中国石油海外管道项目建设现场。

  编者按:由于地理环境不同和油气资源分布不均,石油天然气的长距离运输成为必然。与公路运输、铁路运输、水路运输、航空运输相比,凭借运输成本低、损耗少、永久性占用土地少、建设速度快、油气运输量大且安全性能高等优势,管道运输成为油气输送的主要手段。能源需求的快速增长更推动了能源管道相关领域的迅猛发展。

  早在1600多年前,我国就有用木笕输送卤水的史料记载。明末清初,我国就有人采用木笕或竹笕连成管道,用于输送天然气,堪称最原始的输气管道。1879年,美国在宾夕法尼亚州建成世界第一条长距离输油管道,管径150毫米、长176公里,成为管道输油工业的开端。

  随着我国工业、制造业及相关领域的飞速发展,能源管道从设计、装备制造到建设、运行等均实现从追赶到领跑的跨越。

  本期《石油地理·厉害了,我的油》通过几代人讲述与管道有关的故事,多维展现我国能源通道发展历程和相关科普知识,敬请关注。

  世界油气管道是如何发展的

  能源需求的快速增长推动了管道工程建设的迅猛发展,大型国际管道已横跨北美、北欧、东欧乃至跨越地中海连接欧非两个大陆。

  20世纪20年代末,焊接技术诞生,使管道建设进入飞速发展时期。1925年,英国建成世界第一条焊接钢管天然气管道。第二次世界大战期间,美国建设了当时世界上口径最大的原油管道和成品油管道——德克萨斯州朗维尤至纽约州费城原油管道(管径610毫米)、德克萨斯州博蒙特至新泽西州贝永成品油管道(管径508毫米),成为现代输油管道的开端。1944年6月,英美盟军跨越英吉利海峡建设了一条成品油管道。到1959年,美国的原油输送管网已发展至25.7万公里,80%运往炼油厂的原油靠管道运输。

  从20世纪60年代开始,管道向大管径、长距离方向发展。70年代,我国建设了青海格尔木至西藏拉萨的成品油管道,全长1076公里,成为世界海拔最高的输油管道,最高点海拔达4857米。

  输气管道的建设和发展比输油管道晚一些。1891年,美国在俄克拉荷马州建成一条4公里的天然气试验管道。20世纪70年代,长距离、大输量海底天然气管道开始建设。

  父子“焊”将

  焊接:从手工焊到半自动焊再到自动焊,从单焊炬到双焊炬再到更多焊接方式的研究和应用……如今,中国能源管道焊接技术已完全可与国际先进水平比肩。

  管道三公司有这样一对父子。父亲李文豹是有名的焊接专家,只要是他负责的纤维素打根焊,合格率均为100%。儿子李心是自动焊能手,勤奋好学、技术过硬。父子俩专业相近,常在一起讨论焊接技术,让人羡慕。

  “别看我们现在相处得和谐,当初因为我选择电焊专业,我爸还生气了。”李心说,父亲干了大半辈子电焊,知道焊工的苦与累,当爹的心疼儿子。

  在李文豹看来,长输管道施工最辛苦的就是电焊工。1974年,年仅18岁的李文豹参建秦京线,项目正开展“大干45天”劳动竞赛,焊工们每天4时起床上工,20时收工,累得腰酸背痛。一天下来,30个人的小分队也只能焊接管径529毫米的管口40多道。

  李文豹不想让儿子干电焊,李心却倔强地接过了父亲手中的焊枪。

  “要么不干,要干就好好干!”父亲的叮咛,儿子时刻记在心上。除了师傅教授技艺,李心常到父亲那里“吃小灶”。如今,33岁的李心有着西二线、漠大线、中亚支线、中俄二线等10余个大型管道建设项目施工经历,迅速成为所在单位的骨干力量。

  随着科技的迅猛发展,管道施工工艺逐渐由手工焊向自动焊转变。李心向记者讲述从事自动焊的经历并笑言在自动焊方面,他比父亲厉害。

  在中亚管道项目建设中,李心和搭档是填盖队伍中最高效的。经过充分调试准备,每辆车每天可完成管径1067毫米管口10道。“磨合期后,我告诉我爸一天一辆车能焊15道口,他特别惊讶,还嘱咐我回去后多休息,其实一点也不累。”李心说,全自动焊在速度上具有优势,又能把焊工从繁重的工作中解放出来,调整好参数后,只要有一定焊接经验的都可以轻松掌握。父亲从儿子口中逐渐了解自动焊技术,不禁感叹焊接设备的先进。

