中俄管道(漠河-乌尔其段)多年冻土环境工程地质区划和评价

在汇总大量勘察资料的基础上,充分考虑冻土区输油管道工程的特点,以及管道与冻土之间的相互作用和过程,重点阐述中俄输油管道沿线多年冻土环境工程地质条件,确定出中俄管道沿线冻土环境工程地质区划原则和指标。按不同类型多年冻土的区域分布规律及面积比率,并考虑地温、厚度及植被变化等特征,分成4个冻土工程地质区,即漠河—瓦拉干片状冻土区、瓦拉干—劲松大片融区的多年冻土区、劲松—加格达奇岛状多年冻土区和加格达奇—乌尔其零星多年冻土区。然后按多年冻土含冰(水)量类别,并兼顾土层冻胀、融沉分类级别,又在4个区内共划分出151个冻土类别地段,依次按区分级进行评价,最后将这151个地段归纳为4种类型的工程地质地段:良好、较好、不良、极差。

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。

中俄原油管道漠大线冻土稳定性评价

中俄原油管道工程北起我国漠河,南到大庆,管道工程穿越大兴安岭多年冻土区和南部松嫩平原的季节冻土区。管道沿线冻土属于高温、高含冰冻土,土体稳定性差,对管道的灾害性评价具有一定的必要性。该文选取管道沿线松岭、加格达奇和喇嘛甸3个冻土区,将自然环境、冻土状况及管道扰动因素作为评价指标,运用可变模糊集对立统一定理的评价方法,进行多年冻土及季节冻土冻害破坏的稳定性评价。通过分析评价,松岭区为大片融区多年冻土,评价的计算值为3.41,属于Ⅲ级冻土,稳定性为不良;加格达奇为岛状多年冻土,计算结果为2.468,为Ⅱ级冻土,稳定性较好;喇嘛甸是管道沿线季节冻土区,土体受盐渍灾害影响,评价值为3.254,等级为Ⅲ级,为不良冻土。

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。

中俄原油管道漠大线运营后面临一些冻害问题及防治措施建议

基于世界上几条多年冻土区修建输油气管道的经验,结合我国境内的中俄原油管道漠河-大庆段(漠大线)现场调查、油温监测和探地雷达等勘察结果,研究漠大线运营后可能面临的主要冻害问题、形成过程、影响因素、成灾机制、管道影响,提出预防和防治措施建议及进一步需要研究的主要问题。研究发现,目前漠大线面临的主要冻害问题包括融沉、冻胀丘、冰椎、冻土斜坡、冰刨蚀和潜在冻胀等,在管道持续运行和环境条件改变下,这些冻融灾害可能对管道造成一定的不利影响甚至破坏。现场油温监测显示,在2011年和2012年最低和最高油温分别为0.42℃和16.2℃,全年的正油温运行是造成目前管道周围冻土融沉的主要原因。冬季部分地段出现的冻胀丘、冰椎以及浮冰对管道形成一定的潜在威胁。研究成果为中俄原油管道漠大线以及规划建设的中俄原油管道二线、中俄输气管道、格尔木-拉萨输油管道改造工程以及其他多年冻土区输油气管道设计、施工、运营和维护提供参考和依据。

中俄原油管道沿线多年冻土环境评价方法探讨

中俄原油管道中国段北起漠河(连崟),向南沿大兴安岭东坡和松嫩平原北部最终到大庆林源,管道全长953 km,其中漠河-乌尔其段为多年冻土区,长度441 km.沿线多年冻土,森林,沼泽湿地等环境要素相互依存,彼此影响.由于管道是长距离线性构筑物,在施工过程中对冻土环境影响较大.考虑了管道工程的特殊性和沿线的冻土环境要素资料,提出利用地表稳定性指标来评价沿线的冻土环境.根据地表扰动程度,位移量,景观改变状况,及沿线的冻土类别,年平均地温等参数,将地表稳定性分成4个等级:地表稳定型、地表较稳定型、地表不稳定型和地表极不稳定型,分别对应冻土环境良好、一般、不良和较差地段.评估结果表明,此环境评价方法简明易懂,应用方便,评价结果客观,全面,精度较高.

