火炬计划项目可行性研究报告(大口径高钢级直缝双面埋弧焊钢管).doc

2006年国家火炬计划项目可行性研究报告 大口径高钢级直缝双面埋弧焊钢管产业化出口示范国家火炬计划产业化项目可行性研究报告项目名称：大口径高钢级直缝双面埋弧焊钢管产业化出口示范 33目 录一、概 述71.1背景71.2技术开发状况71.2.1对UOE机组的改进81.2.2旋弯式JCOE机组技术改进91.3现有产业规模151.4项目产品的用途及性能161.5投资的必要性及预期经济效益161.6企业实施本项目的优势16二、技术可行性分析172.1技术路线和项目成熟性172.1.1工艺路线172.1.2技改内容182.1.3项目成熟性182.2技术的合理性182.3关键技术的先进性和效果192.4项目产品技术性能水平与国内外同类产品的比较202.4.1 性能、组织、外观202.4.2静水压和爆破试验232.4.3无损检测242.4.4国家石油管材质量监督检验中心检测结论242.5项目承担单位在实施本项目中的优势252.5.1技术优势252.5.2产业化优势25三、项目成熟程度253.1项目成熟程度253.2市场反馈及用户意见263.3项目产品知识产权情况26四、项目产品的市场需求及风险分析264.1国内市场需求规模和产品发展前景264.2项目产品在国内市场的竞争优势274.3项目产品国际市场需求及增长趋势274.4项目产品国际市场竞争优势及替代进口分析274.5风险因素分析及相关对策28五、投资估算及资金筹措285.1投资估算285.2资金筹措方案28六、项目产品经济和社会效益分析296.1经济效益分析296.2财务分析结论296.3社会效益分析297.综合实力和产业基础307.1企业员工构成307.2项目负责人简介307.2.1主要业绩307.2.2主要论文发表情况及其他科研经历307.3企业科研投入及管理体系317.4项目产品的产业基础和条件31八、项目实施进度计划32九、其它329.1环境保护措施329.2劳动保护和安全329.3附件32十、结论33一、概 述1.1背景油气输送管道作为调配油气资源的一种重要运输工具，具有远距离输送量大、工作效率高、综合经济效益好等优势，因而在石油工业中发挥着自己越来越重要的作用。从世界经济长远发展对能源消耗的趋势看，今后油气管道的新建、修建和扩建等工作需要得到加强，这为管道钢管产品的市场需求提供了极大的潜力。直缝双面埋弧焊接钢管作为管道输送工程项目建设过程中所采用的主要产品，一方面具有使用数量大、品种规格多、精度要求高等特点；另一方面，从目前新发现的油气田数量以及储备量来看，大型油气田主要集中在沙漠、深海、以及极地的冻土地带，这使得管道输送过程必须更加重视生态环境保护、节能降耗、提高工作效率等突出的经济和社会问题。管道输送工程建设在上述两方面的要求，加大了焊管产品的制作技术图1 资源分布图示难度。从直缝埋弧焊管生产技术发展看，管道钢管材质升级、管道钢管大口径化、耐高压化已成为管线焊管及其配套产品技术发展的总体趋势，这也为直缝埋弧焊钢管制造企业进行新产品开发和生产技术改造指明了方向。因此，我国管道焊管加工制作企业必须积极、主动地解决管道输送所面临的上述技术问题，不断更新焊管制作装备、改进工艺技术，开发新产品，满足管道焊管制作的各项技术标准，以高端技术产品来策应我国“国家西部大开发战略”、“国家石油、天然气南下太平洋战略”以及“石油、天然气资源走出去战略”。虽然我国用于油气输送的直缝双面埋弧焊管的生产历史不到10年，但是这种产品的生产技术发展步伐很快。在2000年以前，国内相关生产企业在争取国际重大工程的招标活动中，特别是在焊管高端技术产品（例如，海底输气管）的市场竞争中，长期居于不利的被动地位。从2000年以后，番禺珠江钢管有限公司（简称PCK，下同）利用所引进的UOE机组，成功组织了直缝双面埋弧焊管产品的生产，打破了国际垄断，并促进了国内钢铁冶金、热控轧技术在管线钢产品方面的开发力度。在将近十年的发展中，PCK先后获得美国石油协会API、英国皇家标准协会BSI、香港品质保证局ISO认证、英国劳氏船级社LR认证、法国船级社BV认证、挪威船级社DNV等标准协会的生产许可会标，并在国际上树立了企业“PCK”良好的品牌形象，企业经济效益显著，成为同行业中具有重要影响力的大型民营科技型企业。以此为基础，PCK为进一步促进企业新产品产业化发展，向科技主管部门提交大口径直缝双面埋弧焊钢管工艺技术及系列产品研究开发项目的申请。1.2技术开发状况我公司新产品不断开发，取决于制造技术水平的不断提升。PCK先后获得刨边机、扩径机、预弯机等18项制管技术专利，焊管成型、焊接、检测等方面的技术都明显提高。目前1422（mm）19.8（mm），X70 材质JCOE直缝双面埋弧焊钢管产品和914（mm）15.4（mm），X80材质UOE直缝双面埋弧焊管线钢管产品技术已经圆满完成生产试验任务，焊管产品质量和生产技术已经达到国内领先和国际先进水平。