鋼管在船舶與海洋工程中的應(yīng)用

鋼管在船舶與海洋工程中的應(yīng)用

我國(guó)造船業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有極其重要的位置。曾有人研究過(guò)，在116個(gè)行業(yè)中，造船業(yè)的產(chǎn)品涉及了97個(gè)行業(yè)，占87%。諸如冶金、材料、機(jī)械、微電子、電氣、化工、五金、輕紡、裝潢等，拉動(dòng)成千上萬(wàn)家企業(yè)的發(fā)展。據(jù)相關(guān)資料顯示，造船業(yè)中每建造1載重噸，可解決上游3000個(gè)勞動(dòng)崗位。造船業(yè)凝聚了人們的睿智與辛勤勞動(dòng)，是國(guó)家綜合國(guó)力的象征。特別是大型船舶和新型海洋工程的自主研制，更是衡量一個(gè)國(guó)家能否躋身于世界海洋大國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)。
　　海洋工程中鋼管應(yīng)用情況
　　鋼管在海洋工程中的應(yīng)用十分普遍。船舶與海洋工程兩大體系中大致需求三種類型的鋼管：常規(guī)系統(tǒng)中的鋼管、構(gòu)造中用的鋼管和特殊用途的鋼管。
　　1.常規(guī)系統(tǒng)中的鋼管
　　不同的船舶與海洋工程，既有常規(guī)系統(tǒng)，又有專用系統(tǒng)。
　　船舶使用壽命一般為20年。常規(guī)系統(tǒng)甚多，主要有艙底水、壓載、疏排水、生活污水、空氣、測(cè)量、注入、生活用水、消防、貨油、掃艙、透氣、惰氣、加熱、洗艙、泡沫滅火、灑水、蒸發(fā)氣、液位遙測(cè)、閥門遙控等系統(tǒng)，特種船舶還包括運(yùn)輸液化石油氣(LPG)、液化天然氣(LNG)等專用系統(tǒng)。海洋工程的使用壽命長(zhǎng)達(dá)30年，甚至更長(zhǎng)。海洋工程中除常規(guī)系統(tǒng)之外，還有特殊的鉆采設(shè)備系統(tǒng)、原油/液化石油氣/液化天然氣處理的流程系統(tǒng)、特殊的系泊系統(tǒng)、火炬系統(tǒng)，等等。
　　曾有人統(tǒng)計(jì)過(guò)，船舶類的管材年消耗量達(dá)450萬(wàn)噸，約44萬(wàn)根，其標(biāo)準(zhǔn)是GB、YB、CB，其中70%的鋼管之間用法蘭連接。僅一艘30萬(wàn)噸級(jí)的超大型油船管材用量可達(dá)數(shù)十公里，僅鋼管用量(包括不銹鋼管)就有1500噸左右，當(dāng)然相對(duì)于4萬(wàn)噸的船體結(jié)構(gòu)用量還是有限的。另外，考慮到同一種船舶，要建造多艘，還有許多其他船舶，這樣累計(jì)用量也就不少。而一艘30萬(wàn)噸級(jí)超大型FPSO管材數(shù)量超過(guò)3萬(wàn)根，長(zhǎng)度超過(guò)90公里，是同噸位級(jí)別的2～3倍。因此，造船業(yè)也就成為鋼管市場(chǎng)的一個(gè)大用戶。
　　2.構(gòu)造中的鋼管
　　海洋工程中鋼管的應(yīng)用，除了上述常規(guī)系統(tǒng)與專用系統(tǒng)外，許多構(gòu)造大量采用鋼管，如導(dǎo)管架、水下鋼樁、隔水套管、系泊支架、直升機(jī)平臺(tái)、火炬塔架等。這類鋼管的規(guī)格多、材質(zhì)高，有同徑、異徑，不同壁厚，還有大量的Y、K、T型的管節(jié)點(diǎn)。如導(dǎo)管架、鋼樁、井口隔水套等，多為大直徑尺寸的鋼管，一般都是用鋼板卷制而成。它們的材質(zhì)為E36-Z35、D36-Z35、E36、D36。這類鋼管的標(biāo)準(zhǔn)已不是用YB、CB，而主要是GB712-2000。鋼管的制作是按我國(guó)石油工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)(CPSC)制定的《結(jié)構(gòu)鋼管制造規(guī)范》SY/T10002—2000。由于我國(guó)沒(méi)有專門企業(yè)，所以通常都是由建造單位購(gòu)置鋼板后自行加工成型。
　　3.特殊用途的鋼管
　　特殊用途的鋼管是指特定工作環(huán)境和工作介質(zhì)下使用的特種鋼管。
　　海底輸油管就是典型特種鋼管，需求量較大，有強(qiáng)度高、公差小、抗腐蝕性好等特點(diǎn)。目前，我國(guó)海底輸油管生產(chǎn)還只是處于起步階段，原因在于焊接材料、抗腐蝕性能或規(guī)格少(管徑與壁厚)、價(jià)格貴等方面。
