中國(guó)油氣管道技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)分析

辛艷萍

中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院油氣工程學(xué)院, 山東 東營(yíng) 257061

0 前言

目前，中國(guó)已建成了“三縱四橫、連通海外、覆蓋全國(guó)”的大型油氣管網(wǎng)。截至2019年底,我國(guó)長(zhǎng)輸油氣管道總里程13.52×104km,覆蓋全國(guó)32個(gè)省區(qū)市,年輸石油約3.5×108t、天然氣約1 500×108m3。

近年來(lái),中國(guó)的油氣管道技術(shù)貫徹業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)的科技發(fā)展戰(zhàn)略,建立了以工程設(shè)計(jì)施工、材料與裝備、油氣管道輸送工藝、運(yùn)行維護(hù)等領(lǐng)域?yàn)楹诵牡募夹g(shù)體系,對(duì)國(guó)內(nèi)油氣管道技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析,可以為油氣管道主營(yíng)業(yè)務(wù)發(fā)展提供有效借鑒。

1 工程設(shè)計(jì)施工技術(shù)

隨著中國(guó)油氣管道業(yè)務(wù)快速發(fā)展,在管道設(shè)計(jì)、管道施工等方面的部分關(guān)鍵技術(shù)引領(lǐng)了世界管道科技水平的進(jìn)步[1]。

1.1 油氣管道設(shè)計(jì)技術(shù)

1.1.1 基于應(yīng)變的管道設(shè)計(jì)方法

基于應(yīng)變的管道設(shè)計(jì)方法的關(guān)鍵是確定管道在地震、地質(zhì)災(zāi)害中承受的應(yīng)變及管道本身所能承受的應(yīng)變極限。在設(shè)計(jì)應(yīng)變的確定方面目前國(guó)內(nèi)外采用的計(jì)算模型和方法類(lèi)似,在容許應(yīng)變上多引用國(guó)外的研究成果[2-5]。該方法主要在地震區(qū)、活動(dòng)斷裂帶、礦山采空區(qū)等區(qū)段進(jìn)行應(yīng)用,包括西二線、西三線、中緬等,解決了工程技術(shù)難題,推動(dòng)了大應(yīng)變鋼管的研發(fā)和應(yīng)用[6]。

1.1.2 基于可靠性的管道設(shè)計(jì)技術(shù)

基于可靠性管道設(shè)計(jì)技術(shù)是一種極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)方法,關(guān)鍵是對(duì)不同管道極限狀態(tài)下的荷載和抗力不確定因素進(jìn)行定量分析計(jì)算[7]。該技術(shù)針對(duì)管道實(shí)際的失效形式進(jìn)行設(shè)計(jì),以最小的成本達(dá)到既定的安全目標(biāo),并已在西二線典型地段的可靠性評(píng)估、中俄Φ 1 422 mm管道的設(shè)計(jì)和校核中進(jìn)行應(yīng)用。

1.2 油氣管道施工技術(shù)

1.2.1 高鋼級(jí)管道焊接技術(shù)及裝備

管道自動(dòng)焊具有焊接速度快、焊接質(zhì)量好、一次焊接合格率高、降低焊工的勞動(dòng)強(qiáng)度等優(yōu)勢(shì)[8]。中國(guó)開(kāi)發(fā)的CPP 900系列自動(dòng)焊接裝備,包括管道坡口機(jī)、內(nèi)環(huán)縫自動(dòng)焊機(jī)、單/雙焊炬管道全位置自動(dòng)焊機(jī)、激光/電弧復(fù)合管道全位置自動(dòng)焊裝備等,逐漸取代了進(jìn)口裝備,并引領(lǐng)了國(guó)內(nèi)自動(dòng)焊技術(shù)發(fā)展方向。

1.2.2 機(jī)械化補(bǔ)口技術(shù)及裝備

機(jī)械化補(bǔ)口技術(shù)主要包括熱收縮帶補(bǔ)口技術(shù)、液態(tài)聚氨酯補(bǔ)口技術(shù)。

熱收縮帶補(bǔ)口技術(shù)機(jī)械化設(shè)備一般由自動(dòng)除銹設(shè)備、中頻加熱設(shè)備與紅外加熱設(shè)備組成,該技術(shù)具有效率高、除銹均勻無(wú)遺漏、加熱溫度均勻一致、熱收縮帶收縮一致等優(yōu)勢(shì)[9]。

