外径1422 mm X80管道低温整体式绝缘接头设计与制造关键技术

为了满足能源战略的需要,在中俄东线天然气管道工程中采用大口径(外径1 422 mm)、高压力(12 MPa)、高钢级(X80)管道进行超大输量天然气输送。随着管径、输送压力、钢级、设计系数的不断提高及环境温度的降低,管道整体式绝缘接头的设计制造难点成为研究重点。为此,通过对外径1 422 mm X80管道整体式绝缘接头的研制、高寒地区整体式绝缘接头关键技术的研究及大型水压+弯矩试验装置建造等技术创新,填补了国内空白,形成了外径1 422 mm X80管道低温整体式绝缘接头设计与制造成套技术与装备,对中俄东线天然气管道工程建设具有重要意义。(图5,表3,参20)     

管径1422mm的X80焊管断裂韧性指标北大核心

基于高压力、大口径、高钢级的中俄东线天然气管道断裂控制技术需求,研究了管径1 422 mm的X80焊管断裂韧性指标。为了防止焊管启裂,采用失效评估图技术,通过断裂力学分析,得出X80焊管的焊缝及热影响区夏比冲击功最小平均值为80 J;为了满足管道止裂要求,基于Battelle双曲线方法,并引入1.46倍系数修正,确定焊管母材的夏比冲击功最小平均值为245 J。通过对试制的管径1 422 mm的X80焊管进行冲击韧性测试和统计分析,结果表明其韧性水平整体较高,可以满足中俄东线天然气管道断裂韧性指标要求。     

管径1422mm的X80焊管断裂韧性指标

基于高压力、大口径、高钢级的中俄东线天然气管道断裂控制技术需求,研究了管径1 422 mm的X80焊管断裂韧性指标。为了防止焊管启裂,采用失效评估图技术,通过断裂力学分析,得出X80焊管的焊缝及热影响区夏比冲击功最小平均值为80 J;为了满足管道止裂要求,基于Battelle双曲线方法,并引入1.46倍系数修正,确定焊管母材的夏比冲击功最小平均值为245 J。通过对试制的管径1 422 mm的X80焊管进行冲击韧性测试和统计分析,结果表明其韧性水平整体较高,可以满足中俄东线天然气管道断裂韧性指标要求。     

大口径高压力复杂地形管道变形应力检测方法

中俄东线天然气管道具有超大口径、高钢级(X80)、高压力等级的特点,处于地质活跃的北部冻土与半冻土带,沿线易发生地质灾害,由此而来的非设计载荷会导致管道整体应力水平超过管道应变能力,给管道结构完整性与安全运行带来巨大挑战,采用高精度检测方法测量管道运行期间的应力是对管道进行安全评价的关键。针对中俄东线天然气管道的实际服役状况,在利用超声LCR波检测管道应力理论及方法的基础上,测量了超声LCR波在X80钢弹性变形及塑性变形中的传播时间,探究了超声LCR波在X80钢弹性变形及塑性变形中的传播规律。在中俄东线天然气管道投产运行之初,形成可靠适用的管道应力测量工程应用技术,为其今后运维中的安全评估提供了技术储备。(图5,参19)     

基于改进风险矩阵法的中俄东线高后果区风险评估

中俄东线天然气管道工程(黑河—长岭段)干线(简称中俄东线)是中国首条直径1 422 mm、X80M的大口径、高钢级输气管道,其沿线高后果区数量多、情况复杂且缺少可借鉴的工程数据。为了准确评价中俄东线风险,提出了一种改进的风险矩阵法,其采用定量分析方法确定了黑河—长岭段干线18个高后果区的失效可能性和失效后果等级,进而结合风险矩阵明确了中俄东线既定路由高后果区的风险等级为Ⅰ～Ⅱ级,风险水平可以接受,论证了目前管道路由的合理性。     

