世界級管道工程如何煉成？

2024年12月2日，國家管網(wǎng)集團對外宣布，中俄東線天然氣管道工程全線貫通。

中俄東線全長5111公里，新建管道3371公里，北起黑龍江省黑河市，南至上海，分為北、中、南三段建設，北段在2019年12月投產(chǎn)，此次南段完工，全線貫通。除去長度創(chuàng)下紀錄，中俄東線還選擇了頗具挑戰(zhàn)的大輸量管道建設方案，并實現(xiàn)長輸管道關鍵設備全面國產(chǎn)化。

自西氣東輸一線工程在2002年開工建設以來，已有20余年。在國內(nèi)天然氣長輸管道領域，中俄東線無疑具有里程碑意義，被視為我國首條“大口徑、大壁厚、高鋼級、高壓力”的世界級管道工程。除去工程層面的意義，在過去5年里，隨著其北段、中段、南段先后投產(chǎn)，輸氣量迅速提升，對于緩解國內(nèi)天然氣供應緊張、保障國家能源安全亦發(fā)揮重要作用。

世界級管道工程的挑戰(zhàn)

作為目前國內(nèi)單管輸量最大的管道，為達成每年380億立方米的目標輸氣量，中俄東線采用“大口徑、大壁厚、高鋼級、高壓力”的管道，所需管道數(shù)量更少，使得方案投資額更低，能夠降低部分下游用戶特別是工業(yè)用戶的用氣成本。

“最初內(nèi)部對于方案存在爭論，最終選擇如今方案的其中一個重要原因就是‘節(jié)省投資’。”國家管網(wǎng)集團工程部副總經(jīng)理劉海春告訴《中國新聞周刊》，鋪設更少管道的方案不僅“節(jié)錢”，同樣“節(jié)地”，但是對于裝備、工程質(zhì)量要求更高，“稍有閃失就是顛覆性影響”。

想要完成每年380億立方米的目標輸氣量并非易事。劉海春介紹說：“大口徑、高壓力是必然選擇。管道口徑與輸氣量之間的關系容易理解，而天然氣在管道中需要依靠壓力才能輸送，如果壓力較低，將無法達到目標輸氣量。隨著壓力升高，管壁為了承壓必然加厚，但是如果管壁過厚焊接難度也將增大，而提高鋼級可以適當降低壁厚，減少用鋼量，因此為了適應高壓力輸送，應盡量采用高鋼級鋼材?！?/p>

中俄東線采用的大管徑（1422毫米）、大壁厚（32.1毫米）、高鋼級（X80）、高壓力（12兆帕）管道并無先例，這些管道技術參數(shù)不僅使其成為國內(nèi)第一條第三代長輸管道，而且意味著與之匹配的一系列設備材料如56寸大口徑球閥等，同樣面臨沒有成熟產(chǎn)品的挑戰(zhàn)。這也是大口徑球閥在單一工程中首次批量應用，對閥門制造工藝、密封材料等都提出新的要求。再比如中俄東線應用的調(diào)壓、計量裝置也是為大輸量工況研發(fā)的設備，中俄東線為之提供了應用場景，帶動上下游產(chǎn)業(yè)鏈推出新的產(chǎn)品。

“如果這些設備材料的制備無法取得突破，中俄東線工程就無法進行。這也是中俄東線工程與其他管道工程的不同之處，國家管網(wǎng)不僅僅負責招標采購、監(jiān)督質(zhì)量，還要與供應商一起從源頭解決一些設備材料從無到有的問題?！眲⒑４赫f。

中俄東線從北至南穿越的復雜自然環(huán)境也帶來額外的挑戰(zhàn)。中俄東線工程分為北段（黑河—長嶺）、中段（長嶺—永清）、南段（永清—上海）三段施工。劉海春表示：“其他長輸天然氣管道多在一定緯度范圍內(nèi)，穿越的地形、地貌也相對單一。像中俄東線這樣從北至南，穿越地區(qū)地形、地貌、溫度跨度較大的管道工程并不多見，這給裝備、施工帶來更多挑戰(zhàn)?！?/p>

比如對于制管而言，最低適應溫度越低則難度越大，而為適應東北地區(qū)冬季低溫環(huán)境，中俄東線管道最低適應溫度達到零下45度?！斑@是大口徑、大壁厚、高鋼級、高壓力天然氣管道首次在低溫環(huán)境中應用，而鋼管在低溫環(huán)境中本就更脆弱?！?/p>

