中俄东线管道的无损检测方法及应用

对比分析了国内外标准规范规定的不同焊接方法对应的无损检测方法、比例及验收标准,收集分析了国外典型工程的做法,通过仿真模拟和现场试验验证推荐出了特殊焊缝的检测方法,最终确定出中俄东线黑河-长岭段干线管道的无损检测方法。对于大壁厚钢管连头和返修焊缝,可以采用100%(相控阵超声检测+超声波衍射时差法)+100%射线检测方法来确保缺陷的检出。对于不等壁厚对接自动焊环焊缝,其无法实现自动超声检测,建议采用100%(相控阵超声检测+超声波衍射时差法)+100%射线检测方法。

基于随机森林的中俄东线管道河沟道水毁灾害评估研究

为科学评估河沟道水毁灾害,以中俄东线管道河沟道水毁灾害数据为依据,研究河沟道水毁灾害的影响因素,采用随机森林算法,构建河沟道水毁灾害评估模型,并结合准确度和ROC曲线对其性能进行评价。研究结果表明:基于随机森林算法,模型训练采用7折交叉验证法,并采用网格搜索算法进行参数优化,优化后的模型准确率和泛化能力均较好(准确率80.95%,AUC值为0.89)。研究结果可为河沟道水毁灾害预防和治理提供辅助决策依据。

针对中俄东线高钢级大口径输气管道自动焊的设计提升

中俄东线天然气管道首次选用外径1422 mm、输送压力12 MPa、X80钢级的设计参数组合,并且首次全面采用自动焊施工。为了提高自动焊的焊接效率、保证焊接质量,从管道线路选线、管道敷设、材料及焊接等方面对设计方法和技术进行了改进与提升,重点针对管道路由选择、管道转向、管道穿越障碍物、线路用管技术条件、不等壁厚焊接坡口和管道可靠性校核等方面开展了相关技术研究。研究结果表明:①在线路选线原则上尽可能地保持线路走向顺直,坡度控制在12°以下;②在管道转向设计中,在空间允许范围内尽可能地使用大角度弹性敷设代替冷弯管和热煨弯管;③在穿越等级公路时,优先采用了新式盖板涵代替传统套管;④在管材方面,加强钢管不圆度等参数控制;⑤在焊接方面,采用新型不等壁厚内孔锥形焊接坡口;⑥在管道整体安全性方面,进行线路可靠性评价。结论认为,上述设计提升措施有效地提高了自动焊的施工效率和焊缝质量,使管道线路段的可靠性能够满足规范中的目标可靠度要求,在中俄东线的自动焊现场实施过程中取得了显著成效,可以为自动焊在后续工程中的全面应用提供技术支撑。

节能环保型无溶剂环氧减阻内涂层技术——以中俄东线天然气管道工程黑河—长岭段为例

天然气管道涂敷内减阻涂层可以减小涡流区、降低湍流程度、提高输送效率、降低压气站能耗及运行费用。目前国内的涂层以溶剂型涂料为主,溶剂型涂料含有大量挥发的有机溶剂(VOC),不但会对人体健康产生危害,而且还有可能对自然环境造成污染;而无溶剂涂料不含VOC,各项机械性能和耐化学介质性能都明显优于前者。为了克服无溶剂环氧脆性大、抗弯曲性能差、涂料黏度过高及施工难度大等缺点,从涂料改性和改进喷涂工艺参数两个方面进行了研究,并在中俄东线天然气管道工程试验段开展了验证试验。研究结果表明:①固化剂对涂层的抗弯曲性能影响较大,较之于改性酚醛胺和脂肪族多元胺固化剂,聚酰胺类对增强涂层的抗弯曲性能效果显著;②环氧树脂分子结构的支链越短、分子量越小,黏度越低;③涂层生产宜采用常温下黏度小于10 Pa·s的树脂原料,并添加适量的稀释剂;④涂层生产过程中钢管内壁粗糙度宜控制在30~50μm,喷涂温度控制在50~70℃,喷涂压力需大于5 MPa,涂层厚度控制在65~160μm,可更好的保证涂层满足工程需求;⑤在中俄东线天然气管道工程中,应用无溶剂环氧减阻内涂层的节能效果显著。结论认为,该研究成果解决了无溶剂环氧涂料的施工以及涂层性能较差的问题,可以为无溶剂环氧减阻内涂层的应用提供技术支持。