中俄东线水平连续冷弯管管道沉管下沟的可行性

为了保证全自动焊机的通过性,实现全自动连续焊接作业,采用连续冷弯管替代热煨弯管以达到等效转向效果,将直管道和冷弯管在沟上焊接完成后进行整体沉管下沟作业。管道在沉管下沟过程中会经历高应力状态,尤其对于带有水平连续冷弯管的管道,整体沉管下沟过程中的应力状态更加复杂,尚无施工先例。采用有限元方法分析了带水平连续冷弯管管道双侧单向沉管下沟的基本规律,分析了水平连续冷弯管管道沉管下沟后残余应力存在的原因、分布情况及影响因素,提出了水平连续冷弯管管道沉管下沟的可行性评判标准,并将其应用于中俄东线天然气管道进行论证。研究结果表明:中俄东线1422 mm×21.4 mm、1422 mm×25.7 mm、1422 mm×30.8 mm管道规格的水平连续冷弯管管道整体沉管下沟的施工方案可行。     

中俄东线OD 1422 mm埋地管道的断裂控制设计

中俄东线天然气管道是中国首条大口径OD 1 422 mm输气管道,途经东北严寒地区,钢级为X80、设计压力为12 MPa,其断裂控制设计是难点。结合断裂失效模式,明确了该工程断裂失效的控制原则。根据中俄东线管输天然气组份、管道壁厚、流变应力、运行温度及管沟回填等参数,采用断裂力学理论及相关模型计算了钢管焊缝和热影响区的起裂韧性、钢管管体止裂韧性以及环焊缝的起裂韧性,制定了中俄管道的钢管和环焊缝韧性指标。对比工程推荐采用的指标,该断裂韧性推荐指标在符合计算需求量的基础上,均有一定的裕量,能够满足管道的断裂控制要求。同时为了确保管道吊装下沟时环焊缝安全,对管道的韧脆转变温度和下沟温度下限值提出了建议。     

中俄东线天然气管道焊接消磁技术试验

长输管道在建设、改线或维抢修作业时,常会遇到管道对口处有磁偏吹现象,使得在焊接施工时,电弧发生偏离,导致焊接缺陷甚至无法焊接施工,严重影响了工程进度及管道的本质安全。中俄东线天然气管道工程采用1422 mm口径、X80钢级管道,以往所采用的消磁方法和消磁设备已无法满足其大口径、高钢级管道的消磁作业。通过分析管道剩磁的产生机理和影响因素,得到不同消磁方法对中俄东线管道的适用性。通过现场试验验证直流消磁法,分析直流消磁和直流焊机消磁的优缺点及工作参数,提出可行性建议。     

直径1422mm、压力12MPa、钢级X80管道输气方案可行性

为了满足超大输量天然气的输送工艺要求,采用大直径、高压力、高钢级管道是发展趋势。通过分析,对于300×108~500×108 m3/a输量要求,推荐采用直径1 422 mm、压力12 MPa、钢级X80管道输气方案。基于对相关钢厂、管厂、阀门厂和施工建设单位等30余家企业的深度调研,从板卷生产、宽厚板生产、螺旋管生产、直缝管生产、弯管及管件生产、阀门生产供应、运输能力等方面,论证了1 422 mm/12 MPa/X80方案的可行性,结果表明该方案总体可行。该方案可以减少输气管道的建设数量,节省建设时间,减少占地和投资,便于今后运营管理。(图4,表10,参7)     

现行设计系数对中俄东线OD 1422mm管道的适用性

中俄东线天然气管道工程是大口径(OD 1 422 mm)、高压力输气管道,涉及新工艺、新管材的应用,按照目前我国管道设计标准规定的设计系数确定的管道壁厚能否保证管道安全运行,是其设计过程中的技术难题之一。利用我国天然气管道可靠性设计与评价技术研究成果,结合中俄东线OD 1 422 mm管道途经地区等级、管材性能、建设及运行维护参数,依据现行设计系数计算得到中俄东线天然气管道工程的3种管道壁厚分别为21.4 mm、25.7 mm、30.8 mm。基于可靠性方法对管道失效概率进行计算分析,得到极端极限状态下管道失效概率分别为1.27×10~(-7)次/(km·a)、3.66×10~(-10)次/(km·a)、3.53×10~(-15)次/(km·a),均满足中俄东线天然气管道目标可靠度要求,表明按现有设计系数计算得到的管道壁厚对OD 1 422 mm管道设计是适用的,能够保障管道建成后安全平稳运行。     