总结番禺珠江钢管在技术开发所走过的道路，主要做了以下工作。1.2.1对UOE机组的改进UOE制管工艺是世界上最先进焊管工艺, 1999年PCK引进的UOE焊管生产线，并进行了现代化生产技术的改造，是我国首条UOE焊管生产线，在我国焊管发展史上具有里程碑的意义。本公司引进的美国UOE设备，是上世纪50年代的产品。在那个年代，电器自动化控制只能通过接触器、继电器、模拟控制模块等来完成。在科技飞速发展的今天，这些已远远不能达到自动化控制要求。所以，我公司在基本上遵照原控制要求的前提下，对于控制系统作了更新换代的改进。这不仅使UOE焊管机组达到了现代化的控制，而且将故障率降到了最低。主要生产工序采取了自动控制，保证了生产的高效、流畅。技改内容主要包括：全线设备采用西门子PLC控制。这样一来，就大大地减化了接触器、继电器的数量，使繁琐的控制线路变的简单，同时也使设备的自动化程度有了很大的提高。在刨边机上，应用了最先进的激光自动测长记录系统，来随时监控刨边机后钢板宽度，有效地保证刨边的宽度。部分设备采用了微机控制。在O机控制中，我们通过微机PLC压力传感器三位一体，来达到压力控制、动作控制及数据采集的全过程一体化控制。在水压扩径机和水压试验机的压力控制中，我们通过微机与压力系统的直接通讯来完成压力控制、数据采集、数据存储、曲线打印和历史查询等一系列复杂操作及控制。焊接系统多丝高速的改进。在原美国的焊接系统中，内、外焊都只有两丝交流。我公司引进之后，在原来的基础上又增加了一丝直流，使焊接系统变成了DCACAC，且焊接电源和控制系统全部采用美国林肯公司的设备，保证了焊接规范的稳定性。在焊接控制器中加装了断弧和失压的报警系统，来控制外围因素对焊接造成的影响。在外焊还加装了焊缝激光跟踪、焊头调整机构等装置，使焊接系统操作方便、简捷可靠。在自行开发的机械扩径机控制系统中，采用了西门子的可编程控制器和人机界面触摸屏来进行控制和监控，设计出了智能型机器。操作者只需输入扩头直径、钢管壁厚和扩径后的管径及每次扩径长度等参数，启动后系统就会以自动或手动的方式来进行扩径。设置了钢管的自动称重和测长装置。该系统用的是CCD成像测量法来测量每一支钢管的重量。并最终以报表的形式自动打印出来。在随后的多年生产中，该套设备为国家建设油气管线项目做出重要贡献：2001年11月，生产出我国首支UOE直缝埋弧焊钢管。2002年5月生产出首支西气东输101617.5mm/X70钢级的样品管。2002年7月生产出首支耐火耐侯用直缝埋弧焊钢管(50812.5mm/WGJ510C2钢级)的样品管,用于我国国家大剧院工程。2002年10月PCK，BX70钢级系列UOE焊管系列产品通过了广州市经济委员组织的鉴定。2003年5月生产出我国首支海底用直缝埋弧焊钢管(71115.9mm/X60钢级),用于我国东海春晓气田海底管道工程。2003年8月生产出我国首支抗HIC/SSCC酸性环境用直缝埋弧焊钢管(609.812.7mm/X65钢级),用于出口伊朗国家石油酸湿管道输气项目。2004年5月生产出我国首支完全国产化的海底用直缝埋弧焊钢管(50814.3mm),用于我国南海番禺/惠州气田海底管道工程。1.2.2旋弯式JCOE机组技术改进(1)成型机改造改造完后的成型机参见图2.2-1所示。原成型机功率较小，不能对高钢级厚钢板进行成型加工。将原副头被动支持架改为动力支持架，在副头上加装4台液压马达驱动，连同主动头上的4台液压马达，一共8台液压马达同时驱动芯轴辊的旋转，同时增加控制芯轴压下油缸数目至8个，成型能力较改造前提高一倍，同时由于主副头同时驱动，有效的根除了以前出现的钢管成型扭曲问题。图1.2.21成型机改造另外对芯轴的夹钳装置进行了改造，夹钳由原来的固定夹钳变为油缸控制的活动夹钳，保证成形后制品具有良好的弯曲弧度，极大程度的消除了直边，消除了噘嘴现象，有利于减少钢管焊接后的残余应力，同时极大的提高了生产效率，由以前的日产量不足0.6km/日提高到现在的日产量1.5-1.8km/日，产量翻了2-3倍。生产较小口径钢管时，芯轴细长刚性不足，将直接影响正常生产，为此研制出防偏装置2台，较好的解决了小芯轴的刚性问题，满足日常生产的要求。(2)增加后弯机直缝焊接钢管连续旋弯式JCO成型制品的“直边”缺陷，是目前成型设备条件下无法完全克服的缺陷，钢板完成旋弯后进行后弯是一个克服钢板“直边”现象的合理思路，是对JCO成型的一个重要补充。工艺总体设计中，采用试验方法分析JCO成型过程中“直边”的产生原因，研究了制品直边弧形化的成型的主要影响要素，形成“后弯”成型过程设计的构想，设计原理如图1.2.2-2所示，是JCO成型后制品直边弧形化过程示意，在制品的纵向设计排辊，逐步完成各部分的变形。后弯试验表明，所采用设备对减小制品的直边度起了良好的效果，从而保证了焊接后残余应力的最小化。