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关于我公司申报2020年度陕西省科技进步一等奖的公示

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发表时间:2020-05-24 09:13

关于我公司申报2020年度陕西省科技进步一等奖的公示

一、项目名称

金属陶瓷复合管材绿色制造关键技术及应用

二、省科技厅提名意见

管道是石油工业的血脉,我国每年由于腐蚀、磨损、机械破坏等原因造成管道报废达12万余公里,引发各类事故8万余起,造成巨大的资源浪费、经济损失和生态破坏。项目单位针对传统回炉处理报废金属管材技术造成严重能源浪费和二次环境污染的问题,历时十余年攻关研究,采用内衬陶瓷技术,开辟了金属管材“微能耗、零排放、无污染”的绿色制造新领域,创建了涵盖新材料、绿色工艺、关键装备和综合评价的金属陶瓷复合管材全流程技术体系,并构建了完善的标准体系,在国际上首次成功立项ISO标准。项目在世界范围内首次填补油气工业用金属陶瓷复合管材的制造空白,解决了油气金属管材废旧处理及延寿应用的重大难题,产品获得产业化推广和规模化应用,经济社会效益十分显著。

项目获授权专利17件,其中发明专利8件;制定国内标准14项,其中国家标准5项,立项ISO标准1项;获软件著作权1项;形成著作3部;发表论文46篇。近3年新增产值11.5亿元,新增利润3.21亿元,为油田节约资金43.2亿元。项目成果取得重大技术创新以及显著的经济效益、社会效益和环境效益,总体达到国际领先水平。   

经审查,推荐书及附件材料真实有效,相关栏目填写符合陕西省科技奖励要求,候选人、候选单位、知识产权和应用单位经公示无异议。提名该项目为陕西省科学技术进步奖一等奖。

三、项目简介

  管道是石油工业的血脉,我国现保有各类油气金属管道超100万公里。由于腐蚀、磨损、机械破坏等原因,金属管材年均报废量占比超过12%,引发的各类事故超过8万起,造成巨大的经济损失和生态破坏。传统回炉处理报废管材每年需消耗90万吨标煤,增加碳排放82万吨,造成严重资源浪费和二次环境污染。将报废金属管材采用内衬陶瓷技术进行再制造,在恢复管材机械性能的同时,可大幅提升耐蚀、耐磨性能,延长使用寿命,较回炉处理还可降低90%以上的能源消耗及碳排放,成为发展循环经济、实现低碳减排的重要举措。

  自上世纪60年代国内外研究管材内衬陶瓷技术以来,始终未能突破内衬陶瓷材料疏松多孔极易开裂、陶瓷/金属结合不足极易脱落、管材高温复合成型极易弯曲的重大技术瓶颈,导致世界范围内油气工业用金属陶瓷复合管材的制造长期处于空白状态。项目组历时十余年攻关,建立了涵盖新材料、绿色工艺、关键装备和综合评价的金属陶瓷复合管材全流程技术体系,实现了产业化制造和规模化应用,并创建了标准体系,主要创新点如下:


(1)创建新型陶瓷材料体系及金属陶瓷复合管材绿色制造工艺体系,突破陶瓷材料开裂、脱落的技术难题。创建集增韧、防腐、耐磨和阻垢功能于一体的氧化铝基陶瓷材料体系,构建原料混配、转速调节、反应激发、燃烧控制、组合冷却、连接处理等金属陶瓷复合管材离心燃烧合成制造工艺体系。创新成果实现了多尺寸规格、多缺陷类型金属陶瓷复合管材的制造和再制造,比制造新钢管节能93%,节水98%,减排CO299%,使用寿命比原管材提高5倍以上。


(2)世界上首次开发出金属陶瓷复合管材成套制造装备,突破复合管材高温成型弯曲的技术难题。开发出集整形拉伸、形变限位、自定心锁紧功能于一体的多级联动金属陶瓷复合管材制造装备,发明动平衡监测与反应激发器联动机构,创建深孔自动混装料精准调控系统。本项成果首次实现了金属陶瓷复合管材的工业化制造,制造的金属陶瓷复合管材直度达0.1%,比美国国家标准要求的油气工业用金属管材的直度提升50%。