中俄东线大口径输气管道的投产气体运移规律及注氮量优化

中俄东线天然气管道是外径1 422 mm超大口径天然气管道在国内的首次应用,投产采用氮气作隔离、后续天然气置换的方式。为了进一步明确中俄东线天然气管道在投产过程中各气体的运移规律以及确定合理的注氮量,采用计算数值模拟的方法,建立了基于外径1 422 mm管道的组分输运模型,进行了基于投产实测数据的模型可靠性验证,分析了不同管径、不同初始氮气封存管容比、不同置换速度条件下的气体运移规律,得到了理论最优注氮管容比值。研究结果表明:①天然气置换时,重力因素不可忽略,与小口径管道天然气沿着管道中心线"锥进"不同,中俄东线天然气沿着管段的顶部突进;②天然气置换速度是影响气体运移规律的主要因素,置换速度越快,纯氮气管容比值越大,最终将趋于一个极大值,投产时应适当提高天然气置换速度;③在氮气封存压力为0.02 MPa的条件下,5 m/s、7 m/s、9m/s、15 m/s、30 m/s的天然气置换速度对应的理论最优注氮管容比值分别为7.60%、5.00%、4.50%、4.00%、4.00%。结论认为,该研究成果可为大口径天然气管道的安全、经济投产提供借鉴。

中俄东线天然气管道工程试验段二期智能工地建设探索

智能工地的建设基于信息化技术,其优势在于实现施工现场生产状态的远程监控,减少施工管理人员配置。结合中俄东线试验段二期第四标段智能化工地建设工程,首先简要介绍了智能工地建设需求、智能工地建设情况;而后较为详细地论述了现场WiFi组网、施工现场可视化、施工现场电子标签扫码互联、焊接过程数据存储及实时传输、防腐设备数据存储、施工助手的应用等工地智能化实施的过程,并重点对人员、设备、钢管号、焊口编号等的电子标签应用及焊接设备的数据存储与扫码枪进行了较为详细的介绍。

中俄东线天然气管道黑河首站计量系统管汇偏流分析

中俄东线天然气管道是目前国内输气量最大的跨国输气管道,黑河首站是该管道在我国境内的首座站场,设有跨国天然气贸易计量比对设施。该设施含有多路计量支路,各计量支路的流量分配不均,有可能影响计量结果的可靠性与准确性。为了避免黑河首站计量系统管汇的偏流问题,采用有限元的方法,对该计量系统进行了流场分析和模拟。研究结果表明:①基于有限元模拟进行计量系统管汇安装方案设计,较之于工程上通过各支路沿程摩阻平衡来避免偏流的设计方法,提升了设计的精细度和可信度;②黑河首站在设计工况下,“同侧进出”安装形式能更有效地避免计量系统管汇偏流现象,刷新了多支路管汇常采用“异侧进出”安装形式避免偏流的认知经验;③不同备用支路选择会对偏流效果产生影响,黑河首站“同侧进出”的安装形式中,第1、2支路备用时,偏流量最小;④基于分析结果确定了黑河首站计量系统的安装形式及推荐运行方案。结论认为,该研究成果有助于确保黑河首站比对计量系统的准确性、保障供需双方的经济利益,还可以为其他跨国天然气贸易计量比对系统管汇偏流问题的解决提供借鉴。

