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      記我國著名材料科學與石油管工程專家李鶴林院士
      2021-04-07 16:50:23 作者: 計科憲 來源:陜西網 分享至:

       今年是李鶴林院士與我國石油工業結緣的第60個年頭——自1961年作為西遷后第一批新生從西安交通大學畢業后,他一直在石油機械用鋼和石油管工程領域矢志奮斗,并取得一系列重要的成果,為我國石油工業做出了重大貢獻。


      李鶴林1937年7月出生在漢中南鄭。少時因家境貧困,上完初中一年級第一學期就輟學了。此后兩年多,他一邊參加勞動,一邊自學初中課程,后來以同等學力進入高中,完全靠國家助學金才得以完成高中及大學學業。這使李鶴林始終對黨和政府懷有深深的感激之情。

      1960年11月,即將大學畢業的李鶴林和幾位同學按學校的安排來到蘭州石油化工機器廠中央實驗室進行畢業實習——該廠是我國“一五”期間蘇聯援建的156項重點工程中的兩項,也是我國石油和石化機械制造領域的龍頭企業。

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      李鶴林在作學術報告

      李鶴林他們帶來的研究課題“石油鉆井鉆頭材料及熱處理工藝研究——兼論滲碳鋼的強度問題”瞄準的是當時我國石油鉆井鉆頭材料奇缺、進尺奇低的痛點和窘境。因此,他們的課題,被企業直接列為工作重點和技術關鍵。

      然而,攻克技術難關談何容易?

      在進行鉆頭用鋼滲碳工藝研究時,一次次開爐試驗,爐溫從930℃一步步下降到320℃,卻仍是一次次失敗……一方面,他們要全面推翻蘇聯的技術指標、材料和工藝規程,建立屬于我們自己的一套工藝體系;另一方面,他們還不得不與那無法抗拒的饑餓作斗爭——實習期間,糧食定量低,而且多是雜糧,極少蔬菜和副食。

      為此,李鶴林只好嚴格控制伙食定量,每天盡量只吃9兩糧,余下1兩備“開夜車”或勞動之用。沒過多長時間,就有人出現了浮腫。李鶴林個子高、塊頭大,浮腫尤其嚴重。對此,他硬是憑著超出常人的意志力頑強抵抗。他在日記中這樣勉勵自己:“有人總把艱苦奮斗看作是莫大的苦事,而我們感到艱苦奮斗中有最大的快樂。”

      就是在這樣的艱苦條件下,李鶴林和同學們咬著牙堅持做實驗,搞分析,做記錄,寫論文。當時的實習實驗筆記本被李鶴林保存至今——那是一個不足32開的厚厚的小方本,里面密密麻麻記錄著成千上萬的實驗數據,封面上“西安交通大學”幾個字仍熠熠閃光。

      “那篇畢業論文,我自己并不十分滿意。但是多年后我才得知,畢業后我被分配到位于寶雞的石油工業部鉆采機械研究所,與石油用鋼結緣,以及后來在石油管工程方面的科研生涯,我這一生的工作,都與這篇論文有關。”2020年7月29日,在石油管工程技術研究院的辦公室里,回憶起60多年前的學習、實習生活,一幕幕猶在眼前。

      就這樣,李鶴林一頭扎進了中國石油工業的大潮之中,至今已整整60年。

      兩次挑戰

      參加工作不久,李鶴林迎來了兩次挑戰。

      石油鉆采機械研究所對新來的大學生的安排是,從制圖和描圖開始,把組裝圖分拆成零件圖,或者把零件圖變成組裝圖。精通制圖,是成為一名優秀設計師的第一步和必修課。

      在制圖的過程中,李鶴林發現很多很重要的石油機械零件在材料選擇上存在問題,甚至有些零件的技術要求都有錯誤或不當的地方。

      經過向領導請示匯報,他和同時進所的一位同學兼同事領命搞了一項“抽油桿閃光對焊與焊后熱處理工藝研究”的課題。

      他們夜以繼日地用了一個月時間就完成了這項任務,成果應用于寶雞石油機械廠,大大提高了閃光對焊抽油桿的產品質量和產品合格率。

      不久,李鶴林又迎來了一次挑戰:上海某廠援助阿爾巴尼亞的B型吊鉗等石油機械產品在出廠負荷試驗時,出現了關鍵零部件斷裂等嚴重質量問題。為此,石油工業部責成鉆采機械研究所調查處理。年輕的李鶴林作為工作組成員奔赴上海。

