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油气管道运行维护技术研究进展及发展展望

油气管道运行维护技术研究进展及发展展望

在“十二·五”期间,随着我国能源需求的大幅度增长,油气储运业务持续快速发展。中国石油建成了西气东输二线/三线西段、中亚C线天然气管道、中缅油气管道等一批重点油气储运设施,5年累计新增油气管道2.5×104km。截至2015年底,中国石油在役运行油气管道总里程达到8.2×104km,约占全国油气管道总里程的70%,基本建成了西北、东北、西南、海上4大油气战略通道,初步形成了调度灵活、运行稳定的全国性油气储运网络。

油气储运业务的蓬勃发展,带动了油气储运科技的不断进步。“十二·五”期间,中国石油形成了较为完善的油气储运科技创新体系,围绕油气管道安全高效运行和关键装备国产化开展技术攻关,取得一系列重大技术成果,保障了在役油气储运设施的平稳运行,部分关键技术引领了世界油气储运科技水平的进步。但是,随着国家对油气储运设施安全水平要求的提高和管网规模日益扩大,油气管道运行维护面临着新的挑战,油气储运业务需要继续坚持创新发展战略,在工艺优化、管道完整性、管网可靠性以及安全监测、腐蚀防护等方面瞄准重点方向,实现重点突破,保证各项业务目标的实现。总结了“十二·五”以来中国石油在油气管道运行维护方面取得的主要技术成果,并结合行业内外部形势和油气储运业务发展现状,对“十三·五”乃至更长一段时期内油气管道运行维护技术发展进行了展望。

1主要技术进展

在“十二·五”期间,中国石油通过国家重大专项、集团重大专项等形式在油气管道安全高效运行以及关键设备国产化等方面开展了研究,研制成功20MW、30MW压缩机组、高压大口径全焊接球阀等一批对生产经营有重大影响的产品与装备(表1);同时,获得省部级以上奖励100余项(表2),其中“我国油气战略通道建设与运行关键技术”获2014年国家科技进步一等奖,螺旋焊缝缺陷检测与评价技术在完整性管理中的应用、含蜡原油纳米降凝剂制备与配套工艺应用技术研究2项成果获得ASME(AmericanSocietyofMechanicalEngineers)全球管道奖。

油气管道运行维护技术研究进展及发展展望

表1.中国石油油气管道专业“十二·五”期间形成的核心装备/产品、重大配套技术及超前储备技术

油气管道运行维护技术研究进展及发展展望

表2.中国石油油气管道专业“十二·五”获得的主要科技奖项

1.1调控运行方面

创建了以集中调控为核心的管网运行优化技术,首创了双控制中心独立运行模式,实现了大型油气管网的优化输配,管网负荷路由优化率达到95%;研发了RealPipe系列油气管道离线仿真软件和天然气管网优化软件,仿真压力误差小于5%,温度误差低于2℃,在油气调控中心以及秦沈线、漠大线等多条管道上应用20余套;建立了基于流动安全与工艺风险评价方法,指导了马惠宁、铁抚线等多条管道工艺设备运行计划的制定;研制了含蜡原油纳米降凝剂,并应用于中朝线、铁秦线等管道,对大庆原油的降黏率达到91%,降凝幅度为16℃;研发了缓蚀型天然气减阻剂,减阻率约为10%,缓蚀率大于85%。

1.2安全维护方面

建立了以风险预控为核心的完整性技术体系,实现了油气管网全过程、全方位、全天候安全监控。研制了一系列高清漏磁检测器,解决了螺旋焊缝缺陷检测评价难题,形成了超声导波等系列检测评价技术;集成形成了基于压力波和流量平衡法的泄漏监测技术,可实现对泄漏量大于1%的突发和缓慢泄漏的检测;研制了基于相干瑞利光纤的光纤预警系统,对机械挖掘和人工破坏报警有较高准确率;建立了管道阴极保护数值仿真技术,可以对管道阴极保护在设计阶段进行校正,并在运行阶段进行优化;开发了管道洪水灾害信息管理及评价预警系统,将其应用于忠武线等管道,预报准确率90%;形成了杂散电流干扰综合检测及减缓技术,应用于港枣线和冀鲁线,电压减缓达到80.6%;以各项技术成果为依托,牵头承担陆上管道全生命周期完整性管理、管道地质灾害风险管理、管道防腐涂层剥离强度测试方法等5项ISO、NACE国际标准制定,大幅度提升了中国石油油气储运专业在国际上的话语权。

在油气管网系统可靠性研究方面,构建了大型复杂天然气管网系统可靠性研究总体框架,初步建立了管网系统可靠性函数和求解模型,并形成了可靠性评价指标体系;结合管网多工况的特点,建立了含缺陷管段、压缩机、阀门等单元可靠度计算模型或计算方法,研究了第三方损坏对管道可靠性的影响规律,为未来建立可靠性管理体系奠定了基础。

1.3关键装备国产化方面

油气管道装备国产化取得重大突破,核心装备国产化率超过90%,部分国产化装备应用率超过75%。国产20MW电驱压缩机组和40~48in(1in=25.4mm)大口径全焊接球阀全面国产化,打破了国外技术垄断,大规模应用于西二线、西三线管道建设中;30MW燃驱压缩机组国产化基本完成,将在西二线、西三线试验应用,打破了长期依赖进口的局面;56in球阀即将完成工厂试验;2500kW级输油泵14类油气管道国产化装备75台套样机通过出厂鉴定,性能指标达到国外同类产品水平,大功率输油泵等已应用于庆铁四线等管道工程中;实现了三轴高清漏磁检测器、大口径高压力开孔机国产化,主要技术指标达到或超过国外同类产品水平。

