船舶与海洋工程中的钢管应用探索

船舶与海洋工程中钢管的应用

我国造船业在国民经济发展中占有极其重要的位置。曾有人研究过，在116个行业中，造船业的产品涉及了97个行业，占87%。诸如冶金、材料、机械、微电子、电气、化工、五金、轻纺、装潢等，拉动成千上万家企业的发展。据相关资料显示，造船业中每建造1载重吨，可解决上游3000个劳动岗位。造船业凝聚了人们的睿智与辛勤劳动，是国家综合国力的象征。特别是大型船舶和新型海洋工程的自主研制，更是衡量一个国家能否跻身于世界海洋大国的标准。

海洋工程中钢管应用情况

钢管在海洋工程中的应用十分普遍。船舶与海洋工程两大体系中大致需求三种类型的钢管：常规系统中的钢管、构造中用的钢管和特殊用途的钢管。

1.常规系统中的钢管

不同的船舶与海洋工程，既有常规系统，又有专用系统。

船舶使用寿命一般为20年。常规系统甚多，主要有舱底水、压载、疏排水、生活污水、空气、测量、注入、生活用水、消防、货油、扫舱、透气、惰气、加热、洗舱、泡沫灭火、洒水、蒸发气、液位遥测、阀门遥控等系统，特种船舶还包括运输液化石油气(LPG)、液化天然气(LNG)等专用系统。海洋工程的使用寿命长达30年，甚至更长。海洋工程中除常规系统之外，还有特殊的钻采设备系统、原油/液化石油气/液化天然气处理的流程系统、特殊的系泊系统、火炬系统，等等。

曾有人统计过，船舶类的管材年消耗量达450万吨，约44万根，其标准是GB、YB、CB，其中70%的钢管之间用法兰连接。仅一艘30万吨级的超大型油船管材用量可达数十公里，仅钢管用量(包括不锈钢管)就有1500吨左右，当然相对于4万吨的船体结构用量还是有限的。另外，考虑到同一种船舶，要建造多艘，还有许多其他船舶，这样累计用量也就不少。而一艘30万吨级超大型FPSO管材数量超过3万根，长度超过90公里，是同吨位级别的2～3倍。因此，造船业也就成为钢管市场的一个大用户。

2.构造中的钢管

海洋工程中钢管的应用，除了上述常规系统与专用系统外，许多构造大量采用钢管，如导管架、水下钢桩、隔水套管、系泊支架、直升机平台、火炬塔架等。这类钢管的规格多、材质高，有同径、异径，不同壁厚，还有大量的Y、K、T型的管节点。如导管架、钢桩、井口隔水套等，多为大直径尺寸的钢管，一般都是用钢板卷制而成。它们的材质为E36-Z35、D36-Z35、E36、D36。这类钢管的标准已不是用YB、CB，而主要是GB712-2000。钢管的制作是按我国石油工业标准技术委员会(CPSC)制定的《结构钢管制造规范》SY/T10002—2000。由于我国没有专门企业，所以通常都是由建造单位购置钢板后自行加工成型。

3.特殊用途的钢管

特殊用途的钢管是指特定工作环境和工作介质下使用的特种钢管。

海底输油管就是典型特种钢管，需求量较大，有强度高、公差小、抗腐蚀性好等特点。目前，我国海底输油管生产还只是处于起步阶段，原因在于焊接材料、抗腐蚀性能或规格少(管径与壁厚)、价格贵等方面。

我国海上的原油，都需要保温输送。以往采用双层钢管保温结构，安全可靠。但用钢管作为保护管是很不经济的，而且海上铺管作业前，先要进行内外管焊接，大大地降低了铺管效率，造成安装费用成倍增加。进入21世纪后，人们推出了一种混凝土配重钢管。它的结构是(由里到外)：钢管、环氧粉末(FBE)防腐层、聚氨酯保温层、聚乙烯(PE)夹克管、钢筋混凝土配重层(内部配置钢丝网)。这一类特种钢管，我国曾从国外进口，如渤海的蓬莱19—3油田一期工程，采用马来西亚BREDEROPRICE公司的产品。我国经过研究与试验，2002年在塘沽建成国内第一条混凝土配重钢管的生产线，已为海上多个油田提供了数千公里的管道产品。据悉，采用这种钢管，每公里海底管线可降低成本50万～100万元，大大降低了海上油田的开发成本，使一批边际油田得以经济有效地开发。

钢管材料的要求

海洋工程钢管设计与选用，都是按船级社的海洋工程钢结构规范，并参照API(美国石油学会)、AISC(美国钢结构学会)、ASTM(美国试验和材料协会)、ANSI(美国国家标准学会)、ASTM(美国试验和材料协会)、AWS(美国焊接协会)、NACE(国家防腐工程师协会)的规范和准则。对海洋工程钢管材料的要求，实质上是对钢板本身的要求，有低碳钢、高强度钢、超高强度钢、不锈钢四大类。在这里提两点：

1)海洋工程进口设备极多。有时要求英制的钢管，钢管制作质量要求特别高。在海洋工程上属于特殊区域的钢管，其所有的焊缝要求100%超声波探伤(UT-Ultrasonictesting)和磁性探伤(MT-Magnetictesting)。列入主要结构的钢管，在纵向焊缝两端300mm的范围内要求100%UT和MT。

2)管节点的制作属于海洋工程中重要内容。国外有专门的管节点工厂，而国内都是建造单位自己解决。例如，载重量52000吨“渤海友谊”号浮式生产储油装置(FPSO，中国十大名船之一)的特殊软刚臂(YOKE)系泊系统中的YOKE与支撑支架、火炬塔架、直升机平台支架等有221个管节点，要满足AISC、AWS的要求。管路长59公里(其中遥控液压管28公里，遥控阀119只，油舱甲板48路)。船厂为了保证建造质量，从千余名焊工中挑选数十名优秀焊工，最后15名取得船级社的6GR资格。海洋工程中为了防止系统中油气泄漏，钢管不采用法兰连接，而采用氩弧焊对接。船厂又需专门培养三批TIG焊工。

造船与冶金行业关系密切

我国造船产量自1995年以来已仅次于日本、韩国，跃居世界第三。进入21世纪以来，我国造船业迅速发展，完工量与接单量已处在世界领先的地位。2010年是我国争取进入世界造船强国的一年。据国家海洋局2009年发布的《中国海洋发展报告》，我国的海洋勘探处在早期阶段，主要分布在渤海、东南盆地、东海盆地、莺歌海盆地、北部湾盆地、珠江口盆地。原油只占储量的17.6%，天然气只占储量的11.9%，所以，我国造船业发展空间极大。

造船业与冶金行业关系非常密切。缺失了钢材，就没有今天的造船业，充其量停留在木质船时代，更谈不上开发海洋、利用海洋了。两个行业存在着相互依赖、相互促进的关系。造船业利用冶金业提供的各种钢材;冶金业根据造船业的需求，生产并研制特殊的造船用钢。

从我国今天的造船与石油行业来看，钢管材料问题值得梳理和研究，进一步加强特种钢管的研究是必要的。现在“海洋工程装备”和“新材料”都已列入上海市高新技术产业九大领域之中，正式作为一个独立产业，呈现在面前。相信，特种钢管的研究定能获得政府部门的有力支持。

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