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中石油西气东输工程创新纪实

作者: 2014年08月31日 来源: 浏览量:
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石油、天然气占全球一次能源总量近60%,陆上70%的石油和99%的天然气依靠管道输送,油气管道是国民经济的生命线。以西气东输一线、二线、三线工程为主体的5万公里油气管网,遍及全国27个省、市、自治区及香港特别行政
   石油、天然气占全球一次能源总量近60%,陆上70%的石油和99%的天然气依靠管道输送,油气管道是国民经济的生命线。以西气东输一线、二线、三线工程为主体的5万公里油气管网,遍及全国27个省、市、自治区及香港特别行政区,输送量占全国油气总量的60%,惠及8亿人口,已成为我国现代工业体系不可或缺的重要环节,为经济发展、能源结构调整、民生改善作出了巨大贡献。

  毫无疑问,西气东输工程,对于改善大气环境,提高人民生活质量,有效缓解中国中南和东南沿海各省天然气供需紧张的矛盾,促进能源结构调整和发展方式转变,保障沿线地方经济社会发展和节能减排,已起到了重要作用,产生了巨大的经济效应和广泛的社会效应。

  辉煌成就取得的背后,是千千万万中国石油人的智慧、心血、汗水,是石油人不畏艰难险阻,迎难而上的忘我精神,是大庆精神、铁人精神的再现和深化,是中国石油人勇于创新的再一次鲜明写照。

  可以说,回顾西气东输工程建成近10年的历史,恰是一部中石油人攻坚克难的奋斗史,更是一部石油科技不断升级的创新史。

  能源输送的“丝绸之路”

  我国是一个能源大国,更是一个能源消费大国。但长期以来,我国的能源工业结构很不合理,数据统计显示,煤炭在一次能源生产和消费中的比重高达72%。

  燃煤的过度使用,使得大气环境不断恶化,因此,发展清洁能源、调整能源结构已迫在眉睫。正是在这一大背景下,西气东输工程于1998年开始酝酿。2000年,国务院第76次总理办公会批准立项,决定建设这项关系国计民生,具有重大政治、经济、社会和环保意义的国家级重点工程。由于其对中国能源结构调整和消费的重要性,西气东输工程也被人誉为现代能源“丝绸之路”。

  2002年7月4日,西气东输一线工程正式动工建设,2004年12月31日建成投产。它是我国自行设计、建设的第一条世界级天然气管道工程,年输气量180亿立方米。

  西气东输二线工程于2008年2月22日开工,2012年12月30日全部建成投产,年输气量300亿立方米。

  西气东输三线工程于2012年10月17日开工,计划2015年全部建成投产,年输气量300亿立方米。

  西气东输工程创造了世界天然气管道运输建设史的中国速度。它克服了我国各类地形、地貌所带来的重重困难,登上了世界天然气管道运输建设的科技巅峰,谱写了世界天然气运输史的辉煌诗篇。

  西气东输工程是我国管道建设史上距离最长、管径最大、管壁最厚、输送压力最高、技术最先进、施工条件最复杂的天然气管道工程,建设规模和技术指标世界罕见,地形地貌的复杂程度堪称世界之最,施工难点属于世界级难题。

  一期管道建设实现多项突破

  西气东输工程为我国石油天然气管道建设领域的科技创新和科技攻关提供了一个宏大舞台。面对施工、技术上前所未有的挑战,中国石油发挥科技优势,突出科技创新,组织各管道专业设计院、数十家科研院所、上千名科技人员,展开数百项科技攻关,加强新技术应用与交流。通过自主创新、集成创新和消化吸收再创新,打破国外技术垄断,解决了异常高压特高产气藏开发、大壁厚管道焊接、X70高钢级管材技术条件确定、超薄层盐穴建库、复杂地质条件下大口径管道穿越5个方面的关键技术难题,建成了高压、大口径、高钢级的长距离输气管道,使我国一举跨入世界先进管道工程行列,显示出科技进步的巨大威力。