“管道技術參數(shù)提升，以及東北地區(qū)冬季的低溫環(huán)境，也讓施工難度幾何級數(shù)提升。”劉海春告訴記者，中俄東線管道管壁達到32.1毫米，這已經(jīng)給焊接造成困難，而在焊接后進行防腐補口時，需要保溫，低溫環(huán)境更增添了難度。

如果說低溫是中俄東線管道工程穿越東北地區(qū)時面臨的最大障礙，在南段工程中，華東地區(qū)密布的水網(wǎng)成為需要跨越的現(xiàn)實阻礙。

國家管網(wǎng)集團建設項目管理公司東南中心負責人崔宗告訴《中國新聞周刊》，中俄東線南段工程，面對的主要難題就是水網(wǎng)、人員密集?！肮芫€穿越90多處大中型河流、120多處等級公路，以及1200多處小型河流，而且涉及房屋、廠房拆遷工作更多，外部協(xié)調(diào)工作量較大?！?/p>

他告訴記者，南段工程最終穿越100余公里的水網(wǎng)地區(qū)，水網(wǎng)密布的環(huán)境導致地基承載能力有限，因此全自動焊接設備在施工過程中需要特別保障。另外，由于地下水位比較高，需要解決管道下溝時可能遇到的上浮問題。

中俄東線長江盾構穿越工程是其穿越華東地區(qū)水網(wǎng)的標志性工程。長江隧道內(nèi)徑達到6.8米，雖然相比于公路、鐵路動輒15米以上的內(nèi)徑，這一內(nèi)徑并不算大，但是已經(jīng)創(chuàng)下管道隧道的紀錄，中國中鐵裝備為此研制了世界最小直徑的常壓刀盤盾構機?！白钪匾氖莿?chuàng)下單臺盾構機單向掘進距離最長的紀錄——10.226公里。一般而言，盾構機的壽命只有10公里，長江盾構的單向掘進距離突破了盾構機的壽命極限?！?/p>

“此前穿越長江的管道隧道并不少，更多是容納小口徑單條管道的隧道。但是此次需要在有限空間安裝三條1422毫米的大口徑管道。”崔宗介紹，穿越長江的管道隧道屬于稀缺資源，除去中俄東線管道之外，另有一條江蘇省內(nèi)的管道和一條備用管道。最終中俄東線穿越長江的工程提前半年左右完成。

全力打造“智能管道”

智能化，這是中俄東線的另一個重要標簽。中俄東線是我國首條智能管道樣板工程，以“全數(shù)字化移交、全智能化運營、全生命周期管理”為理念，將人工智能技術與管道場景深度結合，形成了管道智能建設、管體智能檢測、站場智能運行、線路智能巡護和管網(wǎng)智能調(diào)控等技術，逐步實現(xiàn)了由傳統(tǒng)管理向智能化管理的轉(zhuǎn)變。

在管道建設階段，首先在“全數(shù)字化移交”方面進行重點攻克。中俄東線保持工程資料數(shù)字化移交和紙質(zhì)移交雙軌運行，建立了統(tǒng)一的中俄東線工程信息化平臺，焊口、檢測與評定、防腐數(shù)據(jù)，實時上傳，統(tǒng)一維護，統(tǒng)一交付?？⒐ぷ鴺司€下回流到設計院，形成數(shù)字化竣工資料，同時交付完整性管理PIS系統(tǒng)，首次形成了工程數(shù)字孿生體。

建設過程中首次研究并全面應用全自動化焊接、全自動超聲波檢測、全機械化防腐補口等施工工藝。比如在管道建設期間，采集一切可以被采集的數(shù)據(jù)，甚至將部分數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)皆贫?。采用大口徑、大壁厚自動焊機組，焊接質(zhì)量更加可靠、穩(wěn)定，焊接工效大大提高（半自動焊3倍以上），焊口一次合格率達96.32％，創(chuàng)造了大口徑管道焊接最好成績。并且連頭口也實現(xiàn)了組合自動焊，中俄東線線路環(huán)焊縫自動焊率達100％。

“我們堅定不移地貫徹科技興安戰(zhàn)略，全力推進危險化學品領域機械化減人、自動化換人、智能化無人相關工作。借助先進的自動化與智能化技術，削減工藝現(xiàn)場的人工操作頻次，不僅顯著提升生產(chǎn)運維效率，更從根本上筑牢安全防線，全面提升安全水平?！眹夜芫W(wǎng)集團生產(chǎn)部自控管理總監(jiān)閆峰說。