液體聚氨酯機(jī)械化補(bǔ)口裝備由自動(dòng)除銹設(shè)備、中頻加熱設(shè)備和自動(dòng)噴涂設(shè)備組成。主要用于長(zhǎng)輸油氣管道現(xiàn)場(chǎng)防腐補(bǔ)口施工時(shí)的液體聚氨酯涂料噴涂。

1.2.3 非開(kāi)挖穿越技術(shù)及裝備

非開(kāi)挖穿越技術(shù)方面已形成了以水平定向鉆穿越為主、盾構(gòu)為輔、頂管穿越為補(bǔ)充的非開(kāi)挖穿越整體解決方案。目前國(guó)內(nèi)水平定向鉆穿越最長(zhǎng)穿越距離達(dá) 3 500 m,最大施工管徑為1 219 mm,管徑1 016 mm的最長(zhǎng)施工長(zhǎng)度達(dá)到2 700 m。

1.3 工程設(shè)計(jì)施工技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

目前,中國(guó)已具備了建設(shè)12 MPa、300×108m3/a、X 80 鋼級(jí)、直徑1 219/1 422 mm的長(zhǎng)距離管道技術(shù)能力,有效保障了國(guó)家油氣戰(zhàn)略通道的建設(shè)。面對(duì)管道業(yè)務(wù)發(fā)展形勢(shì),今后工程設(shè)計(jì)施工領(lǐng)域應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下幾方面的科技攻關(guān):一是智能化設(shè)計(jì)、智慧工地等技術(shù)在管道建設(shè)中的應(yīng)用；二是新型焊接技術(shù)、新型施工裝備研發(fā)與應(yīng)用、特殊環(huán)境施工技術(shù)及設(shè)備；三是管道建設(shè)的本質(zhì)安全技術(shù)研究及應(yīng)用。

2 材料與裝備技術(shù)

根據(jù)國(guó)家相關(guān)政策的要求以及管道業(yè)務(wù)發(fā)展的迫切需要,中國(guó)在材料與裝備領(lǐng)域開(kāi)展國(guó)產(chǎn)化技術(shù)攻關(guān),實(shí)現(xiàn)了高鋼級(jí)管線鋼及鋼管、管道關(guān)鍵裝備的國(guó)產(chǎn)化,顯著降低了管道建設(shè)成本。

2.1 高鋼級(jí)管線鋼研發(fā)與應(yīng)用技術(shù)

目前，國(guó)外陸上油品管道主要采用X 65及以下管線鋼,長(zhǎng)輸天然氣管道以X 70和X 80管線鋼為主。X 80管線鋼是日本、歐洲、北美批量生產(chǎn)并正式投入使用的管線鋼的最高鋼級(jí)[10]。2000年前，中國(guó)長(zhǎng)輸管道主要采用X 65鋼級(jí)以下管線鋼,隨著西一線、西二線的建設(shè),X 70和X 80高鋼級(jí)管線鋼技術(shù)得到了快速發(fā)展。

2.1.1 X 80管線鋼研發(fā)與應(yīng)用技術(shù)

X 80管線鋼斷裂控制技術(shù)方面:已經(jīng)建立了X 80管線鋼全尺寸氣體爆破實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù),解決了高壓大口徑(Φ 1 219 mm及Φ 1 422 mm)高鋼級(jí)管線鋼的止裂韌性預(yù)測(cè)難題。

X 80管線鋼關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)方面,確定了X 80管線鋼強(qiáng)度的測(cè)試方法及要求,提出了熱煨彎管和管件的化學(xué)成分及強(qiáng)韌性控制指標(biāo)。

中國(guó)先后建設(shè)了西二線、中貴線、西三線、陜四線、中俄東線等X 80天然氣管線,X 80管線鋼逐漸成為現(xiàn)代長(zhǎng)距離輸氣干線管道的首選管材。

2.1.2 X 90/X 100管線鋼研發(fā)與應(yīng)用技術(shù)

X 90/X 100管線鋼關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面:中國(guó)首先提出了基于止裂器的X 100管線鋼以及基于止裂概率X 90管線鋼的斷裂控制方案,開(kāi)展了X 90直縫焊管及螺旋焊管全尺寸爆破試驗(yàn),填補(bǔ)了國(guó)際空白。