      經過一番縝密的調查和研究,產品質量問題與設計無關,主要是熱處理工藝問題。于是,工作組其他人都返回寶雞,李鶴林作為金屬材料及熱處理專業人員被單獨留了下來。此后的半年里,李鶴林充當了上海這家工廠的熱處理技術員,承擔起改進B型吊鉗鉗頭和牙板等關鍵零件的熱處理質量任務。

      初出茅廬就獨當一面,而且是在一個陌生的環境里。但李鶴林憑著扎實的專業功底,全身心投入工作,夜以繼日,埋頭攻關,最終使這家廠子的熱處理水平上了一個臺階,B型吊鉗出場負荷試驗合格率也一舉由30%變成了100%。

      因為這兩次工作表現突出,李鶴林當選為研究所評選的4名“五好青年”之一,年底又成為全所年度評功授獎的8人之一,帶上了鮮艷的大紅花。

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      李鶴林在石油工業部編寫《石油機械用鋼手冊》時留影

      此后,他不但擔起了編寫二百萬字的《石油機械用鋼手冊》的重任,還起草了《石油工業鋼鐵革命規劃》,參與籌備召開“石油工業部鋼鐵革命會議”,并一度得了個石油工業部“鋼鐵發言人”的美譽。

      在石油工業部鋼鐵革命會議上,李鶴林除了宣講《石油工業鋼鐵革命規劃》外,還作了題為《機械設計中選擇鋼鐵材料的一些問題》的特邀報告,提出了機械設計中選擇鋼材的五項基本原則,“其目的在于引起人們重視這個問題,以便盡快使我國石油機械在性能、重量、壽命和制造成本等幾個方面,趕上世界先進水平”。

      一個剛剛工作了幾年的大學生,也并未擔任任何職務,卻能夠獨立承擔石油機械用鋼的基礎工具書,主持編制“以鋼為綱”那樣一個特殊年代的石油工業鋼鐵革命規劃,一針見血地揭示問題的本質,并提出自己的真知灼見,高屋建瓴地總結問題,思考業內趕超世界先進水平的長遠規劃——石油工業部“鋼鐵發言人”并非空有虛名。

      矢志科研

      此后,不管是在寶雞石油鉆采機械研究所、寶雞石油機械廠,還是在中石油管材研究中心(所)、石油管工程技術研究院,幾十年的時間里,李鶴林帶領其科研團隊開展了一系列石油機械用鋼和石油管工程領域的科研攻關,并獲得了一個個獎項:

      《高強度高韌性結構鋼》《無鎳低鉻無磁鋼》《輕型吊環、吊卡、吊鉗》《防硫防噴器》等4項獲1978年全國科學大會重大科技成果獎;

      《鉆桿失效分析及內加厚過渡區結構對鉆桿使用壽命的影響》《提高鉆柱安全可靠性和使用壽命的綜合研究》等3項獲國家科技進步二等獎,《寶石牌單臂吊環》(推廣應用)、《泥漿泵雙金屬缸套》等2項獲國家科技進步三等獎;

      《油層套管射孔開裂判據及影響因素研究》等5項獲部省級科技進步一等獎;

      《鉆柱失效案例庫及計算機輔助失效分析》《鉆鋌失效機理及用鋼技術研究》等8項獲部省級科技進步二等獎;

      《鉆桿接頭用鋼及熱處理工藝研究》《非調質N80套管破裂原因分析研究及反饋》等6項獲部省級科技進步三等獎……

      在完成上述科研成果的同時,李鶴林還主持了200多項重大失效分析項目。這些失效分析項目的年社會經濟效益達億元。其中,部分進口裝備和器材的失效分析成果,累計向外商索賠上千萬美元,維護了國家利益。

      此外,李鶴林還出版專著和論文集15本,在國內外刊物上發表300多篇論文,有些論文已收入國際權威的SPE論文集。一些同行提起李鶴林,都稱他是一位“高產專家”。

      有這樣幾件事銘刻在李鶴林的記憶中。

      1965年12月的一天,正在北京編寫《石油機械用鋼手冊》的李鶴林接到通知,“鐵人”王進喜到北京開會,“你去聽聽他對試驗新鋼種、改進石油機械的意見吧!”

      “我人生一次歷史性見面,就這樣發生了。”后來,經?;貞浧鹱约汉?ldquo;鐵人”見面場景的李鶴林,稱之為“歷史性見面”。

      兩人整整交談了三個小時。李鶴林詳細介紹了《石油機械鋼鐵革命規劃》,王進喜非常高興,認為這正是廣大石油工人所期盼的,他特別強調要把吊環、吊卡的重量減下來,把吊鉗的安全性提高上去。“現在我們用的‘三吊’,都是外國貨,一個個肥頭大耳,鉆井工人憑體力操作和搬動,三十多歲就干不動了。你們要趕緊造出我們自己的東西,把那些傻大笨粗的洋玩意兒趕下我們的鉆臺!”

