中俄东线天然气管道智能化关键技术创新与思考

中俄东线天然气管道是中国第三代长距离、大输量天然气管道标志性工程,是全球单体规模最大的输气管道,在中国乃至世界管道建设史上创下了多项新纪录。以该管道为试点,打造了中国首个智能管道样板工程。系统阐释了智能管道与智慧管网的基本内涵与关键技术,梳理了支撑管道"全数字化移交、全智能化运营、全生命周期管理"的关键技术及阶段性成果,为持续推进中国管道智能化建设、助力打造智慧互联大管网提供了重要指引。同时,从认识与技术等层面,就管道智能化的技术本质、管道数字基建、管道瓶颈技术攻关、管网智慧大脑等问题,给出了进一步思考与建议。(图1,参23)     

中俄东线天然气管道动态退磁实验

油气长输管道施工、检测过程中的剩磁会引发焊接电弧的磁偏吹,可能影响管道焊接作业的施工进度和质量,进而威胁管道本质安全.中俄东线天然气管道工程由于采用大口径、高钢级管道,具有较高的管道剩磁水平,对现有退磁技术与退磁设备的能力提出了更大的挑战.为此,引入永磁铁退磁技术,开展基于响应面法设计的中俄东线天然气管道动态退磁实验,...     

中俄东线天然气管道黑河—长岭段环焊缝焊接工艺

针对中俄东线天然气管道北段(黑河—长岭段)高钢级、大口径、高压力、大输量、环境温度低等特点,介绍了其环焊缝焊接工艺。从L555M钢管的焊接性、环焊接头性能指标、环焊工艺及质量管控等方面,总结了管径1 422 mm的L555M天然气管道的焊接施工特点,阐述了环焊接头强度、韧性、硬度、塑性等指标要求的意义及试验检验方法,分析了焊接方法、焊接材料、焊接坡口等工艺参数的选择原则和实际应用,说明了坡口尺寸与组对精度、预热温度与道间温度、无损检测技术对焊接质量控制的影响。上述成果作为工程建设的经验性总结,可为后续油气管道工程建设的焊接施工管理提供经验。(图3,表4,参20)     

中俄东线天然气管道工程管理与技术创新

中俄东线天然气管道工程是重要的民生工程,是发展新时代中俄全面战略协作伙伴关系的重要成果,对于保障国家能源安全、优化能源消费结构、助力地区经济发展意义重大。中俄东线天然气管道工程的综合设计指标以及信息化、智能化水平全球领先,代表了当前油气管道建设运营的最高水平。管道建设过程中,面对冬季最低气温-40℃、夏季大面积沼泽湿地、社会依托差、有效工期紧等重重挑战,大力实施管理创新与技术革新,一方面,借助"互联网+"等手段,优化完善管理模式与运作机制,发挥党建引领作用,实现工期、质量、安全、环保、投资的全面受控;另一方面,以智能化为抓手,创新搭建"智能工地",打造"智能管道样板工程",实现核心技术与关键装备提档升级、全面国产化,有力保障了中俄东线天然气管道工程高质量建成、高水平投产。通过总结经验、梳理成果,为今后油气管道工程建设提供参考与指导。     

中俄东线天然气管道黑河—长岭段环焊缝焊接工艺北大核心

针对中俄东线天然气管道北段(黑河—长岭段)高钢级、大口径、高压力、大输量、环境温度低等特点,介绍了其环焊缝焊接工艺。从L555M钢管的焊接性、环焊接头性能指标、环焊工艺及质量管控等方面,总结了管径1422 mm的L555M天然气管道的焊接施工特点,阐述了环焊接头强度、韧性、硬度、塑性等指标要求的意义及试验检验方法,分析了焊接方法、焊接材料、焊接坡口等工艺参数的选择原则和实际应用,说明了坡口尺寸与组对精度、预热温度与道间温度、无损检测技术对焊接质量控制的影响。上述成果作为工程建设的经验性总结,可为后续油气管道工程建设的焊接施工管理提供经验。(图3,表4,参20)     