后弯机设备参见图1.2.23所示。图1.2.22 后弯成型示原理示意图图1.2.23 后弯机(3)机械扩径自主设计机械扩径机是由自己设计、制造，拥有独立知识产权的焊管整型设备，为双工位布局，既可以对钢管整体扩径，又可以对管端进行整型，实现一机两用，扩径头是机械扩径机的关键部件。扩径头是由多个扇形块组成的芯棒安装在楔形体上，而楔形体固定在液压缸的活塞杆上。当液压缸活塞和楔形体向右移动时，由于构成芯棒表面的扇形向外扩展，使芯棒圆周增大。楔形块的力借助斜块通过扇形板作用在钢管上，从而使与芯棒接触的一段钢管得到扩径。当活塞和楔形体向左移动时，钢管与芯棒脱离开，以便再次送进，进行下一段钢管的扩径。机械扩径首先是将直焊缝对准扩径头模具上的槽，然后将钢管分步送入扩径头一段一段地进行（扩径长度一般为0.91.0m），最后完成全长钢管的扩径。机械扩径作业参见图1.2.23。扩径机的作用：矫正由焊接造成的钢管变形，使钢管的椭圆度和平直度达到要求的尺寸精度；减少或消除在制管过程中引起的包辛格效应，提高钢管的屈服强度；消除钢管成型和焊接部位的残余应力。图1.2.23机械扩径作业现场(4)JCOE水压试验机JCOE生产线引进之初，只适合于结构钢管、打桩管的制造，不要求对钢管进行水压试验。我公司引进该生产线后，瞄准国内外管线钢管的制造，于2000年从我国大连引进了水压试验机并在生产过程中结合实际情况进行改造，首先是改进其控制系统，再是增加设备能力，把高压水泵从一台增加到三台，使其加压时间比原来缩短3倍，低压抽水泵从一台增加到二台，充水时间比改造前缩短2倍，最后是更改密封方式，从单一端面密封方改进为针对小管径的端面密封方式和针对大管径的径向密封相结合。经过此三步改造， 水压机的设备能力得到大幅度提升。同时，还配备了自动图示和自动记录时间与压力变化曲线系统，完全符合API、DNV、ISO等各类标准对管线钢管水压试验的要求。(5)JCOE机械修端机JCOE生产线引进之初，采用火焰修端，不满足油气管线生产的要求，为此公司于2000年添置机械修端机，该机拥有双工位，可对两管端同时加工，并配备了电气自动控制系统，可方便地实现钢管的对中和快速修端，生产过程中公司相继对其夹具刚性、小车拖动形式、托辊等进行了改造，大大提高设备能力、效率和质量，完全根除火焰修端的缺点。采用火焰爬坡修端坡口面不平整，往往切割以后还要增加打磨工序，耗费人力物力，机械修端机所修的坡口面则非常平整，加工角度调整方便，钝边控制能精确至1.60.8mm，且无毛刺，还能控制管端切斜1.6mm，机械修端无热影响区，完全适应管线管对钢管端面的要求。(6)外焊改造外焊改造于2003年将双丝焊改为三丝焊，后因发展需要，要求将三丝焊改造成五丝焊。五丝焊不同于四丝焊和三丝焊，国内以前没有人对它进行研究，国外的相关报道也很少，因此这方面的资料相当缺乏，设计难度很大，改造存在较大风险。主要问题有：电弧干扰问题如何解决焊丝间的空间位置如何设置焊枪结构设计焊丝校直问题如何解决。经过广大工程技术人员艰苦努力，不断深入研究，探索，试验，终于成功地实施五丝焊焊接工艺，焊速明显提高，大大提高了焊接生产效率，改造完成后焊接效率较以前提高50以上，特别适用于较厚钢板的焊接。改造后的五丝外焊机实物见图1.2.24所示。外焊改造后参数范围如下：最高钢级：X80 管径范围：16”72”（ 4061829mm）焊接小车速度：11m/min 焊接电流：直流：1500A 交流：1200A焊接电压：60V图1.2.2-4 改造后的五丝外焊机(7)钢管焊缝超声波探伤增加钢管焊缝自动超声波探伤的目的就是要求检查焊缝全长是否存缺陷，以控制焊缝内在质量。焊缝的自动UT设有水压前的探伤（中间检查）和水压后的探伤（成品检查）。皆为焊缝的全长检查。前者的目的是为了对工序质量的控制，以得到合格的中间产品；后者是作产品的最终检查，鉴定成品的质量。我公司在以往自动超声检测设备研发的基础上与有关公司合作研制了两套16通道数字式自动超声探伤系统，整套系统采用计算机和PLC控制，通过送管小车，钢管直径规格自动垂直调节探头装置到合适位置，采用视频成像技术实现了探头对焊缝自动跟踪，对钢管100%探伤，系统的硬件由自动扫查装置（如移动小车，探头夹持机架，）、控制计算机以及各种接口卡（如超声波发射接收与数据采集卡，电机控制卡等）构成；软件由实时控制软件、数据采集与处理软件、图像处理与显示软件等组成，基于WinXP/2000平台开发，可实现缺陷的自动标识、报警、检验结果的连续记录及贮存。检测系统中16通道超声波探头分8组通过对壁厚为645mm的钢管焊缝横向、纵向缺陷的自动探伤，及热影响分层缺陷进行检测，并实现了自动控制及终端计算机统一对检测结果进行综合管理，自动打标记。运行中，操作简单，系统检测过程稳定，结果真实可靠。(8) X射线实时成像和X光拍片检查X射线实时成像和X光拍片与超声波探伤配合使用。