      “鐵人”的話重重地敲打在李鶴林心上。幾個月后,他回到寶雞石油機械廠,一頭扎進輕型“三吊”的研制工作中……

      其中的艱辛只有親身經歷過才能體會。

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      在李鶴林(正面照左二)見證下,國家石油管材質量監督檢驗中心對國產特殊螺紋接頭油套管進行上卸扣實驗

      一次大噸位輕型吊環試驗,當油壓機的指針指向190噸時,“嘣”的一聲,吊環斷了,一節鋼棒像出膛的子彈,貼著李鶴林的頭皮呼嘯而過。真險??!哪怕再偏一分一毫,后果都不堪想象。

      鋼的成分設計試驗是在小型高頻煉鋼爐進行。有一次煉鋼時,高頻爐突然被擊穿,1600℃的鋼水向外噴流。李鶴林什么都來不及想就沖上去滅火,衣服烤糊了,雙腿都被燒傷,火辣辣地疼……

      試驗室人手短缺,李鶴林就當起了搬運工,在相距三四里的東、西兩個廠區之間拉著架子車來回搬運試驗材料……

      李鶴林后來回憶說:“那幾年,我們做了多少次試驗,記錄了多少個數據,熬了多少夜,加了多少班,有多少休息日、節假日搭了進去,誰也記不清楚了。”

      但是,有這樣一個大數,那就是一個拉伸試驗棒大致只有幾十克重,而他們做實驗整整用掉了10噸鋼材——人工一根一根試驗,以10萬次計的試驗后,終于獲得了最后的成功。

      1970年,大慶油田的王進喜和他的1205鉆井隊收到了李鶴林寄來的兩副小噸位輕型小吊環。這種新吊環,重量只有原來的1/3左右,已近50歲的王進喜一個人就能舉起來。

      李鶴林還把新型吊環親手送到四川油田鉆井工人手中,那些看慣了傻大笨粗的老吊環的鉆井工人,一看這小玩意兒,個個愛不釋手,吊環從一雙手傳到另一雙手。這些鐵打的漢子還用他們粗糙的手精心扎了大紅花戴在吊環上……

      回想起這段經歷,李鶴林非常感慨地說:“沒想到當年王進喜的一席話,竟使我們干了整整17年的‘三吊’!”

      我國著名的物理冶金及材料強度專家涂銘旌院士這樣評價李鶴林的石油機械用鋼研究,說他“打破了許多傳統觀念的束縛,創造了大幅度減輕石油機械重量、改變傻大笨粗面貌的驚世奇績,并且使大批產品壽命延長,達到一頂幾。”

      李鶴林研制的各種輕型吊環,奪得了我國石油機械的第一塊質量金牌,也是我國第一個獲得美國石油學會(API)會標使用權的產品。

      1978年3月,李鶴林出席了全國科學大會,他主持及參與的輕型“三吊”和另外3項成果均獲得全國科學大會成果獎。

      敲開API大門

      1987年6月底,李鶴林和石油部機械制造局副總工程師趙宗仁到美國南部海濱城市新奧爾良參加美國石油學會(API)第64屆年會。這是一個世界石油界普遍采用、具有很高信譽和權威性的石油工業設備、材料規范和標準的非盈利機構,本次年會也是中國第一次參加API年會并作大會報告。

      只有半天時間的大會發言已經開始,李鶴林的論文還靜靜地躺在會議主席羅杰斯的公文包里——他根本就沒看。會議休息時,羅杰斯才漫不經心地把論文翻出來,僅僅是一看論文標題——“鉆桿失效分析及內加厚過渡區結構對鉆桿使用壽命的影響”,羅杰斯內心陡然一震。

      20分鐘后,李鶴林和趙宗仁站在了講臺上,大會發言重新開始。

      會場沸騰了。即席評價一個高過一個。原來只印制了50份的論文被一搶而光,大會主席不得不宣布立即復印,每人一份。國際鉆井承包商協會主席杜芒特不無感慨地說:“API有關這個課題的提案已經5年了,但一直處于爭論之中,中國人這次拿出了令人信服的論文,終于有了成果。”

      一時間,李鶴林成了API的新聞人物,他們住的那間小小的經濟間也成為64屆年會的一個不小的焦點。

      那天晚上,從不飲酒的李鶴林破例喝了一杯酒。趙宗仁興奮地對他說:“喝吧,今天這酒一定得喝。API的大門被我們5000字就敲開了!”