中俄天然气管道东线对目标市场的影响分析

中俄天然气管道东线的目标市场为我国东北、环渤海、长三角地区,由于各地区经济发展程度、资源禀赋、产业结构、区域位置不同,天然气发展程度差距较大。东北地区气源单一,气化进程较慢;环渤海地区气源多元,区域发展不平衡,季节性需求差距大;长三角地区气源多元,市场发展领先,价格承受能力较高。中俄天然气管道东线投产后对不同地区影响将有所不同,主要表现在:改变了东北地区的供应格局,拉低了环渤海地区资源供应成本,增加了长三角地区的气源竞争程度。对这些地区的影响存在共同点:提高了资源保障能力,增加了气源供应通道,推动了气化进程,增加了夏季资源富余程度。为了有效降低不利影响,应控制海外LNG资源采购成本,提前做好夏季富余资源流向处理方案,推进基础设施互联互通。

中俄东线天然气管道天然气质量分析与计量技术

天然气质量涉及在输送和使用过程中与安全卫生、环境保护以及经济利益相关指标的要求,而天然气计量则直接与购销双方天然气气量结算的金额有关。因此,天然气的质量分析和流量计量在天然气工业中具有重要的作用和意义。在跨国管道天然气贸易交接中,购销双方除了关注天然气价格以外,还会重点围绕天然气质量分析和流量计量开展技术谈判。为此,分析了中俄东线天然气管道技术谈判过程中所关注的天然气质量分析与流量计量技术问题,并从采用的方法标准、气质检测项目及其指标、流量计和辅助设施配置及其指标、取样口设置、在线分析仪器配置和分析及计量结果溯源性等关键技术方面进行了归纳和总结。研究结果表明:①明确了天然气质量分析与流量计量采标原则,使得在确定计量协议中的具体技术内容时有标可依;②确定了天然气质量分析中涉及的检测项目及其指标、取样口的设置、在线分析设备的配置、分析结果溯源性和保证措施,确保了其结果的准确性与可靠性;③确定了计量系统指标要求、计量管路布置、流量计量溯源性和保证措施,确保了天然气流量计量结果的准确性与可靠性。结论认为,该研究成果可以为未来我国跨国管道天然气计量站及国内大型天然气贸易交接计量站的建设和管理提供经验和借鉴。

徐六泾深槽稳定性对中俄东线天然气管道长江盾构隧道的影响分析

在长江口徐六泾节点河段修建中俄东线天然气管道工程长江盾构隧道,其河床演变规律、尤其是徐六泾深槽的稳定性是工程设计关注点之一。采用实测资料分析结合物理模型试验的方法研究了徐六泾深槽的稳定性及其对长江盾构隧道的影响。结果表明:徐六泾节点河段基本具备建设过江隧道的宏观河势条件,2001~2018年河段总体呈冲刷且以冲槽为主;徐六泾深槽存在进一步冲刷下切并向下游发展的趋势,且河床具备形成相当规模局部冲刷坑的条件,需从工程设计及运行维护等方面予以考虑;隧道设计最深点隧顶高程按-60.2 m控制基本合理。

冻融作用对中俄东线天然气管道工程过境段边坡影响

中俄东线天然气输送工程是目前国内输气量最大的跨国输气管道,确保该段工程的安全平稳运行,对保障天然气供需双方的经济利益具有重要意义。通过对中俄东线天然气管道工程过境段边坡的现场监测,监测了过境段边坡1年内的坡体温度与位移变化,然后结合数值模拟手段,分析了冻融作用对边坡稳定性的影响,得到结果:过境段边坡表面1.5 m深度以内的土体容易受冻融作用影响,过境段边坡在经历首次冻融循环作用后坡面位移最大可达30 mm;边坡安全系数随着冻融循环次数的增加不断减小至一个稳定值,过境段边坡安全系数最大值为2.96,最小值为2.5。研究结果可为中俄东线天然气管道工程过境段边坡安全运行维护工作及工程服役性能研究提供参考。

中俄天然气管线焊接工艺评定标准对比分析

对比分析了中俄东线管道工程穿越段焊接工艺评定用俄罗斯标准《西伯利亚力量焊接及无损检测技术要求,包括穿越地震断裂带》和中国企业标准Q/SYGD0503.12《中俄东线天然气管道工程技术规范第12部分:线路焊接》。分析认为:两国的焊接工艺评定标准在使用特点、焊接材料选择、坡口设计、评定准则、试件检验和验收要求等方面具有一定的差异;中国标准Q/SYGD0503.12侧重于探索和试验的研究积累,俄罗斯标准涵盖内容更为详细,要求更为严格,对中俄东线过境段控制性工程更具有针对和指导性。

