王 鋼, 王文博, 王 瑾
(中國石油技術(shù)開發(fā)有限公司, 北京100028)
哈薩克斯坦的克孜勒奧爾達—阿斯塔納天然氣管線鋼管供貨項目由中國石油技術(shù)開發(fā)有限公司與哈薩克斯坦KSS 公司于2019 年3 月經(jīng)多次協(xié)商確定。 項目用鋼管總量約26 萬t,分別由俄羅斯和中國提供, 管道公稱直徑為820 mm, 工作壓力9.8 MPa。 該項目不同于以往的中亞管線, 無中資背景, 哈方首先提出了鋼管的最初標準, 整個標準分為兩部分, 基本原則如下: ①向俄羅斯采購的直縫埋弧焊管執(zhí)行俄羅斯標準ГОСТ 31447—2012 《石油和石化產(chǎn)品傳輸管線干線用焊接鋼管技術(shù)要求》,鋼級為K60; ②向中國采購的螺旋埋弧焊管執(zhí)行API SPEC 5L 標準以及補充技術(shù)條件, 鋼級為X70M。 在確定原則的基礎(chǔ)上, 哈方提出了最初的技術(shù)要求, 但是, 哈方提出的要求與我國和歐美標準不盡相同, 尤其是在止裂韌性指標方面。 筆者介紹了哈薩克斯坦克阿輸氣管道X70M 鋼管的技術(shù)標準的磋商及解決問題的途徑, 為我國鋼管制造企業(yè)提供一定的參考。
克孜勒奧爾達—阿斯塔納天然氣管線項目用螺旋埋弧焊管主要規(guī)格為Φ820 mm×12 mm,執(zhí)行標準為API SPEC 5L (45 版) PSL2, 及補充技術(shù)條件 (共24 條)。 主要的4 個補充技術(shù)條件為: ①卷板化學成分應(yīng)滿足API SPEC 5L PSL2 中表5 的要求, 并且應(yīng)當符合買方要求,碳當量CEIIW上限不得超過0.42%; ②鋼管應(yīng)采用耐低溫卷板生產(chǎn), 母材和焊縫應(yīng)滿足-20 ℃下V 形缺口試樣和-60 ℃U 形缺口試樣沖擊試驗要求, 母材應(yīng)滿足-20 ℃斷口剪切面積的要求; ③管端橢圓度不超過0.8%; ④所有成品鋼管長度為11.7~12 m。
哈方提出的最初技術(shù)要求存在以下問題:①合同要求卷板化學成分除滿足API SPEC 5L(45 版) PSL2 要求外, 還應(yīng)滿足買方要求, 但買方并未給出明確要求; ②X70M 管線鋼的強度要求與K60 有差異; ③API SPEC 5L 中要求夏比V 形缺口沖擊試驗0 ℃沖擊功≥40 J, 該指標需獲得哈方認可; ④API 5L PSL2 中無U 形缺口沖擊試驗要求, 需明確標準及要求值; ⑤斷口剪切面積要求不明確, 需確認斷口剪切面積試驗方法及要求, 如果要求是夏比V 形缺口沖擊試驗, API SPEC 5L 中只要求報告結(jié)果, 如果要求是落錘撕裂試驗 (DWTT), 則-20 ℃太嚴苛, 難度較大; ⑥無論是哈方技術(shù)要求中向俄羅斯采購的直縫埋弧焊管的執(zhí)行標準ГОСТ 31447—2012, 還是向中國采購的螺旋埋弧焊管執(zhí)行標準和補充技術(shù)條件, 哈方均未給出關(guān)鍵的止裂韌性要求。 由于API SPEC 5L 標準只給出了確定止裂韌性的方法, 哈方又給不出具體要求,如不予以明確, 可能會存在延性斷裂長程擴展的風險, 需向哈方提出解決問題的建議。
由于俄羅斯ГОСТ 31447—2012 標準和API SPEC 5L (45 版) PSL2 標準存在差異, 難以兼顧。 為滿足雙方需求, 保證項目安全實施, 經(jīng)過分析, 發(fā)現(xiàn)了一個兼容雙方標準的俄羅斯標準,即俄羅斯伏爾加鋼管廠制定的企業(yè)標準ТУ 14-156-77—2008 《工作壓力≤9.8 MPa, 直徑530~1 420 mm 的大口徑天然氣焊管技術(shù)條件》, 該標準兼容包括了K 系列和X 系列管線鋼的鋼級,其化學成分也都給出了相應(yīng)規(guī)定。 因此, 選定ТУ 14-156-77—2008 作為參考標準, 用于補充技術(shù)條件中哈方不能明確條款的制定依據(jù), 具有較好的效果。 ТУ 14-156-77—2008 標準對管線鋼化學成分的要求見表1。
表1 ТУ 14-156-77—2008 標準對管線鋼化學成分的要求