X 90管線鋼現(xiàn)場(chǎng)焊接及施工技術(shù)方面:開(kāi)發(fā)了 X 90/X 100 管線鋼焊管專用焊材以及環(huán)焊縫自保護(hù)藥芯焊絲,形成了X 90/X 100管線鋼焊接工藝及評(píng)價(jià)技術(shù)、施工配套技術(shù),已基本具備開(kāi)展X 90管線鋼試驗(yàn)段工程的條件。

2.2 管道關(guān)鍵裝備國(guó)產(chǎn)化技術(shù)

中國(guó)石油企業(yè)組織開(kāi)展了20 MW電驅(qū)壓縮機(jī)組、30 MW 燃驅(qū)壓縮機(jī)組、大功率輸油泵機(jī)組、關(guān)鍵閥門(mén)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、流量計(jì)、非標(biāo)裝備等油氣管道關(guān)鍵裝備的研制,已經(jīng)形成了嚴(yán)格完整的管道關(guān)鍵裝備國(guó)產(chǎn)化工作方法。

目前,油氣管道關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率超過(guò)90%，壓縮機(jī)組、輸油泵機(jī)組等國(guó)產(chǎn)化設(shè)備已在西一線、西二線、慶鐵四線等工程得到應(yīng)用。

2.3 材料與裝備技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

總體來(lái)看,中國(guó)的高鋼級(jí)管材開(kāi)發(fā)與應(yīng)用技術(shù)已走在世界前列,但設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行可靠性、設(shè)備維護(hù)等方面與國(guó)外存在差距。未來(lái)管道材料與裝備技術(shù)的發(fā)展方向主要有:大口徑高鋼級(jí)管材及管件的研發(fā)與應(yīng)用;燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力渦輪、輸油管道強(qiáng)制密封閥、刮板流量計(jì)及輸氣管道孔板流量計(jì)等關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化研制;提升管道設(shè)備信息化、智能化水平,建設(shè)管道在線設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng),完善管道設(shè)備故障庫(kù)等。

3 油氣管道輸送工藝

中國(guó)針對(duì)油氣輸送與工藝技術(shù)領(lǐng)域面臨的實(shí)際問(wèn)題開(kāi)展技術(shù)攻關(guān),在易凝高黏原油管道輸送、油氣管道仿真優(yōu)化等方面形成了系列技術(shù)成果,有效保障了油氣管道的高效輸送。

3.1 易凝高黏原油管道輸送技術(shù)

通過(guò)科研攻關(guān),中國(guó)形成了多項(xiàng)易凝高黏原油管道輸送技術(shù)體系,發(fā)明了新型納米降凝劑,降凝幅度比國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品提高66%;掌握了冷熱油交替輸送、停輸再啟動(dòng)、投產(chǎn)等非穩(wěn)態(tài)工況模擬技術(shù),溫度計(jì)算誤差小于2 ℃;實(shí)現(xiàn)了不同管道在多油品、多分輸、多點(diǎn)注入等輸送要求下,在25%～110%設(shè)計(jì)輸量范圍內(nèi)安全、高效運(yùn)行,奠定了中國(guó)油氣管道輸送技術(shù)的國(guó)際先進(jìn)地位。

3.2 油氣管網(wǎng)仿真與優(yōu)化技術(shù)

油氣管網(wǎng)仿真與優(yōu)化技術(shù)是支撐油氣管網(wǎng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行方案優(yōu)化與調(diào)度等業(yè)務(wù)的核心技術(shù),通過(guò)管道全線的水力、熱力計(jì)算以及設(shè)備的工況計(jì)算,模擬油氣介質(zhì)在真實(shí)管道中的流動(dòng)狀態(tài)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),在此基礎(chǔ)上,綜合考慮油氣管網(wǎng)資源市場(chǎng)情況以及管輸能力等條件,建立油氣管道運(yùn)行優(yōu)化數(shù)學(xué)模型,采用運(yùn)籌學(xué)方法得到最優(yōu)運(yùn)行方案,保障油氣管道經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行[11]。

油氣管道(網(wǎng))運(yùn)行優(yōu)化技術(shù)難度較大,各國(guó)在理論層面的研究更多,成熟的優(yōu)化軟件產(chǎn)品則較少,主要依托具體問(wèn)題定制優(yōu)化產(chǎn)品。