(3)创建金属陶瓷复合管材标准体系,并在国际上成功立项ISO标准,突破产业化制造及规模化应用瓶颈。填补6项实物管材性能评价技术空白,并开发配套的试验评价新装备,首次确定油气工业用金属陶瓷复合管材关键性能指标参数。创建选材设计、生产制造、质量检验、施工验收等全寿命周期的金属陶瓷复合管材标准体系,为产业化制造和规模化应用奠定基础。在国际上成功立项ISO标准《Petroleum and natural gas industries-Ceramic lined tubing》,成为我国首次主导立项的管材领域国际标准。

  项目获授权专利17件(发明8件);制定国内标准14项(国标5项);获软件著作权1项;出版著作3部;发表论文46篇(SCI/EI检索26篇)。近3年新增产值11.5亿元,利润3.21亿元,节约资金43.2亿元。与制造新管相比,实现节能标煤53.6万吨,减排CO2 124万吨,节水341万吨。

项目开辟了金属管材“微能耗、零排放、无污染”的绿色制造新领域,开发的“陶瓷内衬复合油管”被国家工信部纳入第一批再制造产品目录。项目成果多次鉴定为总体国际领先水平,经济、社会和环境效益显著,具有极为广阔的推广应用前景。


四、客观评价

1、机构评价

(1)成果鉴定

对项目成果进行了鉴定(见表1)。主要鉴定意见如下:

1)       《金属陶瓷复合管材绿色制造关键技术及标准化》:胡文瑞、侯保荣、袁晴棠、刘合、向巧院士和汤万金、侯玲林、汪滨、陶岚、裴丽梅、董瑞林专家认为“……标准体系完善,成果得到规模化应用,经济和社会效益显著,应用前景十分广阔。……该成果总体达到国际领先水平”。

2)       《废旧油管再制造技术及金属陶瓷复合油管》:李鹤林院士、宋立崧、李晓刚等专家认为“……废旧油管再制造技术和陶瓷内衬复合油管在注水井中的应用中,技术成熟,可全面推广。仅此一项,每年全国可节约投资近20亿元”。

表1 本项目成果鉴定情况

成果名称

鉴定时间

组织鉴定部门

鉴定结论

金属陶瓷复合管材绿色制造关键技术及标准化

2020.01.07

中国石油科技评估中心

国际领先

废旧油管再制造技术及金属陶瓷复合油管

2014.05.10

中国腐蚀与防护学会

国际领先


(2)科技查新

2020年1月12日,教育部科技查新工作站(Z08)针对本项目成果进行了科技查新。综合分析检索的国内外相关文献,并与委托项目的查新点进行对比分析如下:

……当前国内外针对金属陶瓷复合管材的研究大多围绕单一组分或几种组分添加剂对制备的金属陶瓷层性能的影响,并未形成规范化、体系化的制造工艺技术。而查新项目研制出具备增韧、防腐、耐磨、阻垢等一体化功能的新型金属陶瓷材料,开发出标准化金属陶瓷复合管材制造工艺包。”

……当前国内外制造金属陶瓷复合管材的装备大多采用型筒式结构,但制造的管材长度最长为5.5m,且以实验室研究为主。而查新项目在国际上首次研制出12m长、直线度0.1%金属陶瓷复合管材绿色制造成套装备,并实现12m长管材的产业化制造和规模化应用。”

……当前国内外对金属陶瓷材料及金属陶瓷复合管材性能的测试基本采用小块试样在实验室内进行表征评价,并未建立明确的性能指标参数,导致国外目前无相关标准,国内标准性能指标极为简单。查新项目开发出系列化实物管材性能评价新技术,实现了由小样品测试到实物管材再到全尺寸管材的评价,并确定了各项关键性能指标参数,以此为基础制定了系列化完善的标准。”

