B型套筒上下對(duì)接覆蓋在管道缺陷處的兩塊弧形板，經(jīng)側(cè)焊縫焊接形成圓柱鋼筒包裹在管道上，兩端通過角焊方式焊接在管道上。B型套筒焊接所形成的兩條環(huán)向角焊縫，在套筒壁較厚時(shí)，結(jié)構(gòu)應(yīng)力相對(duì)較高，易出現(xiàn)裂紋等缺陷。

工程材料研究院研發(fā)的X65/X70高鋼級(jí)薄壁B型套筒，較常規(guī)產(chǎn)品厚度薄，修復(fù)后管道負(fù)重較輕，角焊縫處結(jié)構(gòu)應(yīng)力較低。這個(gè)產(chǎn)品及其配套技術(shù)可有效保證在役管道焊接質(zhì)量。

4月18日，60套由工程材料研究院自主研發(fā)、用于修復(fù)大口徑輸氣管道缺陷的X70鋼級(jí)薄壁B型套筒的生產(chǎn)準(zhǔn)備,已全部就緒。

近年來，隨著管道建設(shè)水平的提高，我國油氣管道干線已超過16萬公里。其中，X80鋼級(jí)管道里程位居全球第一。作為關(guān)系能源的“國脈”，管道的安全與環(huán)保成為社會(huì)各界關(guān)注的焦點(diǎn)。

工程材料研究院針對(duì)我國高鋼級(jí)管道完整性關(guān)鍵技術(shù)缺乏的狀況，加大科技創(chuàng)新和成果轉(zhuǎn)化力度，歷經(jīng)20余年理論與試驗(yàn)研究，攻克了“含缺陷管道評(píng)價(jià)修復(fù)”關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)的X65/X70高鋼級(jí)薄壁B型套筒，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。截至目前，“含缺陷管道評(píng)價(jià)修復(fù)”這項(xiàng)創(chuàng)新成果累計(jì)開展評(píng)價(jià)3萬余次，修復(fù)損傷1000多處，為我國油氣管道安全高效運(yùn)行提供了重要技術(shù)支撐。

緊盯需求聚智創(chuàng)新突破關(guān)鍵技術(shù)

管道輸送具有連續(xù)性強(qiáng)、安全性高、投資少等優(yōu)點(diǎn)，但在長期服役過程中，不可避免會(huì)出現(xiàn)損傷。如何科學(xué)處理在役管道損傷，是管道運(yùn)營企業(yè)和專業(yè)科研機(jī)構(gòu)面臨的重大課題。

“受輸量、投資、工期、技術(shù)、環(huán)境等多種因素限制，不可能也不需要對(duì)所有管道缺陷進(jìn)行維修或更換?！惫こ滩牧涎芯吭簵钿h平博士說，檢測(cè)到管道損傷后，首先應(yīng)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，并計(jì)算其剩余強(qiáng)度。選擇那些無法繼續(xù)服役的高危缺陷進(jìn)行修復(fù)或換管作業(yè)，既可保證管道安全運(yùn)行，又可節(jié)約維修成本。

近20年來，以西氣東輸工程為標(biāo)志，我國油氣管道干線建設(shè)呈現(xiàn)出“長距離、高鋼級(jí)、大口徑、高壓力”等特點(diǎn)。為探尋此類管道環(huán)焊縫損傷評(píng)價(jià)的新方法，2018年，工程材料研究院集中優(yōu)勢(shì)力量，加大科技攻關(guān)力度，采用有限元三維數(shù)值模擬、全尺寸試驗(yàn)等先進(jìn)技術(shù)，在國內(nèi)首次建立了X80管道環(huán)焊縫斷裂評(píng)價(jià)模型，極大地推動(dòng)了我國油氣管道完整性評(píng)價(jià)技術(shù)的進(jìn)步。

經(jīng)評(píng)價(jià)認(rèn)定的管道高危損傷，如環(huán)焊縫缺陷、管道裂紋等，國際上通常采用換管和全封閉鋼質(zhì)B型套筒兩種永久性修復(fù)方式，恢復(fù)管壁缺陷處承壓強(qiáng)度。由于換管修復(fù)的成本高、影響大，僅長輸管道天然氣停輸排空一項(xiàng)的損失就高達(dá)幾百萬元，而且嚴(yán)重影響下游用氣。因此，B型套筒成為經(jīng)濟(jì)、安全修復(fù)的首選。