低温环境机械防腐补口装备构成与施工工艺

针对中俄东线天然气管道工程北段的冬季防腐补口施工要求,通过材料低温力学性能分析、结构优化设计、低温试验、低温电子元器件优选、机械式温控、加热元件高低温交变及国内外低温补口材料对比分析等综合研究,研制了适用于-40℃低温环境的机械化防腐补口装备,制定了配套的机械化防腐补口工艺和施工方案。工程应用表明:低温机械化防腐补口装备与工艺有效保证了中俄东线试验段及北段管道工程的防腐补口质量和施工效率,日平均补口30道,一次合格率100%。积累了大口径管道低温环境下的防腐补口施工经验,可为中俄东线天然气管道工程中段及同类管道工程的防腐补口施工提供技术支撑。     

用控轧钢钢管制造弯管

控轧钢经加热到一定温度后,控轧效应将会明显降低,控轧钢原有的性能将无法保持,论述了用控轧钢钢管制作弯管的研究情况,通过试验室试验,制订了热制度和弯制工艺,并通过了生产厂家的生产性试验与验证,最终为陕京输气管道工程生产了２８００多根弯管,满足了管道建设需要。     

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。     

中俄输气管道技术方案研究

根据中俄输气管道工程可行性研究报告中的基础参数,通过对输气工艺的水力计算、X70和X80两种钢级用管壁厚计算以及投资对比分析,提出了未来中俄输气管道项目可采用的输送技术方案,并根据管道建设的需要,提出了当前应积极组织X80级管道钢应用研究的建议。     

寒冷地区输气管道站场保温设置模拟

中国寒冷地区输气管道站场日益增多,但对站场保温设置的重要性认识不足。为了保障站场运行安全,节约运行成本,开展了站场保温设置原则及必要性研究。通过模拟保温对停输管道温降的影响,分析了保温设置对维持管壁温度的效果;通过模拟保温对站内热损失的影响,分析了保温设置对节约运行成本的效果。研究结果表明:设置保温对维持停输后管壁温度、降低站内温降损失效果显著。提出以下原则:根据达到设计输量年限确定站场是否设置保温;加热设备选型需要充分考虑站内温降等工艺参数。该研究成果已在中国东北地区哈沈线、中俄东线等工程中应用,并可进一步指导后续同类工程的建设。     

西气东输工程隧道内管道施工新方法

目前我国正在建设的西气东输管道工程需要建设16条陆上隧道，确保隧道内管道施工的工程质量和及时完工是工程的关键。论述了西气东输管道工程在岩石和黄土隧道内施工中使用的最新方法，介绍了隧道内安装1016mm口径输气管道使用的自动焊接和自动起声检测技术，以及焊接辅助装置滚管机和锚固系统的设计和应用，施工经验可为同类型管道的施工提供参考。     

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。     

压气站场的空冷器设置方案

空冷器是压气站的重要工艺设备之一,具有保护输气管道安全、提高输气效率的功能。常用的空冷器设置方案有集中后空冷方案和单机后空冷方案,但对于输气管道压气站场,选择何种方案设置空冷器,在以往的设计文件中鲜有提及。对比了国内外相关标准规范对两种空冷器设置方案的规定,分析了两种空冷器设置方案的影响因素。以中俄东线输气管道为例,对两种空冷器的设置方案进行定性和定量分析,通过经济比选可知,单机后空冷方案略优,且控制更为灵活,为此确定中俄管道采用单机后空冷的设置方案。最后对空冷器设置方案提出建议,以供相关设计人员、运行单位参考。