經(jīng)過(guò)持續(xù)攻關(guān),中國(guó)天然氣瞬態(tài)仿真與管網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行優(yōu)化技術(shù)與國(guó)外技術(shù)水平相當(dāng),穩(wěn)態(tài)優(yōu)化技術(shù)在管網(wǎng)結(jié)構(gòu)適應(yīng)性上更具優(yōu)勢(shì);但在管網(wǎng)在線仿真和非穩(wěn)態(tài)優(yōu)化研究上與國(guó)外差距較大,仍處于起步階段。

3.3 管道輸送工藝發(fā)展趨勢(shì)

中國(guó)的易凝高黏原油管道輸送等技術(shù)已達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平,但成品油順序輸送、仿真優(yōu)化、低碳管理等技術(shù)與國(guó)外存在一定差距。結(jié)合生產(chǎn)需求,需要圍繞兩方面開(kāi)展攻關(guān):一是研發(fā)基于大型系統(tǒng)、多目標(biāo)和在線數(shù)據(jù)的管網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化技術(shù),實(shí)現(xiàn)天然氣管網(wǎng)節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行;二是研究成品油界面檢測(cè)與跟蹤技術(shù),掌握油品質(zhì)量衰減規(guī)律,突破成品油質(zhì)量控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)多品種、多批次油品順序輸送。

4 油氣管道運(yùn)行維護(hù)技術(shù)

油氣管道運(yùn)行維護(hù)方面,中國(guó)已形成了完整性管理、腐蝕防護(hù)、管網(wǎng)系統(tǒng)可靠性等系列成果,部分技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,推動(dòng)了油氣管道運(yùn)行維護(hù)技術(shù)進(jìn)步。

4.1 完整性管理技術(shù)

4.1.1 管道缺陷檢測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)

管道缺陷檢測(cè)評(píng)價(jià)目的是判定管道缺陷,降低管道的安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。主要技術(shù)包括內(nèi)檢測(cè)技術(shù)和評(píng)價(jià)技術(shù)。

內(nèi)檢測(cè)技術(shù)包括管道檢測(cè)器研發(fā)及特征識(shí)別判定技術(shù)，具體包括幾何變形檢測(cè)、漏磁檢測(cè)、超聲測(cè)厚、超聲裂紋、電磁超聲、慣性測(cè)繪內(nèi)檢測(cè)器研發(fā);環(huán)焊縫缺陷、螺旋焊縫缺陷與金屬損失相關(guān)凹陷等特殊缺陷識(shí)別判定等。

評(píng)價(jià)技術(shù)包括評(píng)估模型選用、輸入?yún)?shù)處理選取等,具體包括凹陷與橢圓變形等幾何變形缺陷,腐蝕與劃痕等體積型缺陷,裂紋與類(lèi)裂紋等平面型缺陷,以及環(huán)焊縫缺陷、螺旋焊縫缺陷、直焊縫缺陷等。

目前中國(guó)在變形、漏磁、慣性測(cè)繪內(nèi)檢測(cè)器研發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域較成熟,在環(huán)焊縫缺陷、螺旋焊縫缺陷識(shí)別判定技術(shù)領(lǐng)域取得重大突破,但在超聲測(cè)厚、超聲裂紋、電磁超聲技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域還存在差距。

4.1.2 油氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)

油氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)是通過(guò)識(shí)別管道系統(tǒng)安全運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)因素,評(píng)價(jià)事故發(fā)生的可能性和后果,提出風(fēng)險(xiǎn)減緩和風(fēng)險(xiǎn)控制的建議措施。包括半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)、定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)。

半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)包括管道風(fēng)險(xiǎn)致因機(jī)理、半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)模型和指標(biāo)體系。與國(guó)際領(lǐng)先的哥倫比亞管道集團(tuán)PVI動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)對(duì)比,目前中國(guó)側(cè)重于評(píng)估典型時(shí)間點(diǎn)靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn),還不能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、主動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)警。

定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)核心包括失效庫(kù)及失效概率計(jì)算模型、油氣管道危害評(píng)估模型、個(gè)人及社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型。中國(guó)的定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)與TNO、DNV等企業(yè)對(duì)比,缺乏管道失效數(shù)據(jù)庫(kù)的支撐,管道失效后果復(fù)雜建模研究與驗(yàn)證不足,管道線路風(fēng)險(xiǎn)可接受準(zhǔn)則難題還未解決。

4.2 管道安全監(jiān)測(cè)技術(shù)

