B型套筒上下對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，結(jié)構(gòu)應(yīng)力相對較高，易出現(xiàn)裂紋等缺陷。

工程材料研究院研發(fā)的X65/X70高鋼級薄壁B型套筒，較常規(guī)產(chǎn)品厚度薄，修復(fù)后管道負重較輕，角焊縫處結(jié)構(gòu)應(yīng)力較低。這個產(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鋼級薄壁B型套筒的生產(chǎn)準備,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)保成為社會各界關(guān)注的焦點。

工程材料研究院針對我國高鋼級管道完整性關(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余年理論與試驗研究，攻克了“含缺陷管道評價修復(fù)”關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)的X65/X70高鋼級薄壁B型套筒，填補了國內(nèi)空白。截至目前，“含缺陷管道評價修復(fù)”這項創(chuàng)新成果累計開展評價3萬余次，修復(fù)損傷1000多處，為我國油氣管道安全高效運行提供了重要技術(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、安全性高、投資少等優(yōu)點，但在長期服役過程中，不可避免會出現(xiàn)損傷。如何科學(xué)處理在役管道損傷，是管道運營企業(yè)和專業(yè)科研機構(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，不可能也不需要對所有管道缺陷進行維修或更換?！惫こ滩牧涎芯吭簵钿h平博士說，檢測到管道損傷后，首先應(yīng)進行安全評價，并計算其剩余強度。選擇那些無法繼續(xù)服役的高危缺陷進行修復(fù)或換管作業(yè)，既可保證管道安全運行，又可節(jié)約維修成本。

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

經(jīng)評價認定的管道高危損傷，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的損失就高達幾百萬元，而且嚴重影響下游用氣。因此，B型套筒成為經(jīng)濟、安全修復(fù)的首選。

國內(nèi)之前采用的Q345低鋼級B型套筒，存在壁厚較厚、現(xiàn)場焊接工作量大、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，聯(lián)合相關(guān)單位，開展了高鋼級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、分析與改進，成功研發(fā)出性能優(yōu)異的X65/X70高鋼級薄壁B型套筒，并形成了配套的焊接、焊后熱處理以及無損檢測等關(guān)鍵技術(shù)，制定了B型套筒產(chǎn)品行業(yè)標準，使我國高鋼級管道修復(fù)技術(shù)邁入國際先進行列。

搭建橋梁加速快跑促進成果轉(zhuǎn)化

為實現(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)、完善激勵機制的基礎(chǔ)上，對“含缺陷管道評價修復(fù)”項目實行了“科研創(chuàng)新—市場推銷—售后服務(wù)—標準化”一體化運作模式。

“科技成果轉(zhuǎn)化難，主要難在信息不對稱。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”，項目團隊在潛心鉆研、持續(xù)攻關(guān)的同時，堅持定期與油田、管道公司、生產(chǎn)廠家開展技術(shù)交流、介紹項目進展、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)用實際。

作為中國石油最早開展管道安全評估研究的單位，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度評價方法》。2017年，“含缺陷管道評價修復(fù)”項目團隊在最新研究成果的基礎(chǔ)上，對這個標準進行了第3次修訂，在國內(nèi)首次提出了錯邊、斜接、分層等缺陷的評價方法。權(quán)威性和創(chuàng)新性兼具，使這個標準在行業(yè)內(nèi)被更廣泛應(yīng)用。

“X65/X70高鋼級B型套筒及配套技術(shù)剛研發(fā)出來時，不少用戶是持懷疑態(tài)度的?！标兾魇谀?、工程材料研究院首席專家劉迎來介紹，由于一些研發(fā)工作是在條件較好的實驗室里完成的，而油氣管道沿線情況復(fù)雜多變、環(huán)境惡劣，用戶擔心新技術(shù)、新工藝存在安全風險。

2020年6月，X70鋼級薄壁B型套筒被應(yīng)用于中緬管道環(huán)焊縫缺陷修復(fù)。在管道正常運行一段時間后，項目團隊對修復(fù)處做了嚴苛的實物試驗和解剖分析。檢測結(jié)果表明，新套筒所有性能指標均符合標準要求，完全可以有效保證管道安全服役。

目前，“含缺陷管道評價修復(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)集團推廣應(yīng)用，取得了顯著的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益。

探索前行持續(xù)提升品牌盈利能力

“實踐證明，我們創(chuàng)新研發(fā)的管道評價及修復(fù)技術(shù)既可保障管道運行安全，又能科學(xué)地節(jié)約管道維修維護成本，是兼顧安全性和經(jīng)濟性的最佳方法，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。

