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纪念中俄原油管道投产10周年:“国际高寒冻土管道工程领域的重要里程碑”

来源:《管道保护》2021年第2期 作者:《管道保护》编辑部 时间:2021-3-22 阅读:



《管道保护》编辑部:2021年恰逢中俄原油管道运行10周年。在这值得庆贺的时刻,我们专访了国家管网集团北方管道公司两位专家,一位是管道完整性管理中心主任陈朋超,他长期从事管道完整性管理和高寒冻土技术研究工作;另一位是负责管道管理运营的大庆(加格达奇)分公司李云超经理。请两位专家就管道的建设背景、管理难点、重要技术创新向广大读者作一介绍。北方管道公司作为项目长单位先后完成了《漠河—大庆输油管道冻土工程关键技术研究》《中俄漠大管道安全运行保障技术应用研究》《中俄漠大双线相互影响的安全运行研究》等重大科技专项,积累了丰富的理论和实践经验,形成了系列成果,有效保障了这条国脉的安全运行。


 


问:中俄原油管道有什么特点?国家为什么要建设这条管道?

答:20世纪90年代,为保障国家能源安全、缓解海上石油进口风险、填补国内老油田资源供应缺口,我国能源部门开始筹划建设中俄原油管道。在中国和俄罗斯两国主要领导人亲自推动下,历经10余年技术攻关,终于建成投运。作为我国四大能源进口战略通道的重要组成部分,是世界首条穿越不稳定(冻土温度﹣2℃至0℃)、不连续(岛状分布)多年冻土区埋地管道。管道在我国境内起于漠河,止于大庆,分两期双线近距离(10 m)并行敷设,总长度1869 km,输油能力3700万吨/年,承担了我国58%的陆上原油进口重任。截至2020年底,一线和二线共累计输送原油约2亿吨,为保障国家能源安全和民生资源供应做出了突出贡献。

管道建设的谈判异常艰辛。受地缘政治和极端严苛的建设运行环境影响,整个谈判和技术准备长达15年,直到2009年才得以实现。国家发改委原副主任、能源局原局长张国宝所著《中俄原油管道十五年谈判纪实》,以亲历者视角,生动详尽记述了管道的建设背景和谈判过程,对于大家深入系统了解中俄原油管道的前世今生非常有帮助。




问:中俄原油管道所穿越的多年冻土是如何形成的,相比青藏铁路、青藏公路冻土区工程,有哪些不同特点?

答:冻土是指0℃以下,并含有冰的各种岩石和土壤,它是一种对温度极为敏感的土体介质。当岩土的温度降至0℃以下,岩土中水就冻结形成冻土。如果该处地表一年中的吸热量大于散热量,冷季形成的冻土在暖季全部融化,为季节冻土。如果该处地表一年中的吸热量小于散热量,冷季形成的冻土在暖季不完全融化,年复一年,就成为多年冻土。多年冻土是气候和地质地理因素综合作用的产物,在不同尺度地质地理因素的作用下,形成了不同层次的气候,决定着多年冻土的形成、演变和分布。

青藏铁路、青藏公路是我国穿越冻土环境的两大标志性宏伟工程,分别获得了国家科技进步“特等奖”和“一等奖”。中俄原油管道可以说是我国高寒冻土区工程建设和安全运行的又一丰碑。不同特点体现在以下几个方面:一是青藏铁路和公路为高海拔冻土,土壤含水量低,多为少冰多年冻土;而中俄原油管道所经大兴安岭地区水系发达,多为富冰和饱冰冻土,融化或冻结后体积变化差异大。二是青藏铁路和公路为地上热源,而中俄原油管道属于地下热源,管道敷设于多年冻土上限和季节冻土下限之间,管道内介质正温输送(油温>0℃,夏季可达16℃~28℃),必须努力降低对冻土环境的影响。三是青藏铁路、公路为地上工程,而中俄原油管道埋在地下约1.5 m以下,属于隐蔽工程,除了管道维护及抢修作业难度大,还需要解决管土耦合作用、管道位移检测监测、生态热平衡等难题。


问:中俄原油管道在建设运行过程中,面临的重大技术挑战和难题有哪些?