泄漏是管道失效的最直接后果,也是污染、火災(zāi)等次生災(zāi)害演變的直接原因。對(duì)泄漏事故后果和致災(zāi)因素的及時(shí)報(bào)警和準(zhǔn)確定位,是管道運(yùn)行企業(yè)實(shí)現(xiàn)“安全高效”的直接訴求。

4.2.1 管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)

目前，中國(guó)已形成負(fù)壓波、音波、流量平衡等多種管道泄漏?，F(xiàn)有泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)打孔盜油等突發(fā)事件的檢測(cè)效果明顯。

Enbridge公司認(rèn)為小于5%的泄漏，現(xiàn)有技術(shù)難以監(jiān)測(cè),基于壓力檢測(cè)的泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)的靈敏度基本達(dá)到現(xiàn)有理論的合理邊界,需要通過(guò)技術(shù)、管理和人等多種手段來(lái)解決泄漏監(jiān)測(cè)問(wèn)題。對(duì)于1%以下的小泄漏、緩慢泄漏需要進(jìn)行理論創(chuàng)新。目前來(lái)看主要是運(yùn)用主動(dòng)激勵(lì)式泄漏監(jiān)測(cè),不斷提高油管道泄漏檢測(cè)靈敏度;通過(guò)大數(shù)據(jù)融合判斷提高報(bào)警準(zhǔn)確率,不斷滿足生產(chǎn)需求。

4.2.2 光纖安全預(yù)警技術(shù)

光纖安全預(yù)警技術(shù)是利用管道同溝敷設(shè)的光纜,采用分布式光纖傳感技術(shù)監(jiān)測(cè)管道沿線第三方施工情況,實(shí)現(xiàn)第三方施工風(fēng)險(xiǎn)防控,變被動(dòng)巡線為主動(dòng)巡線。

國(guó)外管道安全預(yù)警主要通過(guò)管道沿線振動(dòng)信號(hào)的監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)第三方施工的預(yù)警。管道沿線人為活動(dòng)少,報(bào)警信息主要依靠現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn),事件識(shí)別方面還停留在簡(jiǎn)單環(huán)境的分類(lèi)研究水平。

中國(guó)管道沿線環(huán)境復(fù)雜,第三方活動(dòng)頻繁,需要進(jìn)行復(fù)雜的事件識(shí)別和分類(lèi)。簡(jiǎn)單環(huán)境的智能識(shí)別已基本成熟,正在開(kāi)展不同地理環(huán)境、公鐵路穿越等強(qiáng)背景噪聲下的復(fù)雜環(huán)境智能識(shí)別。

4.2.3 管道地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)

管道地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)集風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)、防護(hù)為一體,可對(duì)管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理,提出監(jiān)測(cè)預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)減緩措施。

國(guó)外對(duì)地質(zhì)災(zāi)害主要采取避讓措施,防護(hù)工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較高。監(jiān)測(cè)預(yù)警方面廣泛采用衛(wèi)星遙感、無(wú)人機(jī)、自動(dòng)測(cè)量等技術(shù)進(jìn)行區(qū)域性地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè),預(yù)警準(zhǔn)確性高。風(fēng)險(xiǎn)管理方面國(guó)外很早就由成災(zāi)機(jī)理向風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方向轉(zhuǎn)變,評(píng)價(jià)水平也由定性向半定量、定量發(fā)展,定量化水平不斷提高。

中國(guó)管道多為穿越地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū),為滿足標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì),工程防護(hù)水平較低。災(zāi)害的識(shí)別主要依靠人工勘察,監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化水平較低,監(jiān)測(cè)精度和預(yù)警準(zhǔn)確度不夠。風(fēng)險(xiǎn)管理方面近十年才起步,半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)與國(guó)際水平一致,但定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)水平較低,在評(píng)價(jià)模型、發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)等方面還需提高。

4.3 管道維搶修技術(shù)方面

管道修復(fù)是指對(duì)破損管道采取各種技術(shù)使其恢復(fù)正常承載能力，并經(jīng)濟(jì)、高效、快捷地恢復(fù)管道運(yùn)行,對(duì)管輸安全具有重要意義。

4.3.1 高鋼級(jí)管道自動(dòng)焊修復(fù)技術(shù)

中國(guó)依據(jù)中俄東線生產(chǎn)需求,開(kāi)發(fā)X 70、X 80高鋼級(jí)大口徑管道的B型套筒自動(dòng)焊接修復(fù)技術(shù),解決高鋼級(jí)管道焊接技術(shù)難題。

