钢管有限公司	27	17.3	18
浙江金洲管道工业有限公司	8.1	8.9	12.9
胜利钢管有限公司	24.89	7.00	8
四川资阳钢管有限公司	10.27	5.85	6
中冶辽宁德龙钢管有限公司	10	7	6
沙市钢管有限公司	6	7	10
辽阳钢管有限公司	15	9	12
上海宝世威	5	8	11
合计	136.26	102.05	119.9

3、我国石油天然气输送钢管行业前景辉煌

3.1国外油气管道发展概况

由于石油天然气工业的迅速发展，目前世界上已建成约250×104km油气管道，并以每年4～5×104km的新建速度增长。其中美国已拥有100万公里输气管道，加拿大拥有40万公里，俄罗斯拥有22万公里，日本拥有20万公里，西欧拥有20万公里。

2007-2015年，世界各地计划新建油气管道10×104km，其中天然气管道6.2×104km，占62%；原油管道2×104km，占20%；成品油管道1.8×104km，占18%。在这个期间，全世界（不包括中国）共需油气输送钢管2500×104吨（不包括城市天然气管网用钢管），世界新建油气管道计划如表11。

表11：世界新建油气管道计划

地   区	国  家	管道名称/介质	长度（km）
亚太地区	澳大利亚	巴布亚新几内亚—昆士兰/天然气	8707
	印度尼西亚	东加里曼丹—爪哇/ 天然气	3200
	缅甸、泰国、印尼、新加坡、马来西亚	东南亚天然气管道工程	4500
欧  洲	俄罗斯	俄罗斯北方—欧洲/ 天然气	陆上900+海上1200
		东西伯利亚-太平洋/ 天然气	4130
	希腊、意大利	希腊—意大利，天然气100×108m3/天然气	海底管线
	奥地利—伊朗	伊朗—土耳其—保加利亚—罗马利亚—奥地利/天然气	2840
中东	伊朗、巴基斯坦、印度	波斯湾（南帕气田） —巴基斯坦/天然气	2100
	印度	土库曼斯坦—阿富汗—巴基斯坦—印度/天然气	1680
非洲	尼日利亚、 阿尔及利亚	尼日利亚—阿尔及利亚—欧洲/天然气	4000
	苏丹	喀士穆—苏丹港	740
南美	委内瑞拉、阿根廷、巴西	委内瑞拉—巴西— 乌拉圭—阿根廷/天然气	10000
北美	美国	洛基管线等，x-80，100×104吨钢管
	加拿大	陆上管线规划之中

这里值得关注俄罗斯管道建设。俄建成大直径油气输送干线总长达22×104km，其中天然气输送管线15.5×104km、石油输送管线长5×104km。美国油气输送管道更为发达，已建成100×104km管网，西欧也有20×104km.国外油气长输管线的发展，给我们以深刻的启示。

3.2国内油气管道市场潜力巨大

3.2.1 我国油气管道发展概况

截至2007年末，我国油气管道里程已超过6万KM，到2010年我国油气管道里程将超过10万KM,未来两年将重新修建4万KM的油气管道，据国家统计局统计，2006年度我国油气管道里程已达到48226公里，较2002年增长62%，年均增长12.8%。

3.2.2我国油气管道市场容量

3.2.2．1 原油管线钢管

①2007-2015年中石油规划新建原油管道5400km，需焊管119×104t。重点工程有漠河—大庆输油管工程，全长965km；大庆—锦州，全长897km；中缅原油管线全长1649km（中国境内689km）。

②中石化系统新建原油管线4500km，需焊管68×104t，重点工程由乌鲁木齐为起点的出新疆管道，全长3200km。

3.2.2成品油管线钢管

①2007-2015年期间中石油新建成品油管线6000km，需焊管60×104t.重点工程有兰州—长沙、锦州—郑州线全长2564km、锦州—北京—石家庄—郑州线全长197km。

②2007-2015年期间中石化成品油管线新建工程1000km，约需焊管9×104t.重点工程有石家庄—太原线长495km、南京—苏州线长250km、长辛店—昌平线长174km。

3.2.3天然气管线钢管

①2007-2015年中石油规划新建天然气干线总长1.8×104km，需焊管730×104t.重点工程有哈尔滨—北京线，2048km；西气东输二线工程，新疆霍尔果斯—广州线，8072km，干线4859km，钢管总重量400万吨。

②中石化规划新建天然气管道约9,500公里，主要为川气东送工程，约需焊管155万吨。

③中海油干线天然气管网规划，2007-2015年中海油规划新建天然气管道2,900公里，约需焊管45万吨。

在2010年后，国内天然气市场进一步发育，天然气总需求量将以25%速度增长。这时，西部进口天然气管线、东部进口天然气管线、西南进口缅甸天然气管线，构成一个完整的天然气供气干线网，向周边城市建成城市天然气管网。

4、结束语

从以上能源供应形势，我国建设油气输送管网的市场需求旺盛，在2007-2015年间将掀起一个新的高潮，需要大中直径管线管焊管量达到1186×104t，其中天然气主干线需要930×104t、城市天然气管网用管与干线用管量的比例关系有多种说法，现评估为干线用管量的3.8倍计算，则城市天然气管网用管量约为3558×104t，焊管企业管线管的市场前景辉煌灿烂。