國內(nèi)之前采用的Q345低鋼級(jí)B型套筒，存在壁厚較厚、現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量大、易出現(xiàn)角焊縫缺陷等問題。2018年，工程材料研究院發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，聯(lián)合相關(guān)單位，開展了高鋼級(jí)B型套筒開發(fā)及應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。

經(jīng)過3年多的反復(fù)試驗(yàn)、分析與改進(jìn)，成功研發(fā)出性能優(yōu)異的X65/X70高鋼級(jí)薄壁B型套筒，并形成了配套的焊接、焊后熱處理以及無損檢測(cè)等關(guān)鍵技術(shù)，制定了B型套筒產(chǎn)品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使我國高鋼級(jí)管道修復(fù)技術(shù)邁入國際先進(jìn)行列。

搭建橋梁加速快跑促進(jìn)成果轉(zhuǎn)化

為實(shí)現(xiàn)從研發(fā)到產(chǎn)品應(yīng)用的跨越，工程材料研究院在明確成果轉(zhuǎn)化任務(wù)、完善激勵(lì)機(jī)制的基礎(chǔ)上，對(duì)“含缺陷管道評(píng)價(jià)修復(fù)”項(xiàng)目實(shí)行了“科研創(chuàng)新—市場(chǎng)推銷—售后服務(wù)—標(biāo)準(zhǔn)化”一體化運(yùn)作模式。

“科技成果轉(zhuǎn)化難，主要難在信息不對(duì)稱。要讓科研成果與工程應(yīng)用結(jié)合，必須在研發(fā)單位與用戶之間搭建起雙向?qū)拥臉蛄?。”工程材料研究院科技處處長林凱說。為打通成果轉(zhuǎn)化“最后一公里”，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在潛心鉆研、持續(xù)攻關(guān)的同時(shí)，堅(jiān)持定期與油田、管道公司、生產(chǎn)廠家開展技術(shù)交流、介紹項(xiàng)目進(jìn)展、了解客戶新需求、解答各種疑問，確保研發(fā)與新成果始終緊貼工程應(yīng)用實(shí)際。

作為中國石油最早開展管道安全評(píng)估研究的單位，工程材料研究院2000年就制定了國內(nèi)首部《含缺陷油氣輸送管道剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法》。2017年，“含缺陷管道評(píng)價(jià)修復(fù)”項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在最新研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了第3次修訂，在國內(nèi)首次提出了錯(cuò)邊、斜接、分層等缺陷的評(píng)價(jià)方法。權(quán)威性和創(chuàng)新性兼具，使這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在行業(yè)內(nèi)被更廣泛應(yīng)用。

“X65/X70高鋼級(jí)B型套筒及配套技術(shù)剛研發(fā)出來時(shí)，不少用戶是持懷疑態(tài)度的?！标兾魇谀！⒐こ滩牧涎芯吭菏紫瘜＜覄⒂瓉斫榻B，由于一些研發(fā)工作是在條件較好的實(shí)驗(yàn)室里完成的，而油氣管道沿線情況復(fù)雜多變、環(huán)境惡劣，用戶擔(dān)心新技術(shù)、新工藝存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

2020年6月，X70鋼級(jí)薄壁B型套筒被應(yīng)用于中緬管道環(huán)焊縫缺陷修復(fù)。在管道正常運(yùn)行一段時(shí)間后，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)修復(fù)處做了嚴(yán)苛的實(shí)物試驗(yàn)和解剖分析。檢測(cè)結(jié)果表明，新套筒所有性能指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，完全可以有效保證管道安全服役。

目前，“含缺陷管道評(píng)價(jià)修復(fù)”技術(shù)已在長慶、新疆、塔里木、煤層氣公司等多家油氣田以及國家管網(wǎng)集團(tuán)推廣應(yīng)用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。

探索前行持續(xù)提升品牌盈利能力

“實(shí)踐證明，我們創(chuàng)新研發(fā)的管道評(píng)價(jià)及修復(fù)技術(shù)既可保障管道運(yùn)行安全，又能科學(xué)地節(jié)約管道維修維護(hù)成本，是兼顧安全性和經(jīng)濟(jì)性的最佳方法，管道公司非常信任我們?！惫こ滩牧涎芯吭涸洪L助理張鴻博說。

管道缺陷評(píng)價(jià)包括確定缺陷的性質(zhì)、幾何尺寸、受力情況等。作為平衡管道運(yùn)營經(jīng)濟(jì)性與安全性的重要手段，科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑u(píng)價(jià)與篩選，可減少90%以上的修復(fù)工作量，并能每年節(jié)約數(shù)億元的維修費(fèi)用。目前，在國內(nèi)重大管線缺陷評(píng)價(jià)領(lǐng)域，工程材料研究院的技術(shù)市場(chǎng)占有率已達(dá)到50%以上，是名副其實(shí)的“領(lǐng)頭羊”。