      豈止是敲開了大門。緊接著,美國、日本等國的刊物紛紛在顯著位置詳細評價了李鶴林課題組的科技成果,肯定它是“鉆桿技術的突破”“在國際上領先”。

      美國石油學會立即采納這一成果,修訂了被全世界奉若神明的API標準。

      稱雄世界的日本、德國等石油鉆桿制造公司不惜巨資,按照這一成果對原生產線進行改造,并邀請李鶴林等人前去驗收。

      API和國際鉆井承包商協會專門成立了鉆桿加厚聯合工作組,并破例邀請中國作為成員國。

      幾年后,API接納李鶴林為第一委員會委員。他領導的石油管材研究所也正式成為API 管材標準化委員會的中方技術歸口單位,先后5次派人參加API年會,多次向API提出標準修訂議案并得到認可,其中鉆柱韌性、套管韌性、鉆桿與接頭焊區技術條件、提升短節技術條件等內容已寫進了API標準,成為指導世界石油工業生產的準繩。

      后來,李鶴林又依據對國內外相關企業的考察和分析,放眼世界高性能油井管的需求與發展,提出了一個“三分天下”的新觀點,即把油井管劃分為API標準、非API標準和特殊螺紋接頭油套管。

      循著這種“三分天下”的思路,經過冶金行業和石油行業的共同努力,國家重點企業開發項目“高質量油井管開發”在短短幾年時間內便取得了巨大成功,油井管國產量由1991年的1.67萬噸,猛增到1996年的43.17萬噸,自給率也由14.48%增至52.11%。

      2012年,已年逾古稀的李鶴林回顧中國油井管從弱變強的進程,提筆撰寫了《我國油井管產業的現狀與發展》一文,其中說:

      “我國油井管生產能力已達1000萬噸,成為鋼管生產大國和世界油井管生產供應基地。……我國非API鋼級油套管,已能滿足國內油氣田苛刻工況的需求。”

      從早期的不足5%到如今的99%,從基本進口到大批出口,從每年多花幾十億元外購資金到節約幾十億元,我國油井管生產由弱小到強大,實現了大規模國產化,并開始跨入油井管研發和生產強國的行列。

      巨大的變化和成就中,處處都凝結著李鶴林和石油管材人的強烈心愿與巨大貢獻。

      創新學科

      1994年深秋,石油管材研究所從寶雞搬到西安南郊。

      在這里開始“二次創業”,李鶴林覺得機遇無限、前景無限。

      新址落成典禮及管材中心“九五”發展規劃論證會上,李鶴林向陜西省、中石油的領導和各油田的代表闡述了新所的發展設想目標:創辦一所世界一流的科研所,為中國的石油工業奉獻智慧和力量。

      也是在這里,經過李鶴林的梳理,“石油管工程學”浮出水面。

      他這樣闡述“石油管工程學”的學科內涵和研究對象:“‘石油管工程學’是材料科學與工程、機械工程、石油工程、工程力學、可靠性工程、信息科學與工程(含計算機技術)等多學科交叉的邊緣學科。它把相關學科的理論成果和最新技術盡可能地運用于石油管的服役過程(即石油工業的鉆井工程、采油工程和儲運工程),最大限度保障石油管服役中的安全可靠性和壽命,并有效地提高工程效率和降低工程成本。”

      其主要技術領域則包括四個部分:石油管的力學行為,石油管的環境行為,石油管材料的服役性能與成分/結構、合成/加工、性質的關系,石油管失效診斷、失效控制與完整性管理。

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      李鶴林與王進喜進行親切交談(繪圖)

      1997年中國工程院院士增選時,中石油在李鶴林的院士候選人提名書中,將“提出了‘石油管工程學’的研究范圍和對象”列為李鶴林的主要成就和貢獻之一。這一提法得到了院士們的認可。

      國外石油公司都很重視管柱與管線力學、腐蝕與防護、失效控制和完整性管理等領域的應用基礎研究。在技術交流中,許多外國學者對于李鶴林把這些領域作為整體提出“石油管工程學”的新概念表示贊賞。

      20世紀90年代末,中石油決定建立首批重點實驗室。李鶴林非常重視,親自組織調研和頂層設計,提出依托管材所建立一個以“石油管工程學”為主要研究領域進行應用基礎研究的重點實驗室。1999年12月,“中國石油天然氣集團公司石油管力學和環境行為重點實驗室”在管材所正式建立,李鶴林擔任學術委員會主任。管材所也就此成為石油管工程學的科技創新基地。

      2015年9月30日,經國家科學技術部批準,以石油管工程技術研究院為依托,組建石油管材及裝備材料服役行為與結構安全國家重點實驗室,“石油管工程學”是該重點實驗室的主要研究領域。