漠河-加格达奇段多年冻土区中俄原油管道运营以来的次生地质灾害研究——以MDX364处的季节性冻胀丘为例

通过对中俄原油管道漠河-加格达奇段多年冻土区的现场勘查研究,统计了管道运营以来出现的冻土次生地质灾害主要有冻胀、融沉、水毁、冻胀丘、冰椎等.在研究区域特定的气候背景下,管道的修建和季节性变化的正油温运营,破坏了管道周围冻土的水热平衡,使得管道周围土体出现差异性冻胀和融沉,这种差异性位移量的累积对管道安全稳定长期运营造成了威胁.以管道里程MDX364处的冻胀丘为例,利用探地雷达进行了现场探测.结果表明:管道周围存在的融区为冻胀丘的发生和发展提供了水源补给通道,管道的热影响加速了冻胀丘的发展和消融,2014年3-10月管道周围地表产生的差异性位移超过了1.1 m.针对该次生开放型季节冻胀丘,提出了修筑或疏通管道附近的排水通道、钻孔放水和保温排水渗沟等防治措施.研究成果能为中俄原油管道的安全稳定运营提供技术支撑,为其他冻土区管道设计施工和运营维护提供参考和依据.

中俄原油管道(漠河—大庆段)地基土融沉稳定性评价研究

中国-俄罗斯原油管道工程(简称中俄原油管道)规划全长1,035 km,中国境内段965 km,俄罗斯境内段70 km。中俄原油管道(漠河—大庆段)穿越约500 km多年冻土区,沿途地形起伏,水系和沼泽发育,冻土工程地质条件复杂,影响因素多样。提出以管道地基土的最大融沉变形量为评价准则,以多年冻土的年平均地温和含冰量为评价指标,对多年冻土进行工程分类,并依据分类结果进行评价。依据计算结果以-1.0℃和-2.0℃对中俄原油管道沿线多年冻土进行冻土工程分类。具体分为:稳定型、过渡型、高温不稳定型(-1.0^-2.0℃)以及极高温极不稳定型(≥-1.0℃)。分别对应良好、较好、不良以及极差评价结果,并以此为基准选择传统埋设、埋设、埋设+换填、埋设+换填+隔热或架设等管基设计原则。对管道沿线约430 km多年冻土区进行了详细和逐段的评价。评价结果表明评价指标简单、实用,评价结果合理、恰当,可推荐在其它多年冻土区类似管道工程中使用。

中俄原油管道沿线多年冻土环境及管道施工技术探讨

选取中俄原油管道沿线位于多年冻土区的漠河-乌尔其段为研究区域,分析了管道工程对多年冻土环境的影响以及冻土退化所带来的一系列生态环境问题,并研究了冻土环境变化对管道工程的影响.针对冻土区管道工程施工的相关问题,提出了不同施工迹地的施工方式及相对应的冻土环境保护措施:施工作业带的清理;取弃土的处理;施工便道、伴行道的修建及不同地段施工便道与伴行路路基最小高度的确定;施工营地、料场的设计及布设;管沟开挖时基坑暴露时间的计算,多年冻土区管道工程的施工等.中俄输油管道是我国首条通过多年冻土区的大口径原油管道,研究结果可为中俄输油管道及今后寒区工程建设过程中的环境保护提供科学依据.