查新结果表明:除课题组人员发表的文献外,国内外未见其它与该项目技术特点相符的中外文献的报道。


(3)国际标准化组织(ISO)推介

国际标准化组织先后在2018年、2019年的ISO TC67/SC5年会上,邀请项目组对项目成果“陶瓷内衬管”进行了推介,得到ISO成员国澳大利亚、加拿大、法国、印度、韩国、荷兰和英国等国家的广泛认可,并一致建议将项目成果立项为国际标准,同时推荐由我国主导成立新的工作组:ISO/TC67/SC5 WG5“内衬套管和油管”,并由李厚补担任新工作组的召集人。


2、专家评价

      2014年8月7日,再制造之父徐滨士院士接受中国石油石化网采访时指出,“……项目突破了长度和直线度这两个制约陶瓷内衬复合钢管发展和适用的世界性难题,成功将该技术应用到油管的修复上。”、“……可以解决废旧油管处置问题,从循环经济角度而言,还可以有效降低由于管道腐蚀泄漏造成的污染事故,并通过节能减排降低环境污染风险。同时,再制造技术也为企业带来低成本运营……”。

2015年8月17日,孙永福院士在“中国石油天然气管道再制造发展战略研究”项目会议中指出,“废旧油管中含有大量的宝贵资源和有害物质,‘用之为宝、弃之有害’,发展废旧油管再制造技术是今后循环经济的重点方向。这项技术不仅能够解决资源短缺,还可以实现再利用……”。

      2020年1月17日,李鹤林院士在评价“金属陶瓷复合管绿色制造关键技术及标准化评价”项目中指出:“……首次构建出金属陶瓷复合管材的选材设计、生产制造、质量检验、施工验收等完善的标准体系,引领了行业发展。首次在国际上主导立项ISO标准,标志着我国在这一领域实现了引领,提升了我国国际标准化的话语权和影响力”。


3、媒体报道

中央政府门户网、人民网、科学网、中国石油石化网、中国石油网、经济日报、中国石油报等十余家国内知名媒体,对金属陶瓷复合管材绿色制造关键技术及标准化进行专题报道,肯定了金属陶瓷复合管材绿色制造关键技术具有典型性、创新性、引领性和指导性,对我国以及世界发展绿色经济和循环经济具有重大借鉴意义。


五、应用情况

项目成果转化效果显著,工业化生产的金属陶瓷复合油管、金属陶瓷复合管线管等管材和管件产品已在国内主要油田的注水、采油领域进行了大量推广应用。近3年,金属陶瓷复合油管产品应用达到1067.9万米,约11.4万吨;金属陶瓷复合管线管1150.5km,约4.1万吨。除石油管材外,陶瓷内衬管还在抽油泵、炼化、油气储运、锅炉管、作动筒等管材领域取得应用,最长安全服役时间已超过11年。在国民经济的矿山机械、远洋船舶、炼油化工以及国防建设中的水面舰艇、水下潜艇等多类型管材领域也取得应用。


六、主要知识产权和标准规范等目录(限10条)

序号

知识产权类别

具体名称

国家

授权号(标准编号、论文年卷页)

授权日期

证书编号(标准批准发布部门、期刊名)

权利人(标准起草单位、论文发表单位)

发明人(标准起草人、论文作者)

1.

发明专利

金属陶瓷内衬管线管及制备方法

中国

ZL 201210573393.6

2015.08.12

1751120

杨永利

杨永利、王守泽、李振杰、仲光哲、韩飞

2.

发明专利

一种测试管材抗结垢结蜡性能的方法及装置

中国

ZL 201410610768.0

2017.4.5

2435371

中国石油天然气集团公司

中国石油天然气集团公司管材研究所

松原大多油田配套产业有限公司

李厚补、杨永利、张学敏、王守泽、戚东涛、韩飞

3.

发明专利

废旧油管再制造的整体加工工艺方法

美国

US 8857026B2

2014.10.14

8857026B2

杨永利

杨永利

4.

发明专利

油气输送管道及制备方法

中国

ZL   201210518116.5

2016.04.06

2015168

中国石油天然气集团公司

中国石油天然气集团公司管材研究所

张淑慧、戚东涛、蔡雪华、丁楠、李厚补

5.