中俄东线天然气管道工程前期工作关键点及创新成果

中俄东线天然气管道工程是"一带一路"倡议下中俄两国深化合作的成功典范,作为跨境输气管道的代表性项目,前期工作特征与经验具有重要的参考借鉴价值。阐述了中俄东线天然气管道工程项目的背景与意义,梳理了其商业谈判、预可行性研究、可行性研究、项目申请报告编制及核准等前期工作,介绍了针对中俄东线天然气管道工程复杂技术经济工况的专题研究过程,总结了中俄东线天然气管道工程前期工作的创新成果。研究表明:中俄东线天然气管道工程这类大型跨境能源管道项目,其前期工作涉及外交、商业、技术、经济等多层次问题,需要投入更多的人力、研究资源及更充裕的时间,以保障项目的顺利实施。(图1,参25)     

中俄东线天然气管道工程管理与技术创新北大核心

中俄东线天然气管道工程是重要的民生工程,是发展新时代中俄全面战略协作伙伴关系的重要成果,对于保障国家能源安全、优化能源消费结构、助力地区经济发展意义重大。中俄东线天然气管道工程的综合设计指标以及信息化、智能化水平全球领先,代表了当前油气管道建设运营的最高水平。管道建设过程中,面对冬季最低气温-40℃、夏季大面积沼泽湿地、社会依托差、有效工期紧等重重挑战,大力实施管理创新与技术革新,一方面,借助"互联网+"等手段,优化完善管理模式与运作机制,发挥党建引领作用,实现工期、质量、安全、环保、投资的全面受控;另一方面,以智能化为抓手,创新搭建"智能工地",打造"智能管道样板工程",实现核心技术与关键装备提档升级、全面国产化,有力保障了中俄东线天然气管道工程高质量建成、高水平投产。通过总结经验、梳理成果,为今后油气管道工程建设提供参考与指导。     

中俄东线天然气管道弯曲变形识别与评价

管道在外部载荷的作用下会发生局部位移及弯曲变形,当与管体腐蚀、制造或焊缝等缺陷叠加时,在应力集中点将引起管体失效,严重威胁人员安全、造成环境污染及经济损失。基于惯性测绘的内检测技术是一种准确识别管道弯曲变形及检测弯曲应变的有效方法,在对管道全线实施检测的同时以弯曲应变的形式反映管道在外部载荷作用下的弯曲状态。中俄东线天然气管道境内段途经沼泽、高寒冻融等地质不稳定区域,洪水、地震等自然灾害引起土体移动也会对管体施加外部载荷,在外力作用下管体发生弯曲的可能性较大,易因局部应力集中形成高风险点,通过分析管道弯曲应变数据,结合几何/漏磁内检测发现的管体缺陷,可以更加精确地识别定位对管道安全运行构成潜在威胁的高风险点,有针对性地制定监测、修复计划,为中俄东线天然气管道的安全运行提供有效保障。(图7,参21)     

中俄东线天然气管道跨国计量站配置及运行现状

中俄东线天然气管道作为一条大规模跨国输气管道,其贸易计量站的技术与管理水平,将直接影响中俄双方的经济利益。中俄东线天然气贸易计量由3套计量系统组成,其中主计量系统与核查计量系统安装在俄罗斯布拉格维申斯克计量站,比对计量系统安装在中国黑河计量站,俄罗斯两套计量系统的运行参数均实时传输至黑河计量站,使其能够对境内外3套计量系统进行全方位监控,通过对比3套系统的计量结果,最终确定贸易结算气量。根据中俄两国签订的《天然气计量协议》中对气体质量参数的规定,在两国计量站均配置了气质分析设备,且俄罗斯计量站所有气质分析设备的检测结果均实时传输至黑河计量站。通过对黑河计量站实行智慧化建设,不但降低了计量站站控系统调试对计量系统的影响,而且实现了远程诊断及流程切换的智能化。基于计量站运行现状,提出如下建议:①在运行过程中增加对自动化逻辑的测试,并联合自动化专业公司对系统的使用情况进行试验测试,以达到简化控制逻辑、提高系统稳定性的目的;②加大对技术人员的培训与考核,以提高计量站的运行管理水平。(图2,表4,参22)     