X射线实时成像用于焊缝的全长检查；X光拍片用于管端焊缝的检查，保证了钢管的检测质量。我公司新装置了一套华日理学公司的X射线实时成像系统，其关键部件X射线发生器、图像增强器等均采用世界知名的Commet和东芝公司的产品，检测小车采用PLC控制，采用数字处理技术对采集的图像进行积分降噪，图像增强对比和管端消盲、消磁技术，使整套系统终合性能接近和达到世界先进水平，对钢管全长无盲区进行射线实时成像检测，灵敏度达到动态优于3.8%静态采集图像优于1.8%的水平。采集的图片可保存在计算机内存或用光盘刻录保存。(9)电器改造JCOE焊管机组是我公司98年从澳大利亚引进的中国第一条双面直缝大口径埋弧焊管生产线。主要设备包括:火焰切割机，C成型机，预焊机，两台二丝内焊与两台二丝外焊及一台整圆机。设备类型单一，结构简单，全线电器设备都是单机手动控制，自动化程度相当低，改造之前只能生产结构钢管和低压流体管。按API油气管道生产线的要求，对各电器设备做了全面改进,原设备基本上被淘汰,取而代之的是新设计制造或者改进的全自动电器控制设备,建成后的JCOE各项技术指标赶上和超过世界先进水平。1）具有自主知识产权的刨边机取代了火焰切割机。刨边机采用变频调速技术及遥控技术,由西门子PLC对生产过程进行自动控制,定期周检后的故障率为零.液压油采用自动控制设备进行循环利用,大大减少了耗油量.应用了最先进的激光测长系统,监控刨边后板宽,保证了钢管尺寸的精度要求.2）成型机增容近5倍，3台110KW的油泵电机取代了原来的两台37KW电机,扭转力矩增加20倍。液压系统采用自动闭环控制，对油压进行自动调节，设计了单机油泵掉压掉电的报警系统，对成型机6个方位进行电视监控，操作人员由原来的3人减到现在的2人，节约了劳动力资源，操作过程实现了自动化。3）新设计制造了后弯机及其电气控制系统。后弯机钢管输送采用变频调速技术，钢管旋转由交流双速电机变速，运用单动与连动的操作方式对各动作进行控制，操作简单方便。4）新设计制作了一台1626mm的高速预焊机，对旧预焊机电气系统重新设计。两台预焊机都采用世界上最先进的美国林肯DC-1500电源与NA-5控制器及配套带转速负反馈送丝机构作为焊接设备，链条传动采用丹佛斯变频器进行调速，速度为12米/分，运行非常稳定，焊接速度5米/分，整个操作只需要按链条启动按钮和焊机起弧按钮，就进入自动焊接状态:自动起弧，自动打开气体回路，自动打开循环冷却水装置，电视监控与激光系统自动对焊缝，再按停弧按钮就自动停弧，自动关气，自动关水，操作简单灵巧。5）两台内焊由一直一交二丝焊接改为一直三交四丝焊接。旧内焊前丝为两台美国林肯DC-600电源并联为DC-1200电源用，再由NA-3S控制器控制电源电流电压的变化，交流焊机采用林肯AC-1200电源，由NA-4控制器控制电源电流电压的变化。二丝焊接不存在电磁干扰问题，操作要先启动小车，再启动前丝，再启动后丝，停弧要先停后丝，再停前丝，再停小车，操作程序复杂，并且没有保护程序，经常焊偏或者烧穿钢管。改造后的四丝内焊前丝由美国林肯DC-1500电源及NA-5控制器代替，由带转速负反馈的送丝机构代替原普通的送丝机构，能根据焊槽的变化而自动调整焊接电流的大小，第二、三、四丝全部采用美国林肯AC-1200电源及NA-4控制器，通过反复调试，解决了四丝焊接中存在的电磁干扰问题。内焊缝跟踪采用摄像及激光技术，自动准确跟踪焊缝的变化，运用西门子PLC技术解决了四台焊机的全自动起弧、停弧、反抽、自动推送焊剂问题，设计了自动保护电路，影响焊接质量的任何因素都会自动停机（包括变频器故障,电控柜内电气故障以及小车卡死等等）。6）两台外焊由一直一交焊接改造为一直四交五丝焊接。旧外焊与旧内焊电器控制一样,都存在操作复杂,没有保护的情况,焊接质量没有保障。改造后的五丝外焊在改造后的内焊基础上再增加了一套AC-1200电源与NA-4控制器的焊接系统。攻克了五丝焊存在的复杂电磁干扰技术难题,使我公司成为世界上仅有的几家五丝焊钢管制造企业之一,开创了中国五丝焊焊接的先河。五丝焊运管小车速度12米/分,焊接速度高达3.5米/分,电视监控与红外技术自动跟踪焊缝变化,运用仿型装置自动调整焊头的高低,使焊头自动控制在一定的范围内。整个控制过程运用PLC与变频调速技术,只需要按小车启动按钮与总起弧按钮就完成焊接系统的焊接工作,按总停弧按钮或者保护电路动作焊接系统都会自动停机,并且会自动反抽焊丝解决粘丝问题。7）增加水压机设备。水压机由移动小车与活动油缸为硬件,以工控机与PLC和人机界面为软件,配合各高低压水泵与油泵,构成了强大的水压试验装备.在水压上升过程中,水压传感器的上升电流信号传送给PLC模拟量模块,与人机界面输入的各种参数通过PID比例微积分运算,由模拟量模块输出信号给比例控制板,控制比例阀输出油压的大小,使油压按比例跟随水压而变化。水压上升到设定值后系统自动保压,由工控机输出水压保压的曲线,保存并打印。