管道缺陷評價包括確定缺陷的性質(zhì)、幾何尺寸、受力情況等。作為平衡管道運營經(jīng)濟性與安全性的重要手段，科學(xué)嚴謹?shù)脑u價與篩選，可減少90%以上的修復(fù)工作量，并能每年節(jié)約數(shù)億元的維修費用。目前，在國內(nèi)重大管線缺陷評價領(lǐng)域，工程材料研究院的技術(shù)市場占有率已達到50%以上，是名副其實的“領(lǐng)頭羊”。

大量試驗及工程應(yīng)用數(shù)據(jù)顯示，被評價為必須進行修復(fù)的管道高危缺陷，采用B型套筒補強技術(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。

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，開發(fā)的X65/X70高鋼級薄壁B型套筒，壁厚較傳統(tǒng)產(chǎn)品減少19%至30%，現(xiàn)場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)高鋼級發(fā)展的進程，對保障管網(wǎng)安全、高效、平穩(wěn)運行具有重要意義。

“經(jīng)過20余年聚智創(chuàng)新和攻堅克難，‘含缺陷管道評價修復(fù)’技術(shù)已被業(yè)內(nèi)認可并實現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用，為我國管道運營保駕護航?！惫こ滩牧涎芯吭焊笨偣こ處熈_金恒表示，雖然此項目已獲得包括國家技術(shù)發(fā)明二等獎在內(nèi)的10項省部級以上獎勵，擁有了30余項專利授權(quán)和15項軟件著作權(quán)，但項目團隊并不打算止步于此。

為滿足油氣管道進一步發(fā)展和高效安全運行的需求，項目團隊將在現(xiàn)有成果之上，開展管道智慧評價、智能修復(fù)等技術(shù)攻關(guān)，進一步完善和提升高鋼級管道的完整性評價方法，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)補強技術(shù)，在我們項目部轄區(qū)的高風險集輸天然氣管道進行了修復(fù)作業(yè)。此后，轄區(qū)集輸管道失效事故顯著減少，對安全生產(chǎn)起到了保駕護航的作用。這項技術(shù)不動火、無須停輸放空天然氣和氮氣置換、作業(yè)周期短、綜合治理費用低，我們計劃進一步推廣應(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“含缺陷管道評價修復(fù)”技術(shù)，配合開展風險隱患排查工作，應(yīng)用效果得到大家一致認可，為我們的管道安全運行提供了強有力的技術(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，進行了環(huán)焊縫缺陷修復(fù)作業(yè)?，F(xiàn)場焊接用時比使用其他產(chǎn)品節(jié)省了27％，有效降低了現(xiàn)場勞動強度和焊接開裂風險，提升了套筒焊接質(zhì)量，為我們的高鋼級大口徑管道環(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)場應(yīng)用，嚴苛的實物及解剖分析試驗結(jié)果表明，各項性能指標滿足GB/T9711、GB/T31032等標準要求。經(jīng)過兩年多的實際應(yīng)用，我們計劃在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)實力，成功中標福建LNG壓力管道焊縫適用性評價項目。這是工程材料研究院成為中海油管道缺陷評價服務(wù)商的第3個年頭。

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

2021年7月18日，工程材料研究院“含缺陷管道評價修復(fù)”團隊接到通知，有輸氣管道出現(xiàn)褶皺，現(xiàn)場急需技術(shù)支持。

在院里統(tǒng)一安排下，高級工程師張良于當日深夜11時趕到現(xiàn)場。張良仔細詢問、勘查后，及時采用管道評價技術(shù)對缺陷進行了安全評價，解決了現(xiàn)場的燃眉之急。

由于褶皺出現(xiàn)在管道本體，張良結(jié)合多年研究和實踐經(jīng)驗，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。

“管道安全評價非常重要，尤其是決策的關(guān)鍵時刻！”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。當時，經(jīng)過48個小時連續(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)供氣的時間。

在搶修指揮部的決策會議上，一直盯在現(xiàn)場的楊鋒平主動請纓：“有些缺陷并不影響管道運行安全，先用我們的技術(shù)對焊縫進行評價，再決定是否返修。”

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

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

“以前管道公司不了解安全評價技術(shù)，將檢測出的超標缺陷全部修復(fù)，維修成本居高不下?！睏钿h平說，我們在調(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，“含缺陷管道評價修復(fù)”團隊對南方一家管道公司排查出的164道環(huán)焊縫隱患，做了安全評價。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)計壓力下安全服役。

對于要維修的缺陷，項目團隊從專業(yè)角度介紹了自主研發(fā)的高鋼級薄壁B型套筒修復(fù)技術(shù)，特別是應(yīng)對角焊縫開裂等難題的優(yōu)勢，并制定了施工方案。成功實施后，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