大量試驗(yàn)及工程應(yīng)用數(shù)據(jù)顯示，被評(píng)價(jià)為必須進(jìn)行修復(fù)的管道高危缺陷，采用B型套筒補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)比更換管段修復(fù)可降低成本60%至85%，并且修復(fù)后管道的安全性與換管相當(dāng)。

工程材料研究院結(jié)合我國管道建設(shè)技術(shù)與工藝特點(diǎn)，開發(fā)的X65/X70高鋼級(jí)薄壁B型套筒，壁厚較傳統(tǒng)產(chǎn)品減少19%至30%，現(xiàn)場(chǎng)組裝及焊接工作量降低約20%，套筒質(zhì)量完全滿足各種復(fù)雜特殊地理環(huán)境管道的缺陷修復(fù)，加快了大口徑高壓長輸管道在線修復(fù)技術(shù)高鋼級(jí)發(fā)展的進(jìn)程，對(duì)保障管網(wǎng)安全、高效、平穩(wěn)運(yùn)行具有重要意義。

“經(jīng)過20余年聚智創(chuàng)新和攻堅(jiān)克難，‘含缺陷管道評(píng)價(jià)修復(fù)’技術(shù)已被業(yè)內(nèi)認(rèn)可并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用，為我國管道運(yùn)營保駕護(hù)航?！惫こ滩牧涎芯吭焊笨偣こ處熈_金恒表示，雖然此項(xiàng)目已獲得包括國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)在內(nèi)的10項(xiàng)省部級(jí)以上獎(jiǎng)勵(lì)，擁有了30余項(xiàng)專利授權(quán)和15項(xiàng)軟件著作權(quán)，但項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)并不打算止步于此。

為滿足油氣管道進(jìn)一步發(fā)展和高效安全運(yùn)行的需求，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)將在現(xiàn)有成果之上，開展管道智慧評(píng)價(jià)、智能修復(fù)等技術(shù)攻關(guān)，進(jìn)一步完善和提升高鋼級(jí)管道的完整性評(píng)價(jià)方法，繼續(xù)為管道安全服役做好技術(shù)支持，讓“國脈”更加暢通無阻。

應(yīng)用者說

●川慶鉆探蘇里格項(xiàng)目經(jīng)理部鐘源：

2019年9月至2020年11月，工程材料研究院開發(fā)的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，在我們項(xiàng)目部轄區(qū)的高風(fēng)險(xiǎn)集輸天然氣管道進(jìn)行了修復(fù)作業(yè)。此后，轄區(qū)集輸管道失效事故顯著減少，對(duì)安全生產(chǎn)起到了保駕護(hù)航的作用。這項(xiàng)技術(shù)不動(dòng)火、無須停輸放空天然氣和氮?dú)庵脫Q、作業(yè)周期短、綜合治理費(fèi)用低，我們計(jì)劃進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

●國家管網(wǎng)西部管道酒泉輸油氣分公司張羽偉：

酒泉輸油氣分公司所轄的西氣東輸二線、三線等重點(diǎn)油氣管道工程，均采用工程材料研究院研發(fā)的“含缺陷管道評(píng)價(jià)修復(fù)”技術(shù)，配合開展風(fēng)險(xiǎn)隱患排查工作，應(yīng)用效果得到大家一致認(rèn)可，為我們的管道安全運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

●國家管網(wǎng)西氣東輸南京維搶修中心王繼坤：

2020年7月以來，我們采用工程材料研究院研發(fā)的管道缺陷修復(fù)技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)品，相繼在西氣東輸二線和三線位于陜西、寧夏、甘肅的9處地方，進(jìn)行了環(huán)焊縫缺陷修復(fù)作業(yè)。現(xiàn)場(chǎng)焊接用時(shí)比使用其他產(chǎn)品節(jié)省了27％，有效降低了現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)強(qiáng)度和焊接開裂風(fēng)險(xiǎn)，提升了套筒焊接質(zhì)量，為我們的高鋼級(jí)大口徑管道環(huán)焊縫隱患治理提供了重要技術(shù)支持。

●國家管網(wǎng)西南管道公司王明波：

2020年6月18日，國內(nèi)最高鋼級(jí)X70薄壁B型套筒及其配套技術(shù)，在中緬天然氣管線首次現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，嚴(yán)苛的實(shí)物及解剖分析試驗(yàn)結(jié)果表明，各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足GB/T9711、GB/T31032等標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)過兩年多的實(shí)際應(yīng)用，我們計(jì)劃在B型套筒的修復(fù)中，采用工程材料研究院的技術(shù)與產(chǎn)品。