水压与油压传感器采用的是40MPA的传感器.精度等级高,性能稳定,线性关系好。水压机也采用了四画面电视监控系统,便于操作.8）增加了修端设备,增大了修端机的油泵容量。刀盘部分设计了电气抱闸电路,刀盘停转时间由原来的4分钟缩减到7秒钟,大大提高了生产率.整圆机也增大了油泵容量,拖链驱动电机采用了变频调速技术,进管辊道设计了油缸提供两种高度,通过光电开关自动调整油缸的升降，避免了钢管输送时的表面划伤。（9）JCOE成型工艺理论研究及进展 成型工艺过程研究 珠江钢管公司企业博士后工作站以提高旋弯式JCOE产能、产品质量为目的，提出了“LSAW钢管旋弯式JCO成型工艺研究”的课题。针对国内目前还未曾有过直径大于1422、材质不低于X70的直缝埋弧焊管的生产现状，研究过程中选用了规格为142219.812000的直缝焊管作为试验制作的目标，通过有限元数值模拟技术，进行了以下内容的研究工作：1）对主成型辊直径的选择方法进行了系统研究；2）在主成型辊直径参数以及原材料已经确定的情况下，根据生产实际，确认了2个对成型稳定性具有显著影响的因素，即辅助成型辊与主成型辊之间的相对位置以及材料与辅助成型辊之间的摩擦系数，并采用数值模拟方法研究了所选参数的影响情况；3）研究了钢板截面特别是夹钳位置钢板段的应力应变的分布情况对钢板保持纵向截面形状的影响；4）研究了两个参数（辅助成型辊与主成型辊之间的相对位置以及材料与辅助成型辊之间的摩擦系数）对板料回弹作用的影响；5）对这两个参数进行了优化并在142219.812000直缝焊管的生产中进行了采用，工业成型试验结果表明，所选定的参数合理，焊管质量以及生产速度可满足大型管线工程项目对钢管的需求。（10）JCOE成型芯轴尺寸理论计算与设计根据弹塑性弯曲的工程理论，结合制管经验，推导出了连续旋弯式JCO成型芯辊直径和钢管回弹量关系的理论公式。依据材料钢级强度、板厚、焊管名义直径和允许成型开口量，可以方便地确定芯辊的直径选择范围，为生产提供理论和实际指导。钢板经过弯曲成型后，均会发生回弹现象，产生回弹的根本原因是弯曲后的钢板有一层尚未发生塑性变形而处于弹性阶段的中性层存在，中性层越厚，回弹量越大，成型后的钢管开口量也越大。因此研究中型层厚度所占钢板厚度的比例是预测成型后的钢管开口量的关键。根据材料力学理论推导，JCO成型芯轴直径和成型后管径的关系满足下式： （1.2.21）公式（1.2.21）中：D成型后回弹后外径，mm；s屈服强度，MPa；D0芯轴直径，mm；t板厚，mm；E弹性模量，MPa，取200000MPa。1.3现有产业规模PCK于1993年成立，在政府的引导下，公司遵循市场经济规律兴办企业，务实求新，经过10多年的规划发展，现已成为一家以直缝焊接钢管为主导产品、占地四十五万平方米、员工1200多人、资产13亿元、在行业和相关技术领域具有重要影响的大型民营科技型企业。2004年、2005年以及2006年企业总资产在分别为11.33亿元、13.05亿元、13.3亿元。2004年、2005年以及2006年企业销售额分别达8.98亿元、13.19亿元、11.05亿元。 1.4项目产品的用途及性能番禺珠江钢管新产品系列产品开发主要以X70、X80系列大口径、厚壁LSAW焊管为主，产品品种包括适用于深海海底用管线LSAW焊管、用于输送酸性气体的双抗（抗HIC和抗SSCC）LSAW焊管、用于超低温环境LSAW焊管、耐火耐候焊管、输水用承插式焊管等。以上直缝埋弧焊管产品可应用于陆上和海上油气管道、化工、城市煤气管道、建筑工程以及输水等领域。产品具有焊缝短、可扩径、可生产的规格范围大等明显优势，特别是产品通过冷扩径，可以提高焊管制造成型精度、降低管体内应力，对防止直缝焊管发生应力腐蚀，提高油气管道输送过程中的安全系数具有重要作用。在产品的生产中，产品质量检验标准大多按照国际先进标准进行检验，包括美国石油协会API、英国皇家标准协会BSI、香港品质保证局ISO认证、英国劳氏船级社LR认证、法国船级社BV认证、挪威船级社DNV等标准要求。1.5投资的必要性及预期经济效益项目产品是中国高新技术出口目录新材料领域产品和广东省产业结构调整方案中鼓励发展类项目,具有自主创新性强、技术含量高、产品附加值高、国际竞争力强、国际市场需求大、经济效益显著等特点。项目投资有利于提高促进企业成为科技开发的主体，推动企业的科技进步，强化企业与科研院所、高校的联合，加快科研成果的工程化、产业化、商业化，而且有利于解决行业内涉及到工艺、装备、测试、标准、产品质量等方面的关键技术问题和共性技术问题，为开展建设现代化企业科技开发体系，形成我国高新技术系列产品和产业化技术研究开发能力，促进国内高新技术产业和外向型经济的发展具有重要意义。项目产品投产后将新增产能6万吨/年，达产后每年至少可增加销售收入56亿元，新增净利润25003000万元，新增税收1200万元，出口创汇3000万美元。