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)

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。

油气管道全生命周期数据管理及其在中俄东线的应用

油气管道全生命周期数据管理是油气管道全生命周期完整性管理的基础,从数据模型构建、数字化移交标准、数字化移交接口开发、数据整合维护与分析应用几方面系统阐述了油气管道全生命周期数据管理技术的研究发展现状。结合中俄东线天然气管道数据管理需求,从数据内容扩充、数据组织结构优化两方面对PIDM数据模型进行优化升级,并在PIDM数据模型上增加了管道全生命周期各阶段数据的关联规则。制修订了CDP-G-OGP-IT-148—2019-1《油气管道设备设施运行数据规定》、Q/SY 05180.6—2019《管道完整性管理规范第6部分:数据采集》等系列标准规范,其中隐含了中俄东线天然气管道特有的业务要求和相应的数据规则。优化了管道完整性管理系统PIS功能:后台服务端扩展了矢量切片、WFS、Web Scene等先进GIS服务功能;前端开发了自定义制图、多语言支持、本地数据展示、共享视图、卷帘、时间轴、事件编辑器等丰富的数据展示、分析、维护功能。以上成果在中俄东线天然气管道北段取得了较好的实践应用效果。最后,提出了未来油气管道全生命周期数据管理急需解决的瓶颈问题。(图2,表2,参24)

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。

外径1422 mm、X80高钢级输气管道的消磁技术

油气管道组对焊接过程中,管端管口处经常存在着剩磁,当剩磁较大时易发生磁偏吹,有可能影响焊接施工进度和焊接质量。中俄东线天然气管道工程首次采用外径1 422 mm大口径、X80高钢级管道,现有的消磁方法和消磁设备对其适用性难以确定。为此,通过分析管道剩磁产生的机理,探讨了不同消磁技术的原理和优缺点,选取直流消磁技术开展现场试验,分析了国内外典型直流消磁设备的消磁能力,进而开展了磁感应强度对焊接影响、经验判断方法和空间分布规律试验。研究结果表明:①现有的直流消磁设备消磁能力差异较大,试验所选用的A型号直流消磁设备针对外径1 422 mm、X80管道最大消磁能力可达490 mT,并且具有电压补偿功能,消磁能力和稳定性较高,而其余设备的消磁能力则相对较弱,难以满足大口径、高钢级输气管道强磁力情况下的现场消磁需求;②直流焊机以及永磁铁等消磁方法的消磁能力较弱,可以作为在施工现场没有专用消磁设备时的一种备选消磁法,仅适用于磁感应强度较低、局部开展消磁的情况;③为了确保焊接质量,实际作业过程中,当管口剩磁小于5 mT时方可进行焊接作业,此时剩磁对焊接影响可忽略;④剩磁在管端轴向和周向上分布不均匀,现场消磁时需局部调整。结论认为,该研究成果可以为大口径、高钢级输气管道消磁及焊接作业提供支撑。

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

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环焊缝断裂韧性设计

现场环焊缝的断裂韧性是保障管道环焊缝安全的重要因素,中国管道环焊缝的断裂韧性主要参照钢管管体焊缝的韧性指标,缺乏理论计算和技术支撑。基于断裂力学原理,采用英国标准BS7910-2013《金属结构裂纹验收评定方法指南》中基于适用性分析的工程临界评估方法,针对中俄东线天然气管道设计工况,通过环焊缝的应力水平和容许极限缺欠尺寸分析,计算得到能够保证焊缝不开裂的临界断裂韧性指标,并结合现行国内外相关标准的规定值,确定中俄东线天然气管道工程的环焊缝冲击功每组3个试样的平均吸收能应为50 J,单个试样的最小吸收能应为38 J。在保证管道环焊缝安全的前提下,降低了现场施工难度,并为今后类似工程环焊缝冲击功的确定提供了指导和借鉴。