SCADA系统国产化取得重要进展,研制成功PCS(PipelineControlSystem)V1.0软件,实现中控级大规模数据管理的国产化油气管道SCADA系统软件的零突破,满足油气管道调控需求,支持跨平台应用,技术性能达到国外SCADA系统软件水平,预计将在“十三·五”期间的新建管道中实现SCADA系统国产化替代。

2发展展望

2.1内外部环境

在“十三·五”期间,中国石油将继续建设中俄东线、中俄原油管道二线、陕京四线等管道,油气储运设施在国家能源战略中的位置更加重要,国家和中国石油集团公司更加关注油气储运的科技进步,对油气储运专业科技的支持力度进一步增加。另外,油气储运科技创新已经具备了较好的基础,形成了一个专业齐全、实力较为雄厚的研究团队,陆续建成了一批国家和集团公司级试验平台,为科技创新提供了有力支撑。

但是,中国石油油气储运业务发展也面临着一系列的瓶颈问题。国家和地方政府对油气储运设施的运行安全重视程度前所未有,外部利益诉求日益增多,对油气储运设施安全环保运行提出了更高的要求,需要对相关安全运行技术进行进一步提升;同时,中俄东线等大输量天然气管道向更加复杂的环境和地区延伸,油气管网系统规模不断扩大,运行调控难度持续增大;管道周边环境日益复杂,管道泄漏风险加大。这一系列问题的解决都依赖于进一步实施科技创新战略,以技术进步带动管理提升,实现油气储运业务稳健发展。

2.2技术发展建议

在“十三·五”期间,在坚持创新攻关的基础上,中国石油油气储运业务应当在以下几个方面加强技术集成与应用,在应用中实现技术水平的提升和技术体系的完善(图3)。

油气管道运行维护技术研究进展及发展展望

图3.中国石油油气储运业务各关键技术“十三·五”技术预测发展情况

(1)大型管网系统可靠性技术。与完整性主要侧重于管道本体安全不同,管网系统可靠性是以管网系统功能实现为最终目标,其研究需综合考虑油气管道、站场、储气库、LNG接收站等油气管网物理系统、资源供应及市场需求。油气管网系统可靠性作为未来10~15年的研究重点,“十三·五”期间应以大型天然气管网为对象,建立完善的设备单元和管网系统可靠性理论与评价体系,研究可靠性增强技术方案,开发可靠性管理平台,并发展基于管网系统可靠性的支持技术体系,提升天然气供应的可靠性。

(2)油气管网运行优化技术。随着油气管网系统规模不断扩大,油气流向调整愈加复杂和灵活,对高效输送要求不断提高,“十三·五”期间需大力发展天然气管网运行优化技术,降低运行能耗,深化研究国产仿真优化软件的应用,对成品油管道顺序输送进行技术攻关。

(3)油气管道安全监测技术。打孔盗油、第三方破坏以及地灾灾害突发等问题均是导致管道泄漏事故的重要因素,现有安全预警和泄漏监测技术报警精度尚不能完全满足管道安全生产需要。在“十三·五”期间,需提升基于相干瑞利的光纤安全预警技术水平,进一步集成现有基于负压波、流量平衡法等管道泄漏监测技术,对人工与机械破坏、小泄漏与缓慢泄漏实行更加有效的监测;另外,需要建立针对地震、冻土、黄土、泥石流等地质灾害的监测预警和防护治理技术体系。

(4)复杂环境管道腐蚀防护技术。随着油气管网服役时间延长,管道腐蚀缺陷增多,失效风险增大。同时,随着全国高压输电线路和电气化铁路建设的加快,油气管网与高压线路、电气化铁路及城市地铁等并行或交叉敷设,导致对油气管网阴极保护系统形成杂散电流干扰。另外,近年来,部分管道内腐蚀情况逐渐暴露,尚无便捷、有效的解决手段。因此,在“十三·五”期间需重点发展复杂干扰防护、内腐蚀防护等技术。

(5)节能低碳与环保技术。受国内经济增速放缓、市场下行影响,石油公司生产经营压力持续增大,需要通过技术创新实现降本增效;随着新《环境保护法》和《安全生产法》相继出台及全国碳交易市场即将运行,石油公司面临的安全环保压力也日趋增加,在“十三·五”期间应及早制定低碳发展战略,建立管道污染控制处理技术体系,研究油气管网快速抢险堵漏、溢油回收及环境恢复等技术。

(6)国产化关键装备升级与性能提升。目前,我国压缩机组、大口径球阀、输油泵机组以及SCADA等油气管道核心装备已基本完成国产化。在“十三·五”期间,需持续跟踪国产化设备质量及应用效果,提升性能指标,并重点发展压缩机组维抢修等技术。

(7)智能管网技术。智能管网技术是将云计算、物联网等现代信息化手段引入管道管理,与管道运行过程中采集到的各种数据相融合,进行数据共享和深度挖掘应用,实现油气管网调度运行、安全监测等各项功能的互相协同配合。建议“十三·五”期间,结合国产SCADA系统的应用情况,探索储备智能管网技术,为最终建成高度智能化、信息化的管理系统奠定基础。

3结论

油气管道安全高效运行不但关系着企业自身的发展,也关系着国家发展能源供应的安全,在国际油价低位徘徊和国民经济结构转型的关键时期,科技创新是实现上述目标的重要保障。预计在“十三·五”末,中国石油油气管道运行维护技术总体上继续保持国家先进水平,在管网可靠性、高钢级大口径天然气管道运行维护以及关键装备等方面将形成系列核心产品和重大配套技术。建议在“十三·五”期间,通过继续加强和完善油气管道人才队伍和实验平台建设,优化科技资源配置,深化科技管理改革,为油气管道科技研发和成果推广提供保障。

版权声明|来源:《油气储运》,作者:李莉等,版权归原作者所有。
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