1.6企业实施本项目的优势在我国直缝埋弧焊管的发展历程中，PCK为我国直缝焊管制造技术的进步曾经做出过杰出贡献。企业实施本项目的优势主要表现在：（1）PCK是国内第一条最大口径（1829mm）的JCOE直缝埋弧焊管生产线的开创者，开国内企业自行生产大口径直缝埋弧焊管的先河，填补了国内空白。（2）PCK是国内最先引进拥有国际最先进技术UOE生产线的企业（世界仅24条），珠江钢管UOE项目的建成，使我国直缝埋弧焊管制造水平跻身世界先进行列，在我国焊管发展史上具有里程碑意义。（3）国内唯一拥有生产海底石油天然气输送用焊接钢管核心技术的企业，海底管线用直缝焊接钢管在国内市场占有率超过80%，为我国“十一.五”发展规划关于海洋资源开发提供了有力保障。（4）PCK目前是国内唯一经国家批准建立博士后科研工作站的焊管生产企业。（5）PCK作为广州市高新技术企业，主持起草了平端焊接钢管尺寸及单位长度重量的国家标准，另外参与了焊管车间工艺设计规范、GB/T13793结构用焊接钢管、GB/T309120065583T605低压流体输送用焊接钢管三个国家标准的制定。（6）PCK在2006年同时获“中国名牌”和“中国驰名商标”两项殊荣二、技术可行性分析2.1技术路线和项目成熟性2.1.1工艺路线如图2.11 示为项目产品开发的技术路线，以API 5L X80钢级埋弧焊管产品开发为例，说明整个开发过程。图2.12 为所涉及的技改内容。图2.11 技术路线（1）整体布局：新产品开发过程在原来装备的基础上进行，针对影响生产效率的几个工序进行位置的适当调整，使得工艺流程更加通畅。按照质量保证体系的要求，针对本次X80试制精心的编制工艺文件，包括MPS（生产工艺规范）、QAP（质量保证计划）、WPS（焊接工艺规范）等，以确保试制成功。在此基础上，对成型过程进行了数字模拟，为成型工艺参数的选择提供参考。（2）工艺选择，根据产品的特点，选择合适的成型设备，这是新产品开发选择工艺方案的主要环节，现珠江钢管有限公司已经有三条可大批量生产大口径直缝埋弧焊管的生产线，分别是旋弯式JCOE、渐进折弯式JCOE以及UOE三条主生产线，不同生产线的选择，对产品的顺利开发至关重要。对API 5L X80钢级埋弧焊管产品开发，首选UOE工艺。在焊接方面，内外焊采用多丝、高速埋弧焊工艺，结合国内外同行、专家的技术交流，拟定多套焊接工艺匹配方案进行评定，优化最佳焊接工艺，研究自动焊缝和补焊缝的韧性、强度、抗HIC性能，使之符合X80钢管的标准要求。在成型方面，根据材质及壁厚，仔细研究了钢管扩径率、压缩比和回弹量的关系，精心调整模具，改善预焊效果，优化U成型和O成型工艺，保证成型后管坯质量，更好的满足焊接和扩径需要，降低钢管残余应力。（3）计划实施：当工艺方案落实之后，进行计划实施，包括钢板材料的选择，装备的技术改造，检测技术的更新等。原料到厂前我们按公司质保体系的要求对该试制项目专用钢板、焊丝、焊剂、焊条进行了复验。对各种检验仪器、试验和检验设备以及计量器具进行了重新检查或校定，以确保其准确性。原料到厂后，征得管材所监理的同意后，立即进行了按炉取样，对材料的化学、力学性能和外观尺寸进行了复验，复验结果全部合格.（4）试验效果分析，对试制产品进行工艺评定，根据所出现的问题，提出解决方案，并再观察产品试制效果。（5）批量生产，经过上述步骤后，对批量生产的可行性进行论证，确定工艺标准，立即组织批量生产。2.1.2技改内容图2.12 技改内容2.1.3项目成熟性本项目在2006年开始进行了实施，对项目所涉及的工艺设备进行了改进，部分项目产品得到成功开发，在工艺改进、设备改造方面比较成熟、项目产品开发的前期工作准备基本完成，一些项目产品已进入小批量生产阶段。2.2技术的合理性番禺珠江钢管是九十年代末引进的美国Version公司全套UOE生产技术，其后为满足产品高起点、高技术的要求，从美国、德国等引进了九十年代先进水平的高精度、高效率的焊接生产设备和检测设备，经过消吸收和创新，形成了番禺珠江钢管埋弧焊管专有技术，项目产品开发技术水平处于国际先进和国内领先水平。项目的实施不会对环境造成污染，我司已通过ISO14001环保认证，通过全方位的技术改造和管理提升，可达到“节能、降耗、减污、增效”的最终目的。在优先发展技术领域和若干重点项目要求中，科技部国家火炬计划办公室明确指出：新材料的发展除了选择高品质的原材料，优化材料组分外，与材料制备、加工新工艺、新技术的开发有紧密关系。每当一种新工艺、新技术和材料的检测评价新技术的出现，就会推动新材料飞跃发展。目前钢管所用材质包括A系列、B系列、X56 X70等，今后管道工程对钢管的材质要求会不断提高，特别是海上油气田资源的开发工程项目，对管道的使用性能会有更严格的要求。国际上曾对X80研制已耗巨额投资，钢铁巨头更是积极宣传X80，甚至X100。图1 资源分布图示因此，本项目产品所涉及的加工技术对解决高级别材质加工难度大、精度高的问题有积极的作用，新产品新技术的开发对企业参加管道产品的国际市场竞争可创造更为有利的条件。