  在管道工程设计中,全长近3900公里的西气东输一线管道工程,横贯我国东西,沿途几乎经过我国所有类型的地形、地貌,这为设计工作带来了重重困难。面对一系列难题,中国石油天然气管道工程有限公司和四川石油勘察设计院组成的设计联营体共投入了15个专业共300余人。他们不分昼夜,忘我工作,综合运用最先进的科技手段,采用一系列新工艺、新技术,面对一个又一个难题,一次一次调查论证,一遍一遍修改,在最短时间内完成工程设计,并在设计过程中取得了一系列重大突破。

  比如,将卫星遥感技术应用于线路选线,在南湖戈壁约600公里无人区采用取直穿越,缩短线路长度近150公里,节省工程投资10多亿元;通过卫星遥感技术测定地质危害带和地震断裂带,设计管道最佳避害线路和最佳通过角度;对管道沿线水土流失类型及特征进行分类,特别是将黄土高原建网经验应用到我国这一独有地貌的管道安全保护中。

  正是这一项项创新科学的设计,确保了管道施工的顺利进行。

  在钢材国产化方面,当时国际新建的天然气管道输送压力多数在10兆帕以上,管材基本以X70钢级管线钢为主。而我国陆上天然气管道输送压力最高为6.5兆帕,管线钢最高等级为X65。国内的冶金、制管和管件等行业都不具备X70级钢管的生产能力。借着西气东输工程这个大舞台,国内企业积极参与管材、制管、管件和施工机具的开发与研制,最终自主创新了X70管线钢焊接工艺及配套施工技术。

  相关数据显示,在西气东输干线建设中,国产钢管重量和长度比例超过50%,热煨弯管国产比例超60%,热收缩套国产比例达90%以上。冀宁管道国产钢管比例超过80%,热煨弯管国产比例达100%。淮武管道和兰银管道所用钢板、钢管、热煨弯管等材料全部实现国产化。这个过程大大促进了相关产业结构调整和产品升级换代,平抑了国外同类产品价格,使很多产品填补国内空白甚至跻身世界一流行列。

  在工程建设中,110台具有自主知识产权、堪与国外同类产品媲美的PAW200全位置自动焊机,在施工中大显身手,焊接管道1000公里,一次合格率超98%。配套研制的管端坡口整形机、气动内对口器和管道内环缝自动焊机等施工装备,也实现了焊接配套装备国产化。

  在超薄盐层盐穴储气库建库技术方面,中石油人建成了我国独有的盐穴储气库。国外盐穴储气库盐层厚度一般在500米以上,而西气东输工程江苏金坛储气库所在地区盐层厚度不足200米。针对盐层薄、厚度小、夹层多、含量低等地质特点,工程建设人员经过自主研究和创新,开发了适合我国多夹层超薄盐岩特点的建库系列技术和已有溶腔改造技术,且达到国际先进水平。

  中石油人还利用复杂地质大口径管道穿越技术,解决了超长距离、大埋深管道顶管和盾构穿越难题,使“气龙”成功穿越长江、黄河。

  被称为“卡脖子”工程的河流穿越,是横挡在建设者面前的一道难关。通过科技攻关和技术突破,西气东输工程建设人员长距离顶管穿越3580米的郑州黄河段,实现了国内规模最大的沉井在复杂地质条件的下沉,水下大面积砼封底一次成功,并创造了一次性注入1900立方米水泥浆的国内最高纪录。“管线过江”是中国管道人几十年的梦想。超水深管道盾构穿越长江三江口,层层突破黏土层、粉质细砂层、卵石层、钙质粉砂岩及钙质细砂岩,技术水准达到世界一流。

  此外,高压大流量天然气计量检定技术的实现,使我国天然气计量检定跻身世界前列;高压大口径输气管道设计技术,通过大量实践摸索,提高了输送压比,节省了投资与运行费用;异常高压特高产气藏开发配套技术,为西气东输稳定供气提供了保障。