中俄原油管道工程对沿线沼泽湿地土壤养分和水化学的影响

以漠河-大庆输油管道工程沿线穿过的2种典型沼泽湿地为研究对象,通过对湿地土壤与水体的连续取样,分析管道敷设对沿线沼泽湿地土壤养分和水化学的影响。结果表明,(1)管道敷设后,距离管线10m范围内有机质含量显著降低(P<0.05),其中小叶章-凸脉苔草沼泽0-20cm土层平均降低35.14%,兴安落叶松-笃斯越桔-泥炭藓沼泽降低26.48%。(2)管道敷设后,全氮、速效氮、全磷、全钾(10-20cm土层)含量随着与管线距离的接近而波动式下降,有效磷、全钾(0-10cm土层)、速效钾波动式上升,尤其对小叶章-凸脉苔草沼泽管线上方0-10cm土层影响最大(P<0.01),其中全氮、速效氮含量降低85.58%和86.17%,全磷降低82.94%,全钾、速效钾含量增加1.40倍和2.10倍,有效磷在10-20cm土层受到的影响最大,升高78.22%。(3)管道工程敷设对Ca2+和Mg2+的影响只在管线上方0-10cm土层达到显著水平(P<0.05),小叶章-凸脉苔草沼泽中降幅最大,分别为56.73%和46.10%。土壤微量营养元素中Fe含量受到管道敷设影响最明显,小叶章-凸脉苔草沼泽管线上方10-20cm土层中Fe含量已经达到了距离管线25m处的9.23倍。(4)在2种典型沼泽湿地的水体中,管道敷设对K+和Mg2+含量影响较大,最多增加1.47倍和1.00倍,对Cu2+影响最小(P>0.05)。

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。

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。

中俄原油管道沿线冻害分布特征研究

中俄原油管道是我国能源战略通道之一,管道穿越大兴安岭的多年冻土区,工程地质条件十分复杂,冻害极其发育,严重影响了管道的正常运营。通过对中俄原油管道沿线冻害现象进行现场勘察,对冻胀丘、冰椎、地下冰、冻拔、热融沉陷等冻害现象进行详细的野外踏勘测量,掌握沿线冻害分布情况,分析绘制了中俄原油管道沿线冻害分布图。研究发现,在伊勒呼里山岭地带,多年冻土连续分布,泉冰椎极其发育,公路边坡涎流冰严重;在低山丘陵地带,岛状冻土分布,冻胀丘十分发育,管道拱管漏油多发生于此处,上覆回填土纵长裂缝十分明显;在高温多年冻土地带,泉冰椎、冻胀丘均有分布。本次调查所得冻害分布结果可作为中俄原油管道勘察、设计、施工以及沿线冻害治理的理论参考,为中俄原油管道二期工程的安全运营提供科学依据。

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。

中俄天然气合作及东线、西线及远东天然气管道建设

中俄能源合作是两国全面战略协作伙伴关系持续发展的重要内容。中俄油气互利合作将提升中国陆路能源安全,并助推俄罗斯东部资源开发。2019年底即将开通的中俄东部天然气管道对中国生态文明建设和居民"煤改气"改善能源消费结构、东北振兴将产生深远影响,也将极大影响中俄关系的发展。

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。

中俄二线多年冻土区并行管道管沟爆破开挖技术

中俄原油管道二线与漠大线管道并行,途经大小兴安岭和嫩江河谷的多年冻土区,为保证漠大线管道的安全,中俄二线冬季施工时必须选择合适的爆破方案和监测技术。多年冻土区的工程地质类型不同,施工爆破的参数也不同,同一地质条件下大规模爆破前必须进行小药量试炮,并同时配合振动监测,只有选择合理的爆破参数及监测手段,才能保证漠大线管道的安全和中俄二线在多年冻土区的建设进度,才能减小两条管道的并行间距,进而减少林区森林砍伐面积,从而产生可观的经济效益和社会效益。

中俄原油管道二线输油泵机组变频调速系统设计

中俄原油管道二线的主要输油站场地处高寒偏远地区,为保证输油泵驱动电动机满足输油工艺的进、出站压力自动调节要求,以漠河首站2 MW、6 kV电动机变频调速系统的工程设计为实例,通过方案比较,确定采用高高直接变频方案和单元串联多电平主拓扑结构的调速系统。给出了系统主设备中的移相式变压器、直流滤波电容器及输出交流电抗器容量的选用原则和寒冷环境下变频器散热系统的设计方案,并在设备运行速度及负载转矩控制、主电源柜与变频装置的连锁运行方式及差动/速断主保护的切换方式方面进行总结,为原油管道站场输油泵机组变频调速系统设计提供了可行方案。

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。