2.3关键技术的先进性和效果（1）采用了世界先进的UOE成型技术，并对电器、液压系统进行了改造，满足管线建设大工程项目在施工期内的大批量生产要求。PCK2002年在海南岛沿海管线国际招标与西方焊管著名厂商竞争中，凭借其UOE制管技术一举中标并顺利完成合同中的5000吨订单，获得用户好评；2003年，PCK首次将直径711毫米，壁厚15.9毫米，X60级的UOE直缝埋弧焊管应用于东海春晓气田海底管线的铺设，用量达7万吨，这是国内大口径直缝焊接钢管首次大批量在海底输气管线建设工程上的运用。而本项目产品钢级的提高，UOE成型技术是个关键。（2）采用了五丝埋弧焊系统，保证了生产大壁厚、大口径钢管高的生产效率，五丝埋弧焊具有与成型工艺配套，实现在线不间断作业的可能，在保证焊接质量的基础上，提高整条焊管生产线对焊接工艺焊接速度的要求。项目的科研成果具用重要的推广价值，解决了埋弧焊接过程中的共性技术问题大壁厚、大口径钢管焊接过程的工作效率问题，因为它不仅适用于JCOE生产线，也适用于UOE直缝埋弧焊管生产线，而且对螺旋埋弧焊管生产也具有重要的参考价值。在珠江钢管目前所具备的企业生产基础设施中，不但包括UOE生产机组，也包括JCOE生产机组，该课题的研究成果便于推广且具备产业化发展的一切便利因素。（3）采用了新设计制造了两台获专利技术机械扩径机。每台扩径机装备了4台110KW的油泵电机,以提供高材质,厚壁管所需要的强大扩径力。采用PLC与人机界面设置扩径参数并显示各动作过程,便于操作与维护。扩径的步进过程由编码器计数,PLC计算长度,人机界面设定参数,变频调速器控制小车的速度,扩完全长后小车自动后退,各辅助设备自动动作,钢管自动转移到下一个工序.整机四个关键部位由四画面电视监控,随时掌握扩径动作过程。（4）通过有限元技术，实现了成型过程的数字模拟，为成型过程的模具参数的选择提供了重要参考价值，降低了生产成本。2.4项目产品技术性能水平与国内外同类产品的比较与国内外同类产品的比较，项目产品技术性能水平达到国内领先和国际先进水平。（产品的主要性能本节摘录于国家石油管材质量监督检验中心检测报告。）2.4.1 性能、组织、外观表2.41 管体力学性能拉伸试验夏比冲击试验（-20）DWTT(-10)维氏硬度（HV10）Rt0.5/MPaRm/MPaRt0.5/RmA/%冲击功/J剪切面积/剪切面积/MinMax纵向5656900.823728526029595909893952272455656900.8238横向5807150.8131.55857150.8234.5要求5556906250.9221单个150J平均200J单个80平均90单个70平均85275HV10拉伸试验夏比冲击试验（-20）导向弯曲维氏硬度焊缝热影响区弯曲直径：95mm（HV10）Rm/MPa断裂位置冲击功（J）剪切面积（）冲击功（J）剪切面积（）弯曲角度：180MinMax725断于母材12013411590908527530426010010095未裂231253表2.42 焊缝力学性能图2.4-1 夏比冲击韧脆转变曲线图2.4-2 DWTT韧脆转变曲线表2.43 金相分析结果试 样组 织夹杂物晶粒度ABCD薄厚薄厚薄厚薄厚母 材B（B粒为主）+PF+P；带状组织1.0级0.500.50000.50.510.6级焊 缝IAF+B粒+WF+PF+P/热影响区熔合区：B粒细晶区：PF+B粒+MA+P/Q/CNPC108-2004针状铁素体型管线钢2.02.02.02.02.02.02.02.010.0级注：P珠光体，PF多边铁素体，B贝氏体，IAF晶内成核针状铁素体 ，WF魏氏组织铁素体，MA-粒状贝氏体小岛。表2.44 焊缝形状检测结果焊偏(mm)熔深(mm)余高(mm)外内焊 缝05.02.42.0Q/CNPC108-20043.01.50.52.5图2.4-3 管体组织 图2.4-4 焊缝组织图2.4-5 熔合区组织 图2.4-6 细晶区组织 图2.4-7 焊缝宏观照片表2.45 外观尺寸管径公差（mm）椭圆度（）直度（）实测值+1.20.30.1要求-0.5+2.00.60.2图2.4-8 制管过程对X80横向拉伸的影响（包申格效应）图2.4-8表明，南钢X80管线钢经过成型，横向屈服强度有约20MPa的降低，但经过扩径后因加工硬化作用其屈服强度又回复到钢板以前的水平。抗拉强度和伸长率则变化不明显。2.4.2静水压和爆破试验表2.46 静水压及爆破试验结果试验压力(MPa)保压时间(s)试验结果19.315未发生泄漏25.4/管体爆破失效，失效形貌见图5-8图5-10。图2.4-9 爆破口全貌 图2.4-10 爆破口距离焊缝位置2.4.3无损检测（1）每块钢板进行自动UT。钢板的纵向边缘50mm和板端150mm宽的范围100%UT，其余部分的扫查面积不低于60%。