  2016年7月,国家重点工程——中俄原油二线开工,管道局在施工中首次应用自主研发的全自动焊利器——CPP900。李心来到了大兴安岭。那里冬季长达7个月,有效施工时间短,11月中旬的加格达奇最低温度达零下30摄氏度,严寒导致设备无法发挥最佳效果,但参建人员连续攻关,依然创下管径813毫米日焊接55道口的施工纪录。

  李心所在的CPP307机组接受中央电视台采访的那天,李心给父亲发了一条微信:“爸,这就是您儿子用国产自动焊焊出的管子,漂亮吗?3分钟就焊出一道完美的根焊,20分钟就可以完成填盖。”

  2017年12月10日,中俄二线投产,李心回到河南中牟基地开始新一轮岗位练兵。“希望下个工程,我能带着老爸到全自动焊施工现场看看,让他感受国产自动焊机的‘速度’与‘激情’。”(李程 吴鸽)

  两代人见证输油

  运行:目前,我国油气管网建设大量采用互联网、地理信息系统等技术,并进行统一规划部署,与自动化控制等管理技术有机结合,实现油气管道安全优化运行管理。

  张展祥、何淑敏夫妇是东北管网铁岭站退休员工,在站工作30余年。谈起输油站的变化,夫妻俩最大的感受是人少、设备多、自动化水平越来越高。

  1975年,张展祥进入铁岭站,经技术培训、实际考试合格,成为生产班的一名输油工。“当时铁岭站正大规模建设,只有3座半地下储油罐,设备运行状态不稳定,还要在设备前操作,特别是输油泵启动时,要手拿抹布、坐在小板凳上守在泵前,唯恐启泵时发生意外。”张展祥回忆道,“泵房内震耳欲聋,交流要大声喊和打手势。”

  到1983年,随着输油量的增加,铁岭站已实现接收庆铁新老两条管道来油和向铁大线、铁秦线、铁抚线输油,工艺运行方式为“二进三出”。1987年,原流程从“先泵后炉”改造为“先炉后泵”,实现输油生产自动控制和密闭输油。

  设备的变迁,何淑敏深有感触。1974年,何淑敏是一名炉工。“当时是老式方箱直接加热炉,点火方式是人工持火把点燃燃料油。火把点炉很危险,需要手动调风、调油,火焰的调节也是原始的手动开关阀。”1990年,庆铁三线“八三”改造启动,热媒炉代替老式方箱加热炉,全部采用威索燃烧机和PLC程序控制,使加热炉点火、调节更方便且安全。

  在父母耳濡目染下,女儿张俊毕业后成为输油站的一员,现在为输油调度。张俊说,刚工作时,记录还是手写,现在所有运行数据都通过计算机自动扫描记录并传输到千里之外的控制中心。

  2006年,铁岭站还完成大庆原油和俄罗斯原油顺序输送、分储分输和比例掺混工艺改造,揭开东北管网输送不同介质的序幕。2008年,铁岭站8座新建储油罐全部投入运行,成为国家重要原油商业储备库,储油能力达115万吨。

  2015年,新“八三”管道投产运行,服役40多年的“老八三”管道退役,东北管网旧貌换新颜,全部实现中控操作。如今,张俊已工作15个年头。2017年12月8日,中俄原油二线全线贯通,站内铁大线俄油增输改造工程正紧张投产调试。运行后,俄油输量将由原来的1540万吨增至2540万吨。(孙秀丽)

  一管多油掺混输

  混油输送:一条管道中多种油品输送与多条单一油品管道输送相比,可有效提高管道输送效率,最大限度满足不同用户需求,具有明显的经济效益。

  2017年12月14日,西部管道鄯善原油首站顺利完成16万立方米兰炼油品掺混。2017年,这个站已完成112批次、24个比例原油掺混输送,混油质量合格率达100%。

  “我们所说的掺混输送是按先进重油后进轻油,同时掺混、同时结束原则,将不同凝点的油品按一定比例掺混再输送。”鄯善作业区副主任陈眉生说,“这种输送方式与以前采用的单一油品输送或多油品顺序输送工艺相比,可有效降低高黏度、高凝点原油的黏度和凝点,实现油品常温输送,最大限度地节能降耗。”

  西部原油管道投产初期,为防止低温导致原油凝管,全线设置34台加热炉,提高原油输送温度。据统计,2008年11月至2009年3月,34台加热炉仅燃油能耗就达7万吨标煤,占西部原油管道全部能耗的70%。

