对我国焊管石油专用管结构调整的探讨（上）
石油专用管由管线管和油井管两大部分组成，管线管主要用焊管来制造（少量用无缝钢管），焊管管线管主要由三种管型———螺旋焊管（SAWH）、直缝高频焊管（HFW）和直缝埋弧焊管（SAWL）构成。管线管的结构调整就是对这三种管型的技术性（例如管线年输气量、输送压力、管径、钢管等级等）和制造的经济性（制管的效率、成材率以及钢管市场价格等）和服役的安全性来综合评判。本文将主要讨论制造石油专用管的焊管业的结构调整问题。
“十二五”石油天然气焊管管线管需求量预测
到目前为止，我国已建油气管道的总长度约为7.5万千米，其中天然气管道为3.8万千米，原油管道为2万千米，成品油管道为1.7万千米。相关机构预计“十二五”期间我国将要建设的管道总长度约为3.7万千米。下面具体介绍中石油、中石化和中海油“十二五”管道建设的规划预测。
中石油管道建设规划预测
相关数据显示，到2015年，中石油将新建原油管道4619千米，直径ф406mm~813mm（“十二五”中石油原油管道建设规划具体见表1），新建成品油管道1.2万千米，直径ф273mm~660mm，新建天然气管道2.36万千米，直径ф508mm~1219mm。
中石化管道建设规划预测
中石化“十二五”将新建原油管道2290千米，直径ф711mm~914mm（“十二五”中石化原油管道建设规划预测具体见表2），将新建成品油管道4794千米，管径为ф273mm~508mm，拟新建天然气管道4500千米，管径ф508mm~1219mm，其中包括新疆———福建项目。
中海油管道建设规划预测
“十二五”中海油将新建石油天然气管道2500千米，管径ф610mm~1067mm。
“十二五”期间焊管油井管需求量预测
“十二五”期间，我国油井管需求量约为1500万吨，其中无缝管约占90%，焊管约占10%，为150万吨。
我国管线管建设的三个高潮
到目前为止，我国管线管的发展出现过三个建设高潮。上个世纪70年代是发展的第一个高潮，我国所建管线基本上是输送原油，选用管型是螺旋焊管，钢级为X56~X60。第二个高潮出现在上个世纪90年代，除了建设原油管道以外，还建立了天然气、成品油以及输送煤浆管线，而且还建设陆上管道和海底管线。这一时期，管线管的钢级发展到X65~X70，管型上以国产螺旋焊管为主，也少量引进日本等国的直缝埋弧焊管（UOE）。这次高潮以西气东输一线工程为代表，管线管的管径为ф1016mm，钢级为X70，输送压力达到10MPa，年输气量为170亿立方米。第三次高潮是本世纪的近几年，以西气东输二线工程为代表，管线管的管径为ф1219mm，钢级为X80，输送压力达到12MPa，年输气量为300亿立方米。
在第二个建设高潮中，我国提出了“以国产螺旋埋弧焊管为主的技术路线”。主要原因有四点：其一是当时我国没有直缝埋弧焊管机组，其二是我国没有生产高钢级、宽厚板的制造能力，其三是国外提高了直缝埋弧焊管的外贸价格，其四是我国考察了加拿大的长输管线工程，发现他们大量使用了高质量的螺旋埋弧焊管。为了西气东输一线工程的建设，国内螺旋埋弧焊管企业以中石油为代表，对既有的螺旋焊管机组作了许多技术改造，产品质量也有了很大的提高。
在同一时期，广州番禺珠江钢管公司率先从国外引进了直缝埋弧焊管机组（二手设备），并赶在西气东输二线工程开工之前生产出国内第一批直缝埋弧焊管。随后，国内兴建了多台直缝埋弧焊管机组（宝钢UOE机组及宝鸡和华北石油等企业的JCOE机组），为第三次建设高潮采用直缝埋弧焊管（UOE/JCOE）奠定了技术设备基础。直到现在，我国高水平的JCOE机组还在建设之中，例如唐山钢铁公司、江苏无锡玉龙钢管公司、宝鸡石油钢管公司、渤海装备石油钢管公司等瞄准以海洋管线为目标来规划建设JCOE机组，这主要是因为世界石油天然气管线的发展已经到了一个新的阶段。
当代油气长输管线发展的方向
市场经济决定了长输管线的发展必须服从企业效益和社会效益，管道建设中用于管材的投资占总投资的30%以上。管道的输送能力与管径和输送压力有关，它们之间成正比关系，增大管径和提高输送压力就可以大大提高管道输送能力。因此，石油天然气输送管线会逐渐向大直径、耐高压方向发展。而输气项目的经济效益随着管线输气能力的变化而变化。例如，粗略估算当管输费为3元/立方米时，到上海的最低经济起输量约为450亿立方米/年。西气东输二线管线的管径为ф1219mm，钢级为X80，工作压力为12MPa时，管线的输气能力只能达到300亿立方米/年。如果要将输气能力提高到400亿立方米/年~500亿立方米/年的水平，只能进一步提高输送压力和管径，例如管径扩大到ф1422mm，钢级为X80。
从另一个经济角度来看，天然气介质中含有H2S，属于酸气，对管道要求应当具有抗HIC（抗氢诱导裂纹）的能力。由于PH2S=P0×H2S%（PH2S是H2S的分压，MPa；P0是管道操作压力，MPa；H2S%是H2S体积百分比），因此，同样的H2S%，P0越高，PH2S也越高，从而易产生HIC，钢管的抗HIC能力也要提高，造价也相应提高了。
在同样的直径和操作压力情况下，管道强度等级的提高意味着壁厚的减薄，降低了钢管的重量从而减少了投资。但从另一个方面来看，管道强度等级的提高也意味着厚度直径比（t/D）的减少，管线刚度的降低，也就带来了管线抵抗第三方破坏能力的降低（所谓第三方破坏是指外界施工时对管线的破坏，比如滑坡、下陷等土壤的运动、水流的冲刷、地震等）。同时，厚度的减薄也意味着抗腐蚀安全度的减少。因此，提高钢级与减少厚度有一个经济性与安全性的综合评判的问题。
此外，现代管道设计有一个将产品系数0.72提高到0.8的趋势。美国标准规定管道最大许用应力为钢材屈服强度的72%，而加拿大为80%。这里有两条国外具有代表性的管线：一条是Alliance管线，管道全长2988千米，其中加拿大境内1559千米，美国境内1429千米，输气干线管径为ф914mm，长度为2649千米，设计压力为12MPa，钢级为X70。这条管线2000年投产，加拿大境内采用的设计系数为0.8，因此壁厚为14.3mm；美国境内的设计系数为0.72，壁厚为15.8mm，为此美国境内管线多用了钢材5.57万吨，但美国2006年7月份将设计系数提高到0.8。另一条是RockiesExpress管线，全长2676千米，主干线管径为ф1067mm，钢级为X80，设计压力为10MPa，设计系数为0.8，2009年投产。
简言之，现代输送管线的发展方向，主要有5个方面：一是单管年输气量提高到450亿立方米~500亿立方米；二是提高钢级≥X80，增大管径（ф1422mm），增大壁厚（20mm~40mm）；三是提高设计系数，从0.72到0.8；四是提高抗HIC的能力；五是对螺旋焊管工艺要求在技术上用“二步法”生产，即预精焊技术。
中国石油专用管（OCTG）在结构调整中发展
表1“十二五”中石油原油管道建设规划预测
表2“十二五”中石化原油管道建设规划预测