  西气东输管道建设过程中,还突破了国产螺旋缝埋弧焊管不能用于重要高压输气管线的禁区,形成了一系列高钢级管线钢专有技术。而后“乘胜追击”研制出的、具有国际先进水平的X80钢管,为西气东输二线大规模应用X80级钢管提供了理论支持和技术保障。

  二线工程建设再创辉煌

  如果说,在西气东输一线工程中,涌现的科技创新已经让外界瞩目,那么,二期建设中,中石油的科研人员再一次用自己的智慧,让世人看到了中石油人的科研实力。

  西气东输二线是世界上最长的跨国天然气管道工程,自开工以来,一项项创新技术填补了国内空白,确保了主体管道顺利施工,焊接全面完成。

  西气东输二线在国际上首次攻克X80螺旋管断裂控制技术,创新大口径厚壁焊管及管件制造工艺,成功建设了4800公里、压力12兆帕、口径1219毫米、全球规模最大的管道工程,使我国X80钢管高压输气技术水平及应用规模国际领先。仅此一项,节省投资130亿元,节约占地21.6万亩。

  针对国际上从未涉足的频发强震断裂带、云贵川高山峡谷、超长距离穿越江河水网等特殊地区,研发形成了新一代数字设计、高效施工、非开挖穿越管道建设技术,技术水平国际领先,年建设速度从2500公里提升至7500公里,节约投资86亿元。

  新疆天山西部的果子沟一带,群山环抱,山体高大,以前单项施工中从未遇见如此之多群山连绵、山体高大的情况,施工难度大。在这次管道穿越过程中,施工单位首次进行了国内在役管道近距离爆破作业。这项技术填补了国内空白。果子沟工程也刷新了我国管道穿越山体高度、长度和隧道数量的历史纪录。

  此外,西气东输二线还成功地应用了CRC全自动焊接工艺,管道焊接检测平均一次合格率为98%以上,达到世界管道建设先进水平。德国埃勒夫(ILF)咨询公司总裁认为,中国石油建立的自动焊、半自动焊施工体系,创造了领先世界的建设速度,技术水平国际领先。

  自主研发的20兆瓦级高速直联变频电驱压缩机组和48英寸高压全焊接球阀,主要性能指标达到国际先进水平,全面替代进口产品。

  在天然气二线西段乌鲁木齐、永昌、瓜州压气站,中石油采用国产化长输管线压缩机组。该机组整机试验多变效率高达87.7%,设计工况下运行试验效率达到86.2%,完全达到国际先进水平,填补了国内空白,结束了大型长输管线压缩机长期依赖进口的历史。

  技术创新还使西气东输二线西段成为一条“绿色管道”。在输气管道通过国家级风景名胜区赛里木湖自然保护区时,施工方全段采取沟下焊,严格控制作业带宽度,将原设计的28米宽作业带压缩到20米,并实施了覆盖加厚防晒网等保护措施,最大限度地减少了草场破坏。管道回填后,施工人员还撒播了草籽和肥料,确保草场得到较好恢复。

  “国产化”成三线工程主导

  经过一期、二期工程的建设,中石油的创新实力在三线工程中进一步得到体现。

  据中国石油天然气集团公司科技部介绍,和前期建设不同的是,国产化的创新成果成为了三线工程的主导。西气东输三线工程建设优先采用国产设备和材料,作为大功率压缩机、大口径x-japan taiji等长输管道关键设备国产化的依托工程,将带动中国钢铁、装备、机械、电子、冶金等相关行业发展,对稳定增长、调整结构将发挥重要作用。

  据悉,中石油首次在新建长输天然气管道上大规模应用国产化电驱、燃驱压缩机组和大口径干线截断球阀。为打破长期以来国外公司对中国长输天然气管道关键设备的垄断,支持国内装备制造业发展,推动经济结构调整和产业升级,在国家发改委、能源局的统一组织下,中国石油精心部署,将在西气东输三线工程建设中大规模推广应用国产20兆瓦级电驱、30兆瓦级燃驱压缩机组和48英寸900磅级大口径干线截断球阀。