　　我國(guó)海上的原油，都需要保溫輸送。以往采用雙層鋼管保溫結(jié)構(gòu)，安全可靠。但用鋼管作為保護(hù)管是很不經(jīng)濟(jì)的，而且海上鋪管作業(yè)前，先要進(jìn)行內(nèi)外管焊接，大大地降低了鋪管效率，造成安裝費(fèi)用成倍增加。進(jìn)入21世紀(jì)后，人們推出了一種混凝土配重鋼管。它的結(jié)構(gòu)是(由里到外)：鋼管、環(huán)氧粉末(FBE)防腐層、聚氨酯保溫層、聚乙烯(PE)夾克管、鋼筋混凝土配重層(內(nèi)部配置鋼絲網(wǎng))。這一類特種鋼管，我國(guó)曾從國(guó)外進(jìn)口，如渤海的蓬萊19—3油田一期工程，采用馬來(lái)西亞BREDEROPRICE公司的產(chǎn)品。我國(guó)經(jīng)過(guò)研究與試驗(yàn)，2002年在塘沽建成國(guó)內(nèi)第一條混凝土配重鋼管的生產(chǎn)線，已為海上多個(gè)油田提供了數(shù)千公里的管道產(chǎn)品。據(jù)悉，采用這種鋼管，每公里海底管線可降低成本50萬(wàn)～100萬(wàn)元，大大降低了海上油田的開發(fā)成本，使一批邊際油田得以經(jīng)濟(jì)有效地開發(fā)。
　　鋼管材料的要求
　　海洋工程鋼管設(shè)計(jì)與選用，都是按船級(jí)社的海洋工程鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范，并參照API(美國(guó)石油學(xué)會(huì))、AISC(美國(guó)鋼結(jié)構(gòu)學(xué)會(huì))、ASTM(美國(guó)試驗(yàn)和材料協(xié)會(huì))、ANSI(美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì))、ASTM(美國(guó)試驗(yàn)和材料協(xié)會(huì))、AWS(美國(guó)焊接協(xié)會(huì))、NACE(國(guó)家防腐工程師協(xié)會(huì))的規(guī)范和準(zhǔn)則。對(duì)海洋工程鋼管材料的要求，實(shí)質(zhì)上是對(duì)鋼板本身的要求，有低碳鋼、高強(qiáng)度鋼、超高強(qiáng)度鋼、不銹鋼四大類。在這里提兩點(diǎn)：
　　(1)海洋工程進(jìn)口設(shè)備極多。有時(shí)要求英制的鋼管，鋼管制作質(zhì)量要求特別高。在海洋工程上屬于特殊區(qū)域的鋼管，其所有的焊縫要求100%超聲波探傷(UT-Ultrasonictesting)和磁性探傷(MT-Magnetictesting)。列入主要結(jié)構(gòu)的鋼管，在縱向焊縫兩端300mm的范圍內(nèi)要求100%UT和MT。
　　(2)管節(jié)點(diǎn)的制作屬于海洋工程中重要內(nèi)容。國(guó)外有專門的管節(jié)點(diǎn)工廠，而國(guó)內(nèi)都是建造單位自己解決。例如，載重量52000噸“渤海友誼”號(hào)浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油裝置(FPSO，中國(guó)十大名船之一)的特殊軟剛臂(YOKE)系泊系統(tǒng)中的YOKE與支撐支架、火炬塔架、直升機(jī)平臺(tái)支架等有221個(gè)管節(jié)點(diǎn)，要滿足AISC、AWS的要求。管路長(zhǎng)59公里(其中遙控液壓管28公里，遙控閥119只，油艙甲板48路)。船廠為了保證建造質(zhì)量，從千余名焊工中挑選數(shù)十名優(yōu)秀焊工，最后15名取得船級(jí)社的6GR資格。海洋工程中為了防止系統(tǒng)中油氣泄漏，鋼管不采用法蘭連接，而采用氬弧焊對(duì)接。船廠又需專門培養(yǎng)三批TIG焊工。
　　造船與冶金行業(yè)關(guān)系密切
　　我國(guó)造船產(chǎn)量自1995年以來(lái)已僅次于日本、韓國(guó)，躍居世界第三。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)造船業(yè)迅速發(fā)展，完工量與接單量已處在世界領(lǐng)先的地位。2010年是我國(guó)爭(zhēng)取進(jìn)入世界造船強(qiáng)國(guó)的一年。據(jù)國(guó)家海洋局2009年發(fā)布的《中國(guó)海洋發(fā)展報(bào)告》，我國(guó)的海洋勘探處在早期階段，主要分布在渤海、東南盆地、東海盆地、鶯歌海盆地、北部灣盆地、珠江口盆地。原油只占儲(chǔ)量的17.6%，天然氣只占儲(chǔ)量的11.9%，所以，我國(guó)造船業(yè)發(fā)展空間極大。
　　造船業(yè)與冶金行業(yè)關(guān)系非常密切。缺失了鋼材，就沒(méi)有今天的造船業(yè)，充其量停留在木質(zhì)船時(shí)代，更談不上開發(fā)海洋、利用海洋了。兩個(gè)行業(yè)存在著相互依賴、相互促進(jìn)的關(guān)系。造船業(yè)利用冶金業(yè)提供的各種鋼材;冶金業(yè)根據(jù)造船業(yè)的需求，生產(chǎn)并研制特殊的造船用鋼。
　　從我國(guó)今天的造船與石油行業(yè)來(lái)看，鋼管材料問(wèn)題值得梳理和研究，進(jìn)一步加強(qiáng)特種鋼管的研究是必要的�，F(xiàn)在“海洋工程裝備”和“新材料”都已列入上海市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)九大領(lǐng)域之中，正式作為一個(gè)獨(dú)立產(chǎn)業(yè)，呈現(xiàn)在面前。相信，特種鋼管的研究定能獲得政府部門的有力支持。