4.3.2 復(fù)合材料修復(fù)技術(shù)

采用濕法纏繞碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維布的方法實(shí)現(xiàn)管道缺陷補(bǔ)強(qiáng)。該方法作業(yè)快速,費(fèi)用低,無(wú)需動(dòng)火。

4.3.3 復(fù)合鋼制內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)

中國(guó)自主研發(fā)的內(nèi)襯鋼制套筒,外纏復(fù)合材料,將套筒結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、抗彎曲性能好的優(yōu)點(diǎn)與復(fù)合材料能夠改善承載能力、耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái),達(dá)到1+1>2的修復(fù)效果。

4.4 管道腐蝕與防護(hù)技術(shù)

針對(duì)管道服役過(guò)程中的腐蝕風(fēng)險(xiǎn),目前中國(guó)的防護(hù)控制技術(shù)體系包括如下關(guān)鍵技術(shù)。

4.4.1 防腐材料/涂層檢測(cè)評(píng)價(jià)與修復(fù)技術(shù)

管道防腐層應(yīng)用及檢測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)方面,中國(guó)與國(guó)際水平基本一致,但國(guó)外在外防腐層類(lèi)型選擇上多樣化,中國(guó)3 PE防腐層占絕大多數(shù)(約85%)。

防腐層修復(fù)方面,中國(guó)技術(shù)較國(guó)外更加成熟,形成了一套完善的在役管道不停輸防腐保溫層修復(fù)技術(shù)。

4.4.2 陰極保護(hù)檢測(cè)評(píng)價(jià)與模擬技術(shù)

通過(guò)引進(jìn)吸收和自主攻關(guān),中國(guó)的陰極保護(hù)檢測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)已實(shí)現(xiàn)跨越式進(jìn)步:從早期的“通電電位評(píng)價(jià)”到“斷電電位評(píng)價(jià)”，再到近年來(lái)推行的“試片法評(píng)價(jià)”,檢測(cè)評(píng)價(jià)水平穩(wěn)步提升。

4.4.3 雜散電流檢測(cè)評(píng)價(jià)與減緩

雜散電流是指正常管道陰極保護(hù)電流之外其他電流總稱,可導(dǎo)致管道腐蝕加劇。

目前,中國(guó)已經(jīng)建立相對(duì)完善的雜散電流檢測(cè)評(píng)價(jià)和減緩技術(shù)體系,包含雜散電流干擾危害評(píng)價(jià)、同步檢測(cè)技術(shù)、頻譜分析技術(shù)等，為港棗線、新大線等近萬(wàn)公里管道和100多個(gè)站場(chǎng)雜散電流檢測(cè)評(píng)價(jià)提供了技術(shù)支持。

4.4.4 管道內(nèi)腐蝕防護(hù)技術(shù)

中國(guó)對(duì)長(zhǎng)輸管道內(nèi)腐蝕研究起步較晚,在內(nèi)腐蝕控制指標(biāo)、監(jiān)測(cè)和檢測(cè)、內(nèi)腐蝕直接評(píng)價(jià)等方面需要深入研究。

近年來(lái),隨著中國(guó)油氣管道快速發(fā)展,管道腐蝕控制和管理技術(shù)進(jìn)步迅速,在高壓直流干擾評(píng)價(jià)與緩解技術(shù)、陰極保護(hù)試片法技術(shù)、地鐵雜散電流控制方面已經(jīng)逐漸顯現(xiàn)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

4.5 管網(wǎng)系統(tǒng)可靠性技術(shù)

管網(wǎng)系統(tǒng)可靠性是指管網(wǎng)系統(tǒng)在規(guī)定運(yùn)行條件和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定輸送任務(wù)的能力,通過(guò)統(tǒng)籌考慮管網(wǎng)物理系統(tǒng)、資源供應(yīng)及市場(chǎng)需求,對(duì)管網(wǎng)安全性進(jìn)行量化評(píng)價(jià),以系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)為最終目標(biāo),實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)可靠運(yùn)行[12]。通過(guò)建立滿足復(fù)雜天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)特點(diǎn)的物理管網(wǎng)分布式可靠度階梯計(jì)算模型,在給定工況條件下,通過(guò)仿真對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行拆解,由可獲取基本數(shù)據(jù)的最底層單元可靠度計(jì)算開(kāi)始,向上逐級(jí)獲得管網(wǎng)系統(tǒng)及任意子系統(tǒng)(即管線系統(tǒng)和站場(chǎng)系統(tǒng))的可靠度。

