新技术新设备 开启长输管道新时代
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张文伟 中国石油管道设计院总工程师、副院长 |
12月2日，备受瞩目的中俄东线天然气管道工程(黑河—长岭段)进气投产。这条管道是我国当前管径最大，压力、钢级、输量最高的天然气管道，将与陕京输气系统、秦沈线等管道，以及沿线接收站、储气库等相连，形成互联互通。中俄东线是智能管道建设的试点。它的“大”和“高”是油气管道建设史上的又一次重大挑战，在建设过程中创新应用了一系列新技术、新设备、新材料，引领我国长输管道迈入新时代。
我国大输量天然气管道的代表性工程
9月发布的《中国天然气发展报告(2019)》预计，今年我国天然气表观消费量将达到3100亿立方米左右，去年这一数字是2803亿立方米，增长约10%。报告预测，到2050年前，我国天然气消费都将保持增长趋势。日益增长的天然气消费需求，对管道的输送能力与效率提出了更高的要求。
按照中俄两国签署的协议，俄罗斯每年向我国供气380亿立方米。为安全高效完成这一输送任务，在项目可研阶段，设计单位对20多种输送方案进行了技术经济比选，最终确定采用1422毫米管径、X80钢级、12兆帕设计压力、单管输送的方案。以中俄东线为例，在年输量相同的条件下，可比双管1219毫米管径、X80钢级、12兆帕输送方案节约投资46亿元，节省土地2.27万亩。
1422毫米管径、X80钢级、12兆帕压力这一参数组合，在国内是首次应用，在国际上也只有俄罗斯博乌管道与之相近，为1420毫米管径、K65(相当于X80)钢级、11.8兆帕压力。
为确保方案的可行性，早在2012年，中国石油便开展了重大科技专项“第三代大输量天然气管道工程关键技术研究”课题。课题取得的管道基于可靠性设计方法、高钢级管道断裂控制预测模型及爆破试验技术、1422毫米X80钢级管道工程系列标准等系列成果，为中俄东线输送方案的落地实施提供了有力的技术支撑。
我国智能管道建设的试点项目
随着互联网、云计算、大数据等技术的发展与应用，油气管道建设逐步开始由数字管道向智能管道、智慧管网演进。中俄东线是我国第一条智能管道建设的试点项目，从管道的设计、采办、施工至运营阶段，按照“全数字化移交、全智能化运行、全生命周期管理”的要求全面推进。
中俄东线采用数字化设计云平台，满足异地协同设计、审查及设计管理需求，大幅提高了项目设计质量、效率，同时应用中国石油油气储运项目规定(CDP)的标准化、模块化成果，从设计源头开始实行了标准和数据的统一。为保证施工过程的数据真实可靠，中俄东线首次实现了管道建设关键工序远程实时监控、全过程数据实时采集的智能工地建设。焊接机械化施工机具、项目管理助手、视频监控终端等设备通过无线局域网接入现场数据采集计算机。结合二维码、电子标签、摄像头、手机等终端设备，实现对工程建设过程的实时视频监视、感知和数据采集，及时完成工程项目的数字化移交。
在运行管理方面，中俄东线结合管道风险识别与分析，利用光纤传感、腐蚀在线监测、GPS位置信息智能终端、无人机航测等技术，实现了第三方破坏、腐蚀破坏和泄漏监测，自动巡线和智能巡检。同时对压缩机、流量计、PLC、网络设备等关键设备状态参数实施远程监视。通过对数据的智能化分析和挖掘，对潜在风险进行智能化预测、提前报警，实现关键设备的智能监测、预防性维修及全生命周期管理。与传统管道相比，管道智能化建设大幅提升了中俄东线感知能力，提高了智能控制、智能巡护、预测预警、风险管控及应急管理的能力和水平。
加速了技术和装备国产化进程
由于管径、钢级和压力的限制，主要材料和设备国际上除俄罗斯外鲜有供货业绩，为保证工程建设，自2013年开始，中国石油陆续开展多项国产化研制工作。在西二线压缩机组、大口径全焊接球阀国产化研制的基础上，进一步扩大国产化研制范围，各类产品性能达到国际先进水平。这些成果的应用，使中俄东线成为我国首条全面实现国产化的大口径高钢级天然气管道。
这些技术和装备主要有：一是X80管线钢及热煨弯管、全焊接球阀、快开盲板、绝缘接头、全自动焊机的研制，将口径从1219毫米提高到1422毫米。二是管道设计院牵头开展了站场低温环境(零下45摄氏度)用D1422 X80钢管、感应加热弯管、三通等产品的研制，将低温性能从零下30摄氏度降低到零下45摄氏度，刷新了我国长输管道站场用管材、管件的制造能力。三是国产油气管道控制系统软件的研制，填补了我国长输管道SCADA系统的空白，其功能、性能和可靠性已超过同类进口水平。
这些国产技术与装备的全面应用，在保证管道安全可靠的同时，有效降低了工程建设和运营管理成本，为后续工程全面国产化提供借鉴，同时也促进了我国装备制造业水平的进一步提升。
新技术保障中俄东线本质安全
近年来，管道安全牵动着每一个国人的心。作为国家重点工程，安全第一的设计理念贯穿中俄东线建设始终，力争做到本质安全。
项目可研阶段进行了安全预评价、环境影响评价等九大专项评价，评价的结果和建议都在设计中得到落实。建设阶段对中俄东线进行了系统的危险因素识别和可靠性评价，为优化设计提供数据支持，将中俄东线失效概率控制在可接受的范围以内，并有针对性地提出运行维护建议，为运行期完整性管理提供基础。
管道焊接质量是管道失效的主要影响因素，中俄东线采取弹性敷设、提前下卧穿路、冷弯弯管代替热煨弯管等敷设方式，首次在国内实现全线自动焊，自动焊比例达到100%，同时优化焊接接头设计，排除了人为及环境因素影响，减少应力集中及焊接缺陷，提高了焊接质量，提高了本质安全性。
西气东输一线开启了我国大口径、高压力输气管道建设的新纪元。经过近20年的迅猛发展，即将投产的中俄东线再次将输气管道建设推向顶峰，代表了目前管道建设的先进水平，具有里程碑意义。(特约记者周凤珊采写)