发明专利

一种聚吡咯/苯胺共聚物防腐涂料的制备方法

中国

ZL 200910243231.4

2013.04.24

1186629

中国石油天然气集团公司

中国石油天然气集团公司管材研究所

戚东涛、杨庆浩、蔡雪华、丁楠、严密林

6.

发明专利

一种复合材料增强钢管道及其制备方法

中国

ZL 201610294228.5

2018.03.13

2842432

中国石油天然气集团公司

中国石油天然气集团公司管材研究所

张冬娜、戚东涛、丁楠、邵晓东、江汛、卞思宸、於秋霞

7.

发明专利

一种油田用玻璃钢管外保温层结构

中国

ZL 201510383291.1

2017.04.05

2435558

中国石油天然气集团公司管材研究所中国石油天然气集团公司

丁楠、戚东涛、毛学强、常泽亮、李厚补、齐国权

8.

发明专利

一种柔性复合管快速施工装置及施工方法

中国

ZL 201511034015.0

2017.12.05

2723656

中国石油天然气集团公司

中国石油天然气集团公司管材研究所

齐国权、袁晓山、戚东涛、邹应勇、魏斌、毛学强、李厚补

9.

国家标准

石油天然气工业   油气井套管或油管用钢管

中国

GB/T 19830-2017

2017.5.12

中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会

中国石油集团石油管工程技术研究院等

方 伟、徐 婷、秦长毅、张 峰、赵 强、党   静、赵 鹏

10.     

国家标准

石油天然气工业用内覆或衬里耐腐蚀合金复合钢管

中国

GB/T 37701-2019

2019.06.04

中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会

中国石油集团石油管工程技术研究院等

魏斌、李发根、夏正文、李为卫、赵新伟、方伟、戚东涛、李亚军、姜放、刘有超、吴泽、袁希海、刘建彬、王春建、王晓峰、徐艳迪、曹静、刘云、邱锋、廖青云、吴立斌


七、主要完成人情况表

完成人

排名

行政职务

技术职称

工作单位

完成单位

对本项目贡献

李厚补

1

副所长

高级工程师

中国石油集团石油管工程技术研究院

中国石油集团石油管工程技术研究院

项目负责人,创新点1、2、3的主要贡献者。作为第一完成人提出项目总体设计和技术方案,主持完成金属陶瓷复合管材绿色制造工艺体系研究和制造装备研制,开发出6项实物管材性能评价试验新技术及新装置,牵头制定系列标准并构建了标准体系,作为第一召集人立项ISO国际标准。

杨永利

2

董事长

高级工程师

吉林省大多天盛金属陶瓷技术有限公司

吉林省大多天盛金属陶瓷技术有限公司

项目主要完成人,创新点1、2、3的主要贡献者。发明陶瓷层增韧方法,开发出金属陶瓷复合管材绿色制造及废旧管材再制造技术体系,组织研制出金属陶瓷复合管材专用离心机及配套制造装备,开发出抗结垢结蜡性能评价试验新技术,组织制定不同产品的系列标准

梁义

3

/

助理研究员

中国人民解放军陆军装甲兵学院

中国人民解放军陆军装甲兵学院

项目主要完成人,创新点1、2、3的主要贡献者。组织开展废旧金属管材腐蚀机理与拆装清洗工艺研究,研究形成金属陶瓷复合管材再制造关键技术体系,开发出离心机多功能限位夹持卡盘,牵头制定再制造领域系列标准,并构建金属陶瓷复合管材标准体系

戚东涛

4

所长

教授级高工

中国石油集团石油管工程技术研究院

中国石油集团石油管工程技术研究院

主要完成人,创新点1、2、3的主要贡献者。创新形成金属陶瓷复合管材的连接技术,开发出实物管材耐磨性能、结垢结蜡性能、弯曲性能等试验评价新技术,制定金属陶瓷复合管材产品、质量验收、施工验收等标准,ISO标准立项的主要发起人