  西气东输三线工程首次推广了中国石油管道局研发的液体聚氨酯补口、中频加热补口、机械化补口三种防腐补口新工艺等一大批自主创新的新技术。为进一步提高管道建设水平,还开展了600公里机械喷涂液体聚氨酯补口和400公里中频加热辅助热收缩带安装工业规模应用,50公里BK-1型机械化补口工作站试验。与传统手工烘烤热收缩套补口技术相比,新技术可排除操作过程中人为因素的干扰,有效保证补口防腐层的一致性和可靠性,保证了大口径管道和冬季补口质量,填补了我国管道建设在这一领域的空白。

  此外,国产燃驱压缩机组在西三线西段3标段的应用,也打破了国外企业在该领域的垄断。由中国科研人员自主研发的PAW3000自动焊机是首次进行工业应用,且取得了不输于国外同类设备的满意效果。

  随着国内天然气需求量的不断增加,提高新建管道输送效率势在必行。增加输量需要通过加大管材壁厚、提高钢级、提高设计系数等方法来实现。中国石油在确保输气管道工程质量和运行安全的前提下,将西三线西段3标段306公里一级荒漠无人区管道的设计系数确定为0.8。这是中国管道建设史上首次将设计系数从0.72提高到0.8。

  “西气东输三线工程凭借0.8设计系数、三种防腐补口工艺、国产燃驱压缩机组的规模化应用,将成为我国科技含量最高的一条能源动脉。”中石油科技部人士不无自豪地说。

  创新发展永无止境

  在宏大工程和科技智慧的融合下,西气东输工程孕育出的自主创新丰硕果实不仅促进了我国管道设计、施工、运行和管理能力跻身世界先进之林,而且对促进区域经济发展、提升行业整体竞争力、争夺国际市场话语权和拉动新兴产业发展起到至关重要的作用。

  凭借西气东输工程这个大舞台,国内企业积极参与管材、制管、管件和施工机具的开发与研制。卷板、宽厚板、管件和涂料等纷纷达到批量生产,国产化程度不断提高。

  正如一位参与西气东输技术攻关专家所言,打造高水平的工程,想用金钱从国外买是买不到的。只有结合工程实际,走引进消化和自主创新并进的道路,才能在国际上挺直腰杆,显示实力。

  中国工程院院士李鹤林指出,为了满足西气东输管道建设需求,广大科技人员锐意进取,在高钢级管线钢应用基础研究和大口径埋弧焊接钢管国产化技术等方面取得了重大突破。

  中国工程院院士邱中建认为,西气东输带出了一批创新科技,中国石油形成的自主知识产权打破了国外技术垄断,提高了我国管道工业科技竞争力,把西气东输建成了世界一流工程。

  “西气东输是我国天然气大发展和西部大开发的标志性工程,建设难度很大。这个工程多次穿越黄河、长江,穿越其他大小河流700多次。下载音乐免费的网址大全采用的盾构穿越技术在世界上也是相当有水平的。这些重大工程产生了很好的效益,依靠的也是科技的力量。科技进步正成为加快转变经济发展方式的重要支撑。”邱中建表示,“在这个大背景下,中国石油还有两个方面值得充分肯定并让石油人倍感自豪。一是下载音乐免费的网址大全重视科技投入,愿意投入资金进行科技攻关和技术储备;二是科研人才辈出,不仅有展示自己的平台,而且有许多项目可以提供锻炼的机会,这也为下载音乐免费的网址大全技术集成应用、扩展海外业务打下了重要基础。”

  历尽天华成此景,人间万物出艰辛。作为仅次于长江三峡工程的国家级重大工程,西气东输工程充分体现了中石油敢于担当的精神。凭借巨大的政治责任和勇气,在党中央、国务院的坚强领导下,中石油坚决贯彻创新驱动发展战略,通过不断的技术创新提升企业效益,抢占国际石油科技发展制高点,用一次次行动响亮地回答了企业的责任、国家的担当,书写了中国石油人的辉煌篇章。

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