答:中俄原油管道是中俄两国能源合作的桥梁,是我国第一条穿越多年冻土区和原始森林的双线并行管道,要实现高质量建设和运营,同时确保管道工程与多年冻土、生态环境的和谐共生,面临的困难和挑战前所未有。主要表现在以下几个方面:一是来自多年冻土。中俄原油管道穿越不稳定多年冻土区域441 km,其中强融沉区120 km。大部分地区冬季冻土、夏季沼泽,建设难度空前巨大。投运后,管道近距离双线正温运行,热温度场交叉叠加,极易造成冻土退化,产生冻胀、融沉、热熔滑塌等冻土灾害和差异性变形。 二是来自极寒环境。中俄原油管道工程沿线极端最低气温达﹣52.3℃,属于极寒生命禁区,全年冰雪覆盖达7个月之久,常规的管道施工方法和装备均无法适用。同时,自然和社会依托极端匮乏,途经大兴安岭丘陵地带,冬天道路积雪厚度达0.5 m以上,管道运行管理、阴极保护、应急抢险等方面均面临巨大挑战。三是来自脆弱生态。中俄原油管道工程所经之地,穿越大兴安岭原始森林450 km,大中型河流11次,国家、省市、林业部等各级保护区重叠交错,鱼类、湿地、水源地等各类保护区丰富多样,途经多处森林公园、湿地公园,管道施工和运行极易造成多年冻土退化及脆弱生态破坏,环保要求极为严苛。


问:中俄原油管道创造了连续10年安全运行的优异成绩,广大建设运行人员以及科技工作者为之付出了艰辛努力,请您从科技进步的角度介绍取得的突破和成果。

答:从2007年开始,陆续启动一批国家、中国石油集团公司和管道公司科研项目,经过10余年持续攻关,形成一套高寒冻土区理论体系和管道设计、施工、运营管理、应急抢险等技术成果。一是首次建立了冻土等效纬度预测预报模型,形成了高温冻土环境与管道水、热、力三场多因素耦合作用理论,实现了未来50年中俄原油管道冻土工程地质和管道服役条件变化的预测预报,为中俄原油管道的设计、施工、运维提供理论支撑。二是首创了全生命周期高寒冻土埋地正温管道结构安全性计算方法和应变分析、冻土区并行管沟精准控制松动爆破、极寒环境焊接工艺和防腐补口、管道融沉防治技术、冻土区阴极保护、管道维抢修等建设与运行系列关键技术,在保护生态环境的同时实现了高质量建设运行。三是研发了多年冻土区管道大功率输油泵机组、管道惯性导航内检测装备、管道维抢修用快速防腐层剥离装备等自主可控的系列核心装备,实现了高可靠性安全运行。四是创建了冻土区管道地质灾害监测预警、冻土灾害风险评价、多因素相互作用的管道运行状态预测等技术和方法,实现了连续10年无事故安全运行。




问:如何评价中俄原油管道的总体技术水平和社会效益?

答:近年来,我国油气管道建设和运营技术水平稳步提高,中俄原油管道作为典型代表,经过众多基础领域科技工作者和管道科技工作者的共同努力和实践,取得了一些突破,为后期同类和相关领域技术进步提供了借鉴。初步统计,这些年围绕高寒冻土管道建设运行,已获国内授权发明专利20余件,形成国际国内及行业标准10余项,发表相关论文150余篇,有力推动了该领域的科技进步。以工程院院士黄维和为首的专家组认为:高寒冻土中俄原油管道所形成的系列关键技术,是国际高寒冻土管道工程领域研究的重要里程碑,成果总体达到国际先进水平,其中,高寒冻土环境多因素管土耦合作用理论与多因素相互作用评价和安全预测成果居国际领先水平。

中俄原油管道拓宽了我国管道工程建设边界,推动了冻土区管道工程、生态保护、装备制造等领域的技术进步,实现了管道工程与多年冻土、生态环境的和谐共生,为保障国家能源安全和民生资源供应做出了重要贡献。中俄原油管道也是中俄两国互利双赢的典范。这项工程荣获“国家优质工程奖”,入选新中国成立70周年“百项经典工程”,奠定了我国多年冻土区管道建设运行的技术优势,被国际同行誉为“国际高寒冻土管道工程领域的重要里程碑”。


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