徐婷

5

/

高级工程师

中国石油集团石油管工程技术研究院

中国石油集团石油管工程技术研究院

创新点3的主要贡献者。主要负责金属陶瓷复合管材的标准研制工作,提出陶瓷内衬管材关键性能指标并开展试验验证,建立管材性能计算公式,提出基管处理要求及交货技术条件,组织构建标准体系。ISO标准项目主要发起人。

王守泽

6

总经理

高级工程师

吉林省大多天盛金属陶瓷技术有限公司

吉林省大多天盛金属陶瓷技术有限公司

创新点1、3的主要贡献者。研制出新型氧化铝基陶瓷材料体系,攻关建立多种冷却方式组合的缓冷模式,试验研究确定金属陶瓷复合管材的生产工艺参数数据库,全面开展复合管材的试验评价,行业标准主要起草人及ISO标准主要发起人。

魏世丞

7

主任

教授

中国人民解放军陆军装甲兵学院

中国人民解放军陆军装甲兵学院

创新点1、2的主要贡献者。完成废旧管材腐蚀机理与拆装清洗工艺研究,提出适用于再制造的废旧金属管材壁厚指标,揭示了陶瓷材料和金属管材界面结合强化机制,建立废旧金属管材绿色再制造工艺技术体系,发明适用于高直度复合管材制备的多功能限位夹持卡盘

齐国权

8

/

高级工程师

中国石油集团石油管工程技术研究院

中国石油集团石油管工程技术研究院

创新点3的主要贡献者。试验研究确定了金属陶瓷复合管材的耐蚀、耐磨、弯曲、抗冲击等性能指标参数,重点跟踪金属陶瓷复合管材现场应用,总结形成质量验收及施工验收关键技术控制点并制定标准。

方伟

9

/

教授级高工

中国石油集团石油管工程技术研究院

中国石油集团石油管工程技术研究院

创新点3的主要贡献者。牵头制定石油天然气工业油气井套管或油管用钢管国家标准,研究确定用于内衬陶瓷的金属管材关键性能要求,参与立项ISO标准。

蔡雪华

10

/

高级工程师

中国石油集团石油管工程技术研究院

中国石油集团石油管工程技术研究院

创新点3的主要贡献者。组织开展金属陶瓷复合管材现场应用及产业化推广,研究确定金属陶瓷复合管材应用范围、适用领域、运营维护方法,参与制定施工验收标准及立项ISO标准。

丁晗

11

/

工程师

中国石油集团石油管工程技术研究院

中国石油集团石油管工程技术研究院

创新点3的主要贡献者。主要负责金属陶瓷复合管材的现场试验研究及产业化,总结形成金属陶瓷复合管材的现场应用经验,主持制定金属陶瓷复合管材质量验收及施工验收规范,协助构建标准体系及立项ISO标准。


八、主要完成单位及创新推广贡献

序号

完成单位

创新推广贡献

1

中国石油集团石油管工程技术研究院

作为本项目的牵头单位,组织协调了对整个项目的攻关研究,对本项目的主要创新点1、2、3均做出了主要贡献:

1、依托石油管材及装备材料服役行为与结构安全国家重点实验室科学研究平台,针对金属陶瓷复合管材绿色制造的关键技术,开展了陶瓷材料体系优化、复合管材端部密封、连接结构设计等多项应用基础研究,为金属陶瓷复合管材产品绿色制造工艺攻关提供了重要支撑。

2、依托国家石油管材质量监督检验中心的试验研究平台,先后开发出耐磨性能、抗结垢结蜡性能、弯曲性能、长期服役性能、耐化学介质腐蚀性能、界面结合性能等一系列评价技术及配套试验装置,并在此基础上试验研究确定了金属陶瓷复合管材性能指标参数,为金属陶瓷复合管材系列标准的制定奠定重要基础。

3、本单位是石油管材专业标准化委员会秘书处、石油学会管材专业委员会秘书处以及国际标准化组织(ISO)国内对口管理所在单位,牵头起草了14项国家、行业及企业标准,并构建了选材设计、生产制造、质量检验、施工验收等全寿命周期的金属陶瓷复合管材标准体系,有力促进了陶瓷内衬管材产品在国内油田的大规模应用。更是作为第一发起单位,在国际上成功立项ISO标准《Petroleum and natural gas industries-Ceramic lined tubing》,成为我国首次主导立项的管材领域国际标准。

