油氣集輸凈化用管:不銹鋼管道占比約21%,預計2019年需求同比將增長16%
(一)分類及選材:除耐腐蝕碳鋼外,高硫、高氯和CO 2環境下多采用13Cr/超級13Cr、雙相不銹鋼以及雙金屬復合管
油氣集輸及凈化過程是將分散于各油氣井中的原油及天然氣進行收集、計量和運輸,并經凈化站或聯合站進行原油脫水脫鹽、天然氣脫水脫油、原油穩定、輕烴液化氣回收等工序,使得原油或天然氣具備遠距離輸運的條件。除采用防腐蝕碳鋼管線鋼之外,含高硫、高氯和CO 2的油氣集輸及凈化多采用13Cr、超級13Cr、316L不銹鋼、雙相不銹鋼以及雙金屬復合管等耐蝕性更強的材質。具體而言:
(1)13Cr/超級13Cr不銹鋼管
1 3Cr不銹鋼是一種耐蝕性相對較高的石油管材,主要是靠添加12-1 4%的Cr來提高耐CO 2腐蝕抗力。超級13Cr不銹鋼是在傳統1 3Cr不銹鋼(API 5CT L80-1 3Cr)的基礎上加入了Ni、Mo、Cu等合金元素,故又稱為改良型1 3Cr不銹鋼。相對普通1 3Cr不銹鋼而言,超級1 3Cr含碳量更低、合金元素成分更高,具有高強度、低溫韌性和較強抗腐蝕能力。
(2)雙相不銹鋼管
根據張文毓等人于2015年發表于《裝備機械》期刊上的論文《國內外雙相不銹鋼的應用進展》,雙相不銹鋼是指在鋼的固溶組織中鐵素體和奧氏體各占一半,一半最少相的含量也需要達到30%,簡稱為α+γ雙相不銹鋼。與鐵素體不銹鋼相比,α+γ雙相不銹鋼具有脆性轉變溫度低以及耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高的特性,將奧氏體不銹鋼所具有的高強度和耐氯化物應力腐蝕性能結合在一起,并且保留了鐵素體不銹鋼熱導率高、線膨脹系數小和塑性好等特點。
雙相不銹鋼一般可分為四類:(a)低合金型:代表牌號是UNSS32304(23Cr-4Ni-0.1 5N)鋼種,不含鉬,在耐應力腐蝕方面可代替AISI304或31 6使用;(b)中合金型:代表牌號是UNSS31803(22Cr-5Ni-3Mo-0.1 5N),耐蝕性介于AISI316L和6%Mo+N奧氏體不銹鋼之間;(c)高合金型:一般含25%Cr,還含有鉬和氮,有的含銅和鎢,代表牌號是UNS32550(25Cr-6Ni-3Mo-2Cu-0.2N),耐蝕性高于22%Cr的雙相不銹鋼;(4)超級雙相不銹鋼:含高鉬和氮,代表牌號為UNSS32750(25Cr-7Ni-3.7Mo-0.3N),有的也含鎢和銅,可適用于苛刻的介質條件,具有良好的耐蝕和力學性能,可與超級奧氏體不銹鋼相媲美。
(3)雙金屬復合管
雙金屬復合管是由兩種不同金屬材料通過各種變形和連接技術緊密結合而制成的一種新型金屬復合管材?;芤蕴间摶虻秃辖痄摓樵牧?,主要作用為承壓和支撐內層材料,其內管以不銹鋼、鎳基合金、鐵-鎳基合金等為原材料,主要作用為提高管道的耐腐蝕、耐磨損等性能。根據不同的服役環境,雙金屬復合管可以選擇相應的基管和內管進行合理搭配,以達到各種環境下對管道的性能要求。雙金屬合金管兼顧了基管的機械性能和內管的耐蝕性能,最大限度地實現了材料的優勢互補,在提高管道耐腐蝕性、延長管道壽命的基礎上,大大降低了工程費用,是不銹鋼管、鎳基合金管等耐蝕合金管的優質替代產品。
(二)市場需求:2019年新開發油井集輸用管需求增長16%,不銹鋼管道占比約20.5%
新開發單井集輸管道長度約為3.1公里,對應的集輸管道平均質量為56t/單井。我們在表5中選取了近年來開發的具有代表性的油氣集輸管道。油氣田集輸管道需求與油氣井數成正相關關系,單井集輸管道長度平均約在3公里/單井左右。根據石油工業出版社出版的《油田油氣集輸設計技術手冊》一書,由計量站到接轉站或聯合站的集輸管道管徑大小根據輸送量而定,一般在Φ159~529mm之間。我們取其均值即Φ300mm,且Φ300mm一般壁厚要求不低于5.0mm。以此計算,單口油氣井對應的集輸管道平均質量為56噸/單井。
總量看,預計2019年我國新開發油井集輸用管總量達154萬噸,同比增長16%。根據國家自然資源部發布的《全國石油天然氣資源勘探開采通報》,2017年我國新開發油氣井數為20696口,同比201 6年大幅增長34.67%。歷史上看,新開發油氣井數與當年“三桶油”資本開支成強正相關關系。若假設201 8、201 9年新開發油氣井數同比增速與“三桶油”資本開支同比增速保持一致,即分別為1 4.50%、16.34%,則預計2018、201 9年全國新開發油氣井數分別為23700、27500口。以單口油氣井集輸管道平均質量為56噸計算,預計201 8、2019年新開發油井集輸用管總量分別達1 33、1 54萬噸。
從結構看,不銹鋼管道占比約20.5%,即2019年需求約32萬噸左右。我們根據原油和天然氣的熱值,將天然氣折算為油氣當量,即1255立方米天然氣=1噸原油量。根據國家統計局統計數據,201 8年我國原油產量達1.89億噸,天然氣當量為1.31億噸。因此201 8年我國天然氣產量占我國油氣產量的41%。根據張楠革于201 7年發表于《中國化工貿易》期刊的《改性環氧粉末涂層在酸性油氣田管道內防腐的應用探究》一文,我國生產的原油含硫量較低,而天然氣田中高酸性氣田接近50%。根據前文所述,含硫量較低的油氣集輸用管多采用普碳鋼管或低合金鋼管,而含硫、水、二氧化碳量較高的油氣集輸用管多采用不銹鋼管等。因此粗略估算,2019年我國新開發油氣井集輸用管中采用不銹鋼的比重或達20.5%=41%×50%,即約32萬噸;采用普碳鋼或低合金鋼管需求量或達122萬噸。
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