  “能耗太高,而且一到冬天就担心加热炉出问题。”首站投产后就一直在站上的陈眉生说。为降能耗并彻底消除加热炉带来的隐患,2012年4月,西部管道公司、北京油气调控中心根据混合油品物性及沿线油温低温情况,首次将混油运行方式从加热输送调整为常温输送。2013年10月,西部管道不再进行单一油品输送,完全实现北疆油、塔里木油、吐哈油和哈萨克斯坦油“四油混输”。

  此后几年里,西部管道公司不断探索改进掺混比例,深入研究不同种类原油掺混后的凝点变化趋势。通过长期对不同种类混合油品进行物性监测,目前掺混的混油凝点可达零下20摄氏度,即使在冬季最低温时,全线34台加热炉也可退出运行,管道完全实现常温输送多种油品,仅这一项一个冬天就节约燃油8000多吨。

  输送工艺的不断优化有效提升了高黏度原油的流动性,解决了高黏度原油难以常温输送的难题,但对于鄯善原油首站员工来说,责任更大了。

  作为原油掺混始发站,鄯善原油首站平均每年要完成6个以上不同比例掺混任务,主要以乌鄯线、库鄯线和吐哈支线3条来油管线分别接收的哈国油、塔里木油及吐哈油为主进行掺混。由于这3条来油管线排量与输送排量不同,使转油、切油倒罐操作频繁,每年需要制订100多批次掺混计划,进行工艺流程操作1000多次。 (尹竞)

  一条管道能够同时输送多少种油品?

  19世纪末,美国首先采用顺序输送工艺,输送3种品级的煤油。上世纪40年代,随着顺序输送的混油机理和计算理论逐步完善,世界上各长距离成品油管道广泛采用顺序输送工艺,其顺序输送的油品品种多达10余种,包括的品级和牌号则有上百种。

  我国对顺序输送技术的研究始于20世纪70年代。首条具有一定规模的长距离、大口径、多分输的顺序输送的成品油管道为兰成渝管道。

  三次建设高潮

  第一次高潮:20世纪70年代,东北管网的建设掀起中国油气管道建设的第一次高潮。

  第二次高潮:始于20世纪90年代的西部管道建设,掀起中国油气管道建设的第二次高潮,新疆库鄯管道、陕京管道、兰成渝管道及西气东输一线等一系列工程相继竣工投产。这段时间建成的管道相当于1980年以前全国建成管道总量的3倍。

  第三次高潮:随着西气东输二线的开工建设,中国管道建设进入第三次高潮,仅2009年全国新建管道里程就超过5000公里。

  截至2016年,中国石油运行油气管道延展长度约8.12万公里,覆盖全国30个省区市和香港特别行政区。

  □ 气化首都及华北的开端——陕京一线

  □ 中国管道建设的里程碑——西气东输

  □ 我国首条跨国原油管道——中哈原油管道

  □ 我国首条商用成品油管道——兰成渝管道

  □ 世界管道建设的奇迹——中亚天然气管道

  □ 施工难度最大的管道——中缅油气管道

  焊接技术

  从手工焊到半自动焊再到自动焊,从单焊炬到双焊炬再到更多焊接方式的研究和应用,从技术引进、设备进口到实现技术和装备的自主研发……如今,中国能源管道焊接技术已完全可与国际先进水平比肩。未来,数字化、自动化、智能化的焊接技术将是长输管道焊接的发展方向,搅拌摩擦焊、等离子焊、电子束焊等先进焊接技术将成为管道焊接领域研究的重点与热点。

  □ 管道手工电弧焊技术:20世纪七八十年代,手工焊被大范围应用。手工焊缺少参数规范且焊缝熔深浅,熔敷质量取决于焊工技能。

  □ 管道半自动焊技术:20世纪90年代发展起来的半自动焊工艺,采用大盘连续送丝取代手工焊条,并在西一线进行大批量使用。焊丝熔敷效率可达85%至90%,生产率比手工焊高3倍到5倍。

  □ 管道全位置自动焊技术:20世纪90年代在国内管道施工中应用,采用先进的焊接小型机器人代替人工完成整个焊接过程。

  管道监控

  管道采用的数据采集与监视控制系统SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)是基于计算机技术的生产过程与调度自动化系统。它可以对管道输送工艺、现场设备进行检测和控制,以实现数据采集处理、设备控制、运行分析、参数调节及报警等功能。

  为管道听诊

  长输油气管道运行过程中通常受到来自内、外两个环境的腐蚀。内腐蚀主要由输送介质、管内积液及管道内应力等联合作用形成;外腐蚀通常因涂层在环境中的老化失效而产生。随着管道运输安全运营的需要,国内外开发了管道腐蚀检测技术,主要分为管道外检测和内检测,通过对管道内外听诊,定期对管道进行体检,判断运行情况,保障管道安全运营。

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