中俄东线天然气管道长江盾构隧道管片接头抗弯性能

油气管道水下盾构隧道处于高水压、大埋深的特殊环境,其管片接头的力学性能与常规盾构隧道差异较大。以中俄东线天然气管道长江盾构隧道工程为例,基于有限元软件ABAQUS建立了管片接头三维精细化模型,对接头变形特征、螺栓应力应变以及抗弯刚度变化进行分析,重点研究了接头抗弯性能变化的整体力学响应特性。结果表明：在管片接头压弯状态下,依据接头竖向位移、张开量以及螺栓应力应变情况,接头的受力状态可分为接缝缓慢张开、接缝张开螺栓受力以及接头失稳螺栓屈服3个阶段;在接缝缓慢张开阶段,轴力约束越强,螺栓开始分担压弯作用的时机越迟;接头张开量对于轴力大小有较强敏感性,随轴力增加,张开量增长速率的“减缓段”占接头压弯过程比例逐渐减小;对于大埋深、高水压的小断面盾构隧道,管片接头分别在正、负弯矩的作用下,其变形特征对比不明显,但同等轴力水平下正弯矩对接头螺栓变形的影响较大。中俄东线天然气管道长江盾构隧道接头的抗弯性能集中体现了油气管道盾构隧道接头受力特征,可为盾构隧道管片结构设计提供参考。（图9,表1,参22）     

中俄东线天然气管道运行保障关键技术

在中俄东线天然气管道投产后的运行阶段,因其高钢级、大口径、高压力、大输量的特点,且沿线途经高寒冻土区,故管道运行的不确定性因素多、风险高、维护与安全保障难度大。系统分析了中俄东线天然气管道在运行工艺方面面临的管网优化运行、冬季调峰、冰堵防治及放空回收等问题;在完整性管理方面面临的大口径管道内检测、高钢级管道安全状态评估等问题;在线路风险防控方面面临的天然气管道泄漏与安全状态监测、腐蚀、冻涨融沉防治等问题;在维抢修方面面临的管径1 422 mm管道的切割、退磁、修复等系列技术难题。归纳总结了国内外相关技术现状,提出解决问题的技术思路,总结了中俄东线天然气管道工程目前已取得的部分技术成果,以期为未来油气管道的建设与运营提供参考。(参52)     

中俄东线北段关键设备与核心控制系统国产化

中俄东线天然气管道工程是中俄两国最高领导人高度重视并亲自推动的重大战略项目,是加强两国全面能源合作伙伴关系、深化全面战略协作伙伴关系的又一重要成果,是服务"一带一路"倡议、构建中国四大能源运输通道的重大工程。总结了近年来中国石油在高强度管线钢管、天然气用电驱压缩机组、输油泵机组、关键阀门及执行机构、流量计等设备国产化方面的重大成果。介绍了具备一键启停功能的20 MW级电驱离心压缩机组,满足信息安全要求的管道核心控制系统SCADA成套软硬件,56 in (1 in=2.54 cm)、Class900全焊接球阀及配套电动执行机构和气液执行机构,干线调压装置的24 in、Class900安全切断阀和工作调压阀等关键设备在中俄东线国产化应用中的最新进展,这些关键设备的自主可控,保障了国家能源安全,促进了民族装备制造工业发展,推动了管道运营企业降本增效。(图1,表2,参18)     

中俄东线黑龙江穿越段管材关键性能指标对比与确定

中俄东线天然气管道过境段控制性工程中黑龙江穿越段穿越中国、俄罗斯两国国界,所用直缝埋弧焊钢管和感应加热弯管由俄罗斯供货,但中俄双方会议谈判要求管材关键性能指标执行中俄双方的最严格要求。为了合理确定黑龙江穿越段管材性能指标,保障管道安全,对比分析了中国和俄罗斯管材标准,对直缝埋弧焊钢管和感应加热弯管的关键性能指标进行了分析。与中国标准相比,俄罗斯标准更注重钢管的低屈强比、高断裂延展性以及苛刻的低温韧性,并与施工现场联系密切,比中国标准更严格。结合对比结论、工程实际,最终确定黑龙江穿越段管材性能指标执行俄罗斯标准要求。(图2,表8,参23)     