2

吉林省大多天盛金属陶瓷技术有限公司

吉林省大多天盛金属陶瓷技术有限公司对本项目的主要创新点1、2、3均做出了主要贡献:

1、开发出金属陶瓷复合管材绿色制造与再制造工艺技术体系。创建新型氧化铝基陶瓷材料体系,有效提升陶瓷层耐蚀性和韧性,显著降低了缺陷尺寸和数量,拓展了产品的应用领域。构建原料混配、转速调节、反应激发、燃烧控制、组合冷却等金属陶瓷复合管材离心燃烧合成绿色制造工艺体系,实现了多尺寸规格、多缺陷类型复合管材的制造和再制造,比制造新钢管节能93%,节水98%,减排CO2   99%。

2、自主研发设计并制造了国际领先的金属陶瓷复合管材成套制造装备。开发出集整形拉伸、形变限位、自定心锁紧功能于一体的多级联动金属陶瓷复合管材制造装备,配套发明动平衡监测与反应激发器联动机构,创建深孔自动混装料精准调控系统。采用该装备制造的金属陶瓷复合管材直度达0.1%,比美国国家标准要求的油气工业用金属管材的直度提升50%。

3、积极促进研究成果转化及产业化,开发出金属陶瓷复合管材接箍密封连接和无补口焊接连接技术,有力推动了金属陶瓷复合管材的规模化应用,并由此制定多项标准。建成松原、银川、克拉玛依等3个生产基地,累计制造金属陶瓷复合管材数千万米,逐渐成为世界范围内金属陶瓷复合管材制造及再制造领域的领军者。

3

中国人民解放军陆军装甲兵学院

中国人民解放军陆军装甲兵学院是国内最早从事装备再制造关键技术研究的高等教育院校。在本项目中,陆军装甲兵学院重点围绕废旧金属管材的再制造技术及装备开展了攻关研究,对主要创新点1、3做出了主要贡献。

1、开发了废旧金属管材缺陷检测及评估技术,并提出了可用于再制造的废旧管材选择标准,首次明确了剩余壁厚大于2.5mm的管材可实现再制造。

2、建立废旧金属管材预处理工艺方法,设计出新型热解炉结构,实现了废旧管材预处理工艺的节能、环保及高效。针对废旧金属管材壁厚缺陷导致热应力分布不均,研制影响管材直线度的技术瓶颈,基于制造装备结构特征研发出多功能限位夹持卡盘,保障了制备的金属陶瓷复合管材直度达0.1%。

3、开发出含有不同尺寸及类型缺陷的废旧金属管材绿色再制造工艺体系,实现了废旧金属管材的产业化再制造及再利用。总结形成再制造工艺技术关键控制点,并用于国内标准制定,同时受到国际上的普遍认可,支持了ISO标准的成功立项。

九、完成人合作关系说明

项目完成人李厚补(第一完成人)、戚东涛(第四完成人)、徐婷(第五完成人)、齐国权(第八完成人)、方伟(第九完成人)、蔡雪华(第十完成人)、丁晗(第十一完成人)来自中国石油集团石油管工程技术研究院,杨永利(第二完成人)和王守泽(第六完成人)来自吉林省大多天盛金属陶瓷技术有限公司,梁义(第三完成人)和魏世丞(第七完成人)来自中国人民解放军陆军装甲兵学院。

李厚补与杨永利、戚东涛、梁义、王守泽、魏世丞等对金属陶瓷内衬油管的利用再制造技术进行共同研发。李厚补与杨永利、魏世丞、戚东涛、徐婷、王守泽、梁义、齐国权共同完成金属陶瓷复合管材绿色制造关键技术及标准化项目,并通过成果鉴定。李厚补与杨永利、王守泽、戚东涛共同制定一种测试管材抗结垢结蜡性能的专利。李厚补与徐婷、方伟、梁义、王守泽、蔡雪华、丁晗共同开展金属陶瓷复合管材性能评价和推广应用,制定多项技术标准。


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