目前,國(guó)外管道可靠性研究偏重于單元層面,主要表現(xiàn)為單條管線、站場(chǎng)設(shè)備和管道本體的可靠性研究,評(píng)價(jià)方法較成熟,已應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐,并取得顯著效果。

中國(guó)針對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)層面的可靠性研究處于世界前沿,研究?jī)?nèi)容涉及管道運(yùn)行本質(zhì)安全、供氣能力及經(jīng)濟(jì)性分析,建立了可靠性管理體系框架,有待進(jìn)一步完善及推廣應(yīng)用。

4.6 管道運(yùn)行維護(hù)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

總體來(lái)看,中國(guó)的管道完整性管理、安全監(jiān)測(cè)、腐蝕防護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)基本與國(guó)外同步。結(jié)合生產(chǎn)需求,需要圍繞以下方面開(kāi)展攻關(guān):發(fā)展管道焊縫裂紋缺陷、管道應(yīng)力在線檢測(cè)技術(shù)與裝備,提升焊縫缺陷的檢測(cè)評(píng)價(jià)水平;降低誤報(bào)漏報(bào)率,攻關(guān)天然氣泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)難題[13-16];開(kāi)展大型天然氣管網(wǎng)可靠性研究,建立系統(tǒng)目標(biāo)可靠度確定方法及系統(tǒng)可靠性增強(qiáng)理論,推動(dòng)管網(wǎng)系統(tǒng)可靠性技術(shù)工程應(yīng)用和智慧管網(wǎng)建設(shè)[17-20]。

5 結(jié)論

1)根據(jù)國(guó)家《中長(zhǎng)期油氣管網(wǎng)規(guī)劃》,到2025年中國(guó)油氣管網(wǎng)將達(dá)24×104km,然而現(xiàn)有油氣管道工程建設(shè)能力和速度與國(guó)家要求尚不匹配,工程建設(shè)質(zhì)量有待進(jìn)一步提升。

國(guó)際政治形勢(shì)多變,中美貿(mào)易摩擦等問(wèn)題的長(zhǎng)期性和復(fù)雜性對(duì)中國(guó)國(guó)內(nèi)技術(shù)造成很大沖擊,部分核心技術(shù)和裝備存在“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn),影響能源供應(yīng)安全,實(shí)現(xiàn)管道核心技術(shù)和裝備的自主研發(fā)已刻不容緩。

隨著中緬、泰青威等大口徑天然氣管道環(huán)焊縫開(kāi)裂失效事故的發(fā)生,環(huán)焊縫質(zhì)量隱患對(duì)管道安全運(yùn)行造成的風(fēng)險(xiǎn)凸顯,管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和修護(hù)技術(shù)等方面依然存在諸多瓶頸問(wèn)題,嚴(yán)重制約油氣管道本體安全水平的提升。

2)綜合分析當(dāng)前我國(guó)油氣管道科技面臨的形勢(shì)及問(wèn)題,今后需要在油氣管道設(shè)計(jì)施工技術(shù)、油氣管道生產(chǎn)運(yùn)行技術(shù)、管道環(huán)焊縫隱患排查與風(fēng)險(xiǎn)管控技術(shù)、智慧管網(wǎng)建設(shè)運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)等四個(gè)研發(fā)方向進(jìn)行重點(diǎn)攻關(guān)部署。一是從源頭提升油氣管道的建設(shè)能力和質(zhì)量。二是組織技術(shù)攻關(guān),實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)自主、可控,提升油氣管道生產(chǎn)運(yùn)行可靠性水平,保障管網(wǎng)的運(yùn)行安全和效益。三是持續(xù)開(kāi)展環(huán)焊縫缺陷內(nèi)檢測(cè)、應(yīng)力應(yīng)變檢測(cè)、安全評(píng)價(jià)、在線修復(fù)等方面的研究,提升管道本質(zhì)安全。四是推動(dòng)人工智能與管道業(yè)務(wù)的發(fā)展融合,形成智慧管網(wǎng)建設(shè)與運(yùn)行成套技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn),保障“智慧管網(wǎng)”建設(shè)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。