      李鶴林認為,石油管的科研包括兩個方向,一是石油管的工程應用與應用基礎研究,二是新產品開發和制管工藝研究。“目前,我國石油管生產企業擁有實力雄厚的科研機構,全力開展新產品開發和制管工藝研究;而在石油管的工程應用與應用基礎研究方面,石油管材研究所作為國內這一領域的權威研究機構,責無旁貸。”

      為此,他提出了科學研究、技術監督、失效分析“三位一體”的管理理念,即:失效分析發現問題-科研攻關找出答案-技術監督解決問題,有效加速了科研成果向生產力的轉化。

      在“三位一體”的基礎上,李鶴林將全所的工作人員按照科研、行業服務和產業化劃分為三個板塊:50%的科技人員集中精力搞科研,承擔國家和中石油下達的應用基礎及超前研究項目,40%的科研人員主要從事行業服務,即質量技術監督和失效分析,10%的科技人員從事產業化工作,成立相對獨立的科技實體,對外創收。

      李鶴林非常重視“石油管工程學”人才隊伍建設和模擬石油管服役條件的全尺寸管材試驗裝置的建立。他充分利用自己受聘擔任西安交大材料科學與工程學院名譽院長、博士生導師之便,促成管材所與交大材料學院簽訂合作協議,聯合開辦“材料服役安全工程學”二級學科博士點和碩士點(其內涵大體相當于“石油管工程學”),培養了十多名博士和碩士。

      奮斗不止

      2002年,已經65歲的李鶴林退居二線。有人勸他搬到北京住,他謝絕了,仍然住在原來的院子里,還和從前一樣,與多年的同事一起,每天按時上下班——他離不開這個自己親手創建的石油管材研究所,就像父親對待自己已經長大的孩子,依然給予無限的關心和幫助。對他來說,生命不息,就要奮斗不止、探索不止、奉獻不止。

      他心里還有一個放不下的“結”——管材所還在寶雞時,曾啟動過將行業層次的“石油管材質檢中心”升格為國家級質檢機構的事,因故中斷后一直再未啟動。沒有這塊權威的國字號牌子,管材所發展的諸多方面都會受到影響。

      2004年初,所里找到李鶴林,希望他出馬再爭取一下國家質檢中心立項與組建。

      李鶴林社會職務不少,也很忙,而在所里,除科研外,其他大事他都不再過問,但是唯有這件事,他一直放在心上。所里不知道的是,那段時間里,李鶴林也一直在努力爭取國家質檢中心立項的事。

      質量監督檢驗檢疫總局曾經連續幾次召開相關會議,李鶴林一直作為總局專家咨詢委員會委員參與其事,并多次當面向總局科技司、國家認證認可監督管理委員會的幾位領導闡述將行業層次的質檢中心升格為國家級質檢機構的必要性,也介紹了管材研究所的綜合實力。為了爭取立項,他還求助于當時陜西省委的領導,當面做了詳細的匯報。

      最終,經過多方努力,管材所申報的國家石油管材質檢中心終于正式立項。

      回憶曲折往事,李鶴林覺得這是圓了自己的一個夢。

      2006年,國家西氣東輸二線(“西二線”)工程啟動。為了給西二線工程提供強有力的技術支撐,中石油于2007年初啟動該項目工程關鍵技術研究重大專項,李鶴林被任命為項目專家組組長。

      此后五年時間,他每天都在為此忙碌著、奔波著,經常是通宵達旦。五年間,他帶領著團隊解決了一個個技術難題,形成了18項先進適用的西二線管材系列標準,取得了多項創新性成果。

      這些科研成果,多數都應用在了同期進行的中亞管線以及后來建設的中貴天然氣管線、中緬油氣管道、西氣東輸三線、中亞C線、陜京三線和四線、中俄天然氣東線等,都取得了良好的經濟和社會效益。

      西二線的設計方案,也一舉改變了我國在天然氣超長距離輸送管道工程領域幾十年來一直扮演的追趕者角色,一躍進入領跑者行列,贏得了國際同行的矚目和贊譽。

      2012年,以西二線主要技術成果為主的“高鋼級、大口徑、高壓力超長輸氣管道關鍵技術與應用”項目獲中石油科學技術進步獎特等獎;2014年,包含該項目內容的“我國油氣戰略通道建設與運行關鍵技術”獲國家科學技術進步獎一等獎。

      李鶴林作為專家組組長,對上述項目關鍵技術的突破發揮了重大作用,被列在獲獎名單的前列,他卻要把獲獎機會讓給青年科技骨干而堅決請求退出。

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