參考ТУ 14-156-77—2008 標準, 與API SPEC 5L (45 版) PSL2 相關(guān)條款結(jié)合, 將嚴格的指標定為最終要求, 最終確定了本項目X70M管線鋼的化學成分見表2。 哈方曾對Nb、 V、 Ti的單個質(zhì)量分數(shù)以及總質(zhì)量分數(shù)提出疑問, 經(jīng)我方說明兩者要求應(yīng)同時滿足后, 哈方表示認可。
表2 最終確定的X70M 管線鋼化學成分
與化學成分確定方式相同, 拉伸性能的確定參照ТУ 14-156-77—2008 標準中的相關(guān)要求,拉伸性能見表3。
表3 ТУ14-156-77—2008 標準K 系列和X 系列管線鋼的拉伸性能要求
根據(jù)API SPEC 5L 相關(guān)條款, 參考ТУ 14-156-77—2008 標準, 確定了本項目X70M 管線鋼的拉伸性能要求見表4。 對抗拉強度下限進行了微調(diào), 與K60 保持一致。
表4 最終確定的X70M 管線鋼力學性能要求
根據(jù)API 5L 和ТУ 14-156-77—2008 相關(guān)條款, 雙方一致確定了-20 ℃管體、 焊縫和熱影響區(qū)的起裂抗力以及-5 ℃的DWTT 剪切面積要求。 但是俄羅斯標準采用的沖擊韌性單位與ISO 標準不一致, 要按缺口下方面積進行換算。 哈方堅持按ISO148-1 進行-60 ℃的U 形缺口沖擊試驗, 采用5 mm 的缺口, 但卻要求吸收能量值不變。 我方同意進行-60 ℃的U 形缺口沖擊試驗, 并說明不同缺口深度下的面積, 而俄羅斯標準采用的沖擊韌性單位與ISO 標準不同, 應(yīng)考慮缺口深度的影響。最終取得哈方認可, 采用2 mm 深度的缺口以及沖擊吸收能量要求。 同時, 明確了剪切面積要求是針對DWTT, 按API 標準進行, CVN 剪切面積作為信息報告。 為便于哈方了解國產(chǎn)X70 管線鋼的韌性裕度, 同意列入了系列溫度沖擊試驗。
由于克阿管線是天然氣長輸管道, 存在發(fā)生長程延性斷裂擴展的危險。 除了滿足上述起裂抗力要求外, 還需按API SPEC 5L 附錄G——抗延性斷裂的PSL2 鋼管要求, 確定其阻止長程延性斷裂擴展的止裂韌性要求。 由于哈方不能提出管體止裂韌性要求, 但此問題存在巨大風險, 因此我方協(xié)助其進行了該工作。 首先根據(jù)歐洲管線研究組織 (EPRG) 2018 年關(guān)于管線鋼止裂韌性的推薦意見第三版(IPC2018-78043), 判定其輸送介質(zhì)是否是富氣。 EPRG 推薦意見第三版給出了確定貧氣的定義表 (見表5), 只有表中所有項都滿足要求才能確定為貧氣, 否則為富氣。
按表5 要求對克阿管線氣體組分進行逐項計算對比, 幸運的是, 克阿管線天然氣組分計算結(jié)果表明是貧氣, 可運用EPRG 推薦的查表法確定止裂韌性要求。 根據(jù)EPRG 2018 年關(guān)于管線鋼止裂韌性的推薦意見(第三版) 表4b 中的要求, X70鋼級、 9.8 MPa 壓力、 設(shè)計系數(shù)不大于0.72 的管線鋼管, 其以夏比沖擊吸收能表示的Φ820 mm 鋼管的止裂韌性為120 J。 由于此值高于起裂抗力要求,因此管體夏比V 形缺口試樣沖擊試驗要求可統(tǒng)一為Φ820 mm 鋼管-20 ℃下的止裂韌性為120 J。
表5 歐洲管線研究組織EPRG 確定氣體組分計算表
為了保證螺旋埋弧焊管管端尺寸精度不低于俄羅斯生產(chǎn)的直縫埋弧焊管, 規(guī)定采用管端定徑工藝。 定尺要求, 哈方給予了10%的短尺率許可; 外防腐和內(nèi)涂層采用加拿大標準[5]。 至此雙方達成一致, 該項目進展順利, 已全部完成交貨, 并得到了哈方的認可。
(1) 中亞—俄羅斯地區(qū)國家油氣管道沿用原蘇聯(lián)的ГОСТ 標準體系, 特別是涉及到其二級、三級的試驗方法標準繁多, 我們目前所掌握的標準體系難以滿足要求。 如能采用API 或ISO 標準, 則有利于生產(chǎn)組織和交貨。
(2) 俄羅斯伏爾加鋼管廠企業(yè)標準ТУ 14-156-77—2008 兼容了API 和ГОСТ 標準體系要求, 雙方均能接受, 可考慮采用或借鑒。
(3) 中亞—俄羅斯地區(qū)國家的鋼管標準較為重視低溫沖擊起裂抗力要求, 但對延性斷裂止裂要求不夠重視, 特別是沖擊能量的單位不同, 應(yīng)特別引起注意。