中俄东线直径1422 mm X80钢级冷弯管设计参数的确定

为了满足中俄东线工程建设的实际需求,需要开展直径1 422 mm、X80钢级管道冷弯管设计参数的相关研究。采用AS 2885.1-2012《管道-天然气和石油管道第1部分:设计和建造》中的公式计算得出冷弯管的最大弯曲角度为6.48°;再通过冷弯管弯制过程中的应力应变有限元模拟分析,得到当弯曲角度为6～8°时,管道处于弹塑性区,满足变形要求。经过实验室及中俄东线试验段的现场验证,弯制的6.4°冷弯管回弹量及变形量均匀稳定,椭圆度、壁厚及内弧波浪度等指标均控制良好,能够满足工程要求。经过相关计算、分析及验证,最终确定中俄东线直径1 422 mm、X80钢级冷弯管的最大弯曲角度为6°,曲率半径不小于50倍钢管外径(71 100 mm)。该结果可为中俄东线天然气管道工程建设提供指导。     

西气东输东段管道的综合投产技术

为了保证西气东输管道试压施工的安全,西气东输管道东段(靖边-上海)均采用以水为介质的试压方案,通过运用科学合理的技术手段,解决了因管道口径大、线路沿途地形地貌复杂、管道施工难度大、试压水缺乏、设备能力有限等问题,成功地进行了管道清管、测径、试压及干燥作业,其综合投产技术可为今后类似管道工程提供施工依据.     

管道自动焊技术

介绍了管道自动焊焊接的工作原理、工艺流程、设备配置,以及管道自动焊在世界范围内的应用情况,同时指出在长距离、大口径、厚壁管道的建设中,延用传统的手工焊难以适应管道建设高速度、高质量的要求。管道建设队伍要走出国门,寻求合作,开拓国际市场,参与国际管道建设的竞争,必须具有先进的施工工艺和设备,更新传统的焊接工艺。     

保障中俄东线天然气管道长期安全运行的若干技术思考

针对中俄东线天然气管道的实际服役状况,分析了土壤运动(冻胀与解冻沉降)对管道结构完整性的影响以及基于管体结构-土壤弹簧模型在确定管-土交互作用方面的局限性,即非线性、大应变与多轴加载评估的保守性、土壤本构模拟与真实状况的偏离,建议发展新型多模块耦合集成技术确定土壤运动产生的机械效应。明确了X80高强管线钢在服役条件下发生应变时效及其导致管线钢(尤其是焊缝区)材料韧性和止裂能力的降低,建议使用时效活化能与等效时效时间模拟、评估管线钢在漫长服役过程中发生应变时效的敏感性,并建立相应的理论基础。此外,详细分析3种常见的管道缺陷(机械损伤、腐蚀缺陷、裂纹)对管道完整性影响的评估技术现状。针对高压、大口径、高强钢天然气管道(特别是焊接金属与热影响区)在地质不稳定地区的材料韧性、裂纹扩展以及止裂能力开展实验与评价技术,建立精确的多物理场协同作用下的管道缺陷评估模型,是当前的国际性技术难题,这些问题的解决将有力保障中俄东线天然气管道以及相关油气管道的长期安全运行。(参29)     

气体超声流量计远程诊断功能在中亚管道的应用

基于气体超声流量计的应用现状,分析了其实现远程诊断功能的重要意义,列举了其核心诊断指标：流速特性、声速特性、声道信号质量、声道增益值、声道信噪比。讨论了远程诊断系统的设置需求,其功能体现在可实时地对现场计量站内的超声波流量计、流量计算机、压力变送器、温度变送器及气相色谱分析仪等设备进行运行状态的指示、诊断及远程管理。在中亚天然气管道的应用实践表明：气体超声流量计远程诊断可以及时地将流量计的工作状况通知运行操作人员,从而对流量计进行有效监控,及时采取预防措施,降低计量故障的发生概率,提高运行效率,降低运营成本。（表3,图5,参6）