開通后，中俄東線管道借助AR、AI、大數(shù)據(jù)等技術，推進智能站場、無人站場建設，實現(xiàn)智能運行。

過去，管線站場設備難以通過調(diào)控中心遠程操作，而是駐站人員收到調(diào)度令后完成開關閥等具體操作。2006年，國內(nèi)管線開始推動自動化操作，確保站場設備可以遠程啟停。中俄東線管道在智能調(diào)控方面，取得了更大的技術突破，研發(fā)了國內(nèi)首套具有完全自主知識產(chǎn)權的大型油氣管網(wǎng)工業(yè)控制系統(tǒng)，可用率達99.96％，全線壓縮機組、所有站場只需一個指令，即可由控制程序自動完成遠程一鍵啟停機、一鍵啟停站。

中俄東線管道沿線大多是高寒地區(qū)，冬季暴雪過后，巡線車輛常因積雪無法正常行駛，為日常巡線帶來困難。中俄東線管道強化技防手段應用，實現(xiàn)了管道線路的第三方施工與地質(zhì)災害風險的準確識別。

在本體智能檢測方面，國內(nèi)首次實現(xiàn)寬度 0.3mm 環(huán)焊縫開口裂紋、直徑 3mm 針孔缺陷檢測，十分之一芝麻粒寬度的微小焊縫都能檢測定位，實現(xiàn)了管道本體缺陷的自動檢測和智能識別，有效保障了管道的本體安全。

在線路智能巡檢方面，通過研發(fā)形成光纖安全預警、視頻智能識別、無人機智能巡檢、智能陰保等技術，構建“天空地”一體化智能管道巡護模式，實現(xiàn)管道線路風險由人工巡檢的被動防護向全智能主動管控的轉(zhuǎn)變，大幅降低人工成本，有效解決極寒環(huán)境下的管道全時全域安全保障難題。

在主動管控方面，中俄東線還實現(xiàn)了設備遠程監(jiān)測診斷，構建了壓縮機組、電氣設備、計量與控制系統(tǒng)等關鍵設備遠程監(jiān)測系統(tǒng)，對實時數(shù)據(jù)、歷史變化趨勢等進行診斷分析，初步實現(xiàn)故障的及時預判、集中監(jiān)測和診斷分析。

閆峰介紹說：“壓縮機組是天然氣管網(wǎng)輸送的關鍵設備。以往，壓縮機組的維護保養(yǎng)依賴傳統(tǒng)模式，按固定周期開展工作。比如，當壓縮機組運行時長達到4000和8000小時，便會進行例行維護保養(yǎng)；累計運行五萬小時后，則需返廠實施大修。中俄東線管道建設以來，我們引入AI、大模型等前沿技術，建立并持續(xù)迭代壓縮機組診斷分析模型。通過實時監(jiān)測壓縮機組運行中的軸承振動、潤滑油成分等關鍵數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對壓縮機組健康狀態(tài)的動態(tài)跟蹤。這一創(chuàng)新舉措，有力提升了預防性維護的精準度，更好保障了天然氣輸送的穩(wěn)定?！?/p>

中俄東線改變了什么？

中俄東線自2014年9月開建，2019年12月北段率先投產(chǎn)通氣。投產(chǎn)之初，中俄東線年輸氣量約50億立方米。此后，中俄東線天然氣管道輸氣量逐年遞增，其中2020年供氣量約41億立方米、2021年供氣量約100億立方米、2022年供氣量約150億立方米、2023年供氣量220億立方米、2024年供氣量超300億立方米，原本計劃于2025年達到合同輸氣量380億立方米/年。

而到2024年12月，中俄東線已經(jīng)提前具備增供至380億立方米/年的能力，也就是按照上限輸氣量實現(xiàn)滿負荷運行。投產(chǎn)通氣5年來，中俄東線累計輸氣量超過800億立方米。

“中俄東線2019年投產(chǎn)之后，就在推進增輸工作，按照預期增輸氣量投資壓縮機等設備，并且一直在提速。2024年四季度，完成壓縮機等設備布局?！遍Z峰表示，上游產(chǎn)能迅速增長，下游市場需求充足，相比預期提前一個月具備380億立方米/年的管輸能力。

國家管網(wǎng)集團不斷優(yōu)化增輸工程建設工期、提前投產(chǎn)沿線壓縮機組，確保中俄東線連續(xù)3年在冬季保供高峰月提前增輸，其中2021年11月增至150億立方米/年、2022年12月增至220億立方米/年、2023年11月增至300億立方米/年，先后建設并投用黑河、五大連池、沈陽、安平等10座壓氣站，推動中俄東線天然氣管道年輸送能力快速增長到目前的380億立方米/年。