創(chuàng)效故事：以技載道善作善成

今年3月，工程材料研究院憑借雄厚的技術(shù)實(shí)力，成功中標(biāo)福建LNG壓力管道焊縫適用性評(píng)價(jià)項(xiàng)目。這是工程材料研究院成為中海油管道缺陷評(píng)價(jià)服務(wù)商的第3個(gè)年頭。

近年來，工程材料研究院堅(jiān)持把市場(chǎng)作為“生命工程”，以技載道、善作善成，為我國管道安全、經(jīng)濟(jì)、平穩(wěn)運(yùn)行提供了重要技術(shù)支撐。

2021年7月18日，工程材料研究院“含缺陷管道評(píng)價(jià)修復(fù)”團(tuán)隊(duì)接到通知，有輸氣管道出現(xiàn)褶皺，現(xiàn)場(chǎng)急需技術(shù)支持。

在院里統(tǒng)一安排下，高級(jí)工程師張良于當(dāng)日深夜11時(shí)趕到現(xiàn)場(chǎng)。張良仔細(xì)詢問、勘查后，及時(shí)采用管道評(píng)價(jià)技術(shù)對(duì)缺陷進(jìn)行了安全評(píng)價(jià)，解決了現(xiàn)場(chǎng)的燃眉之急。

由于褶皺出現(xiàn)在管道本體，張良結(jié)合多年研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，有理有據(jù)地建議做換管處置。管道公司欣然同意，并決定加強(qiáng)與工程材料研究院的合作，攜手解決褶皺、屈曲等管道本體變形缺陷修復(fù)難題。

“管道安全評(píng)價(jià)非常重要，尤其是決策的關(guān)鍵時(shí)刻！”提起6年前的一次經(jīng)歷，工程材料研究院楊鋒平博士深有感觸。當(dāng)時(shí)，經(jīng)過48個(gè)小時(shí)連續(xù)奮戰(zhàn)，輸氣管道搶修換管作業(yè)的最后一道焊口順利完工，但無損檢測(cè)卻顯示環(huán)焊縫存在缺陷。返修或割口再焊接，都將影響下游恢復(fù)供氣的時(shí)間。

在搶修指揮部的決策會(huì)議上，一直盯在現(xiàn)場(chǎng)的楊鋒平主動(dòng)請(qǐng)纓：“有些缺陷并不影響管道運(yùn)行安全，先用我們的技術(shù)對(duì)焊縫進(jìn)行評(píng)價(jià)，再?zèng)Q定是否返修?！?/p>

很快，結(jié)合施工、檢測(cè)等數(shù)據(jù)，對(duì)缺陷處進(jìn)行的綜合分析和剩余強(qiáng)度計(jì)算顯示，現(xiàn)有缺陷不用處理，管道可以安全通氣。

為確保萬無一失，指揮部立即邀請(qǐng)國內(nèi)7位知名專家進(jìn)行審核。專家一致認(rèn)為結(jié)論正確可行。至今，這段管道再未出現(xiàn)故障，實(shí)現(xiàn)了安全、質(zhì)量、效益并舉。

“以前管道公司不了解安全評(píng)價(jià)技術(shù)，將檢測(cè)出的超標(biāo)缺陷全部修復(fù)，維修成本居高不下。”楊鋒平說，我們?cè)谡{(diào)研中發(fā)現(xiàn)這一情況后，加大了技術(shù)營銷力度，成效顯著。

2019年，“含缺陷管道評(píng)價(jià)修復(fù)”團(tuán)隊(duì)對(duì)南方一家管道公司排查出的164道環(huán)焊縫隱患，做了安全評(píng)價(jià)。結(jié)果僅有8道是不可接受的缺陷，需要處置，其余均可在管道設(shè)計(jì)壓力下安全服役。

對(duì)于要維修的缺陷，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)從專業(yè)角度介紹了自主研發(fā)的高鋼級(jí)薄壁B型套筒修復(fù)技術(shù)，特別是應(yīng)對(duì)角焊縫開裂等難題的優(yōu)勢(shì)，并制定了施工方案。成功實(shí)施后，這家管道公司的維修成本較上年下降了80%，與工程材料研究院建立了長期戰(zhàn)略合作關(guān)系。（通訊員 王高峰）

關(guān)鍵詞： 技術(shù)創(chuàng)新 工程材料