结果合格。（2）水压前，对钢管焊缝全长进行100%UT探伤（包括：管端盲区、自动UT探伤无法检测处采用手工UT复探），未发现有超标缺陷。水压前，对钢管焊缝全长进行100%RT探伤，未发现有超标缺陷。（3）水压后，对钢管焊缝全长进行100%UT探伤（包括：管端盲区、自动UT探伤无法检测处采用手工UT复探）及100%X光工业电视检查，未发现有超标缺陷。（4）管端50mm范围周向进行100%UT探伤，未发现有母材分层。（5）管端200mm范围的内、外表面和坡口面进行100%MT探伤，未发现有表面裂纹。（6）管端300mm范围内，采用X光射线拍片，未发现有超标缺陷。以上无损检测结果均合格，钢管管体及焊缝实物质量满足技术标准要求。2.4.4国家石油管材质量监督检验中心检测结论（1）送检样品的化学成分分析结果符合API Spec 5L和Q/CNPC 108-2004的要求；（2）送检样品的拉伸试验、弯曲试验、冲击韧性、落锤撕裂试验和维氏硬度试验结果符合API Spec 5L和Q/CNPC 108-2004的要求；（3）送检样品的金相分析结果符合API Spec 5L和Q/CNPC 108-2004的要求；（4）样管的静水压及爆破试验结果API Spec 5L和Q/CNPC 108-2004的要求。2.5项目承担单位在实施本项目中的优势2.5.1技术优势在技术自主创新方面：公司重视焊管成型和焊接理论的研究，2001年，公司被认定为“广州市高新技术企业”，被国家人事部批准设立企业博士后科研工作站， 2003年12月集团企业技术中心被广东省经济贸易委员会等主管部门认定为省级企业技术中心。企业确定了以省技术中心、博士后工作站为一体的研究机构，并积极参与广东省、市工程技术研究开发中心的申报工作。企业拥有了力学室、化学室、爆破实验室等多个管材研究开发专业实验室。建立了焊管生产工艺计算机仿真平台，初步实现了焊接钢管变形过程的虚拟制造。在对国外生产技术的消化、吸收的基础上，PCK通过不断创新与改进，先后获得刨边机、机械扩径机、预弯机等18项制管技术专利。根据对番禺珠江钢管的旋弯式JCOE埋弧焊管生产线，自主开发了具有自动夹紧功能的成型芯轴、五丝埋弧焊接技术、后弯新工艺技术，使得产品生产效率和产品质量大大提高。公司先后承担各类科研项目30多项，其中省级项目4项，市级项目8项，发表科研论文40多篇。2.5.2产业化优势PCK是国内第一家从事直缝埋弧双面焊管产品开发、生产、销售的企业，在项目产业化发展方面取得丰富经验。到目前为止，公司先后通过了美国石油协会API、英国皇家标准协会BSI、香港品质保证局ISO认证、英国劳氏船级社LR认证、法国船级社BV认证等。番禺珠江钢管拥有海底石油天然气输送用焊接钢管核心技术，海底管线用直缝焊接钢管在国内市场占有率超过80%，作为广州市高新技术企业，主持起草了平端焊接钢管尺寸及单位长度重量的国家标准，另外参与了焊管车间工艺设计规范、GB/T13793结构用焊接钢管、GB/T309120065583T605低压流体输送用焊接钢管三个国家标准的制定。在2006年同时获“中国名牌”和“中国驰名商标”两项殊荣。强大的技术研发实力、完善的科研体制、丰富的生产经验、雄厚的产业基础和经济实力，加之良好的企业形象和市场知名度，必将为项目产品的工业化及走向国际市场打下坚实的基础。三、项目成熟程度3.1项目成熟程度番禺珠江钢管公司大口径直缝埋弧焊管生产技术水平在全国处于领先水平，绝大多数产品填补国内空白，自从2003年以来，公司每年投入研发经费占销售收入的5.5%以上，每年以约5个新品种开发速度增加产品种类，较好地满足了国内外市场的最新要求。我公司项目技术开发经验比较丰富，技术成熟，主要表现在：（1）可开发的项目产品规格品种齐全：焊管管径可生产范围从406mm1829mm；壁厚范围从5.6mm到25.4mm；材质范围从B级到X80级。（2）生产设备齐全，技术处于国际先进、国内领先的水平：公司拥有三套大口径直缝焊管生产机组，便于项目产品工艺开发的可选择性强。（3）检测设备齐全，采用了国际先进在线检测装备，各种力学、理化性能试验测试设施齐全。（4）番禺珠江钢管已经建立了科技开发机构，有一套行之有效、赏罚分明的运作机制，确定了以省技术中心、博士后工作站为一体的研究机构。2000年，PCK完成了对美国直缝焊接钢管UOE生产线的引进工作，在2003年完成了旋弯式JCOE直缝焊管生产线的第二次全面改造，通过对引进技术的消化、吸收，PCK已具备丰富的项目开发和项目管理经验。（5）在人才队伍培养建设方面，PCK充分利用国内外优质教育资源，选派优秀经营管理干部到新加坡国立大学进修EMBA课程；分期选派31名工程技术人员到华中科技大学材料学院国家重点实验室进行短期工作；与西安交通大学联合培养材料工程硕士，首届14名学生将于2007年底毕业。3.2市场反馈及用户意见