對于中俄東線的保供意義，京津冀地區(qū)的感受尤為強烈。中俄東線投產(chǎn)后，與我國已建的東北管網(wǎng)、陜京管道系統(tǒng)及大連LNG、唐山LNG、遼河儲氣庫、西氣東輸管道系統(tǒng)等互聯(lián)互通，可向東北、環(huán)渤海、長三角等地區(qū)穩(wěn)定供應天然氣資源，增強區(qū)域天然氣供應能力和應急調(diào)峰保障能力，尤其是為冬季保供、北京冬奧會和冬殘奧會的成功舉辦貢獻了力量。

隨著2020年12月，全長1110公里的中俄東線中段按期投產(chǎn)，中俄東線輸送的天然氣正式進入京津冀，并且參與當年冬季保供。

北京燃氣集團生產(chǎn)運營部經(jīng)理張明作告訴《中國新聞周刊》，北京是國內(nèi)用氣量最大的單體城市，北京燃氣集團2023年管道天然氣供應量達到183.5億立方米，當年12月21日還曾創(chuàng)下1.36億立方米的單日用氣量歷史峰值。從2020年12月中俄東線中段投產(chǎn)后，過去4年多，北京天然氣供應版圖中，中俄東線輸送的天然氣占比不斷增加，今年已經(jīng)實現(xiàn)“完全常態(tài)化”，夏季占比三分之一左右，冬季占比更高。

隨著中俄東線氣源越來越充足，北京燃氣集團不斷調(diào)整建立適應新供應格局的資源配置方式。

“北京天然氣供應曾主要依靠4條陜京天然氣管道，中俄東線氣源進入市場后，保供，特別是冬季保供能力明顯提升。目前北京燃氣集團累計接收中俄東線輸送天然氣超200億立方米，去年冬今年春供應量進一步提高，單日高值從去年6000余萬立方米提高至今年8000萬立方米以上，占比通常達到七成以上，一些時段甚至高達90％，已經(jīng)成為北京冬季的主力氣源之一，可以說極大提升了首都氣熱電保供裕度和靈活性。”張明作介紹。

中俄東線是繼中亞管道、中緬管道之后，向中國供氣的第三條跨境天然氣長輸管道。其中，中俄東線也是四大能源戰(zhàn)略通道之一的東北通道的重要組成部分。四大通道包括三條陸上通道和一條海上通道：東北通道、西北通道、西南通道、東南海上油氣通道。

中俄東線作為目前中俄之間唯一一條天然氣長輸管道，對于確保能源安全至關重要。2023年，中國進口天然氣1656億立方米，其中LNG占比59.4％，管道氣占比40.6％。中國工程院院士黃維和在接受《中國新聞周刊》采訪時表示，氣源多元化是維護能源安全的關鍵，應該做到兩個50％，即國內(nèi)氣源與進口氣源分別占比50％，進口氣源中陸上氣源與海上氣源分別占比50％。

數(shù)據(jù)顯示，2023年，中國天然氣消費量為3917億立方米，同比增長6.6％。以此計算，中俄東線380億立方米的供氣量可滿足近10％的全國天然氣需求。根據(jù)測算，中俄東線天然氣管道投產(chǎn)，有助于推動天然氣供應緊張局面得到根本性好轉(zhuǎn)，促進我國天然氣在一次能源消費結構中的比例提高約一個百分點。

作為中俄東線完工的最后一段工程，在中俄東線南通至甪直段管道投產(chǎn)后，未來供應長三角區(qū)域的天然氣資源將更加充足、更有保障，并進一步推動長三角地區(qū)能源結構轉(zhuǎn)型。

國家管網(wǎng)集團西氣東輸公司代表司剛強表示：“2025年，通過中俄東線進入長三角地區(qū)的天然氣預計將增加近50億立方米，屆時總量可達當前國家管網(wǎng)集團向長三角地區(qū)輸送天然氣的五分之一，能夠更好滿足區(qū)域內(nèi)工業(yè)和居民用戶的用氣需求?！?/p>

據(jù)測算，50億立方米天然氣折合可替代標煤645萬噸，可減少排放二氧化硫12.7萬噸、粉塵361.8萬噸和二氧化碳730萬噸，相當于種植闊葉林2200萬公頃，約等于0.6個長三角面積。