国内外油气储运工程施工的技术现状

国内外油气储运工程施工的技术现状一、国内外长输管道施工技术现状最近几年是我国长输管道建设蓬勃发展的时期，由于管道直径增大，输送压力提高，使得管道壁厚增大，钢材钢级提高，这就要求管道施工技术水平更高，使得施工难度加大。尤其是世界级的大型管道工程——西气东输工程，西气新疆东到上海，跨越中国大陆。干线全长约4000km,经过各种复杂的地形，地貌；管径大（1016mm）,设计压力高（10MPa）,钢级高（X70）,管壁厚（最大厚度26.2mm，最小厚度14.6mm）;全线采用三层PE外防腐和内减阻涂层；一类地区采用螺旋焊管，二，三，四类地区采用直缝埋弧焊管；并首次采用管道全位置自动焊，自动超声波（AUT）检测，盾构等技术和符合国际标准的HSE管理该工程大型船跨越工程多：隧道穿越长江，黄河各一次；大型顶管加定向钻穿越黄河1次；定向钻穿越淮河1次，穿越其他大型河流12次，穿越中兴河流80处；穿越黄河1次；穿越公路648处；穿越铁路46处；建设路上隧道14条；沿管道建设伴行路1105km。线路工程共建设战场35座，阀室138座，其中压气站10座（燃驱压气站6座，电驱压气站4座）；通信系统采用卫星通信。下面分别介绍各种新技术的现状。1.线路规划我国现今已成功应用遥感技术进行管道设计，优化了线路方案，提高了选定线效率和对穿越方案的精细解释分析；利用数字高程模（DEM）和数字线划地图（DLG）及遥感影像,生成三维地面立体景观，在计算机上实现了空中漫游观察线路。2.管道自动焊国内管道焊接技术随着油气长输管道建设事业的发展得到了迅速提高，20世纪70年代及以前采用传统手工焊；80年代初，中国石油天然气管道局引进了美国，欧洲的手工下向焊工艺，并逐步推广到大部分施工企业，90年代初，从美国引进了自保护半自动焊设备和工艺，1995年在突尼斯管道工程首次使用，在库鄯线，苏丹一期等管道工程中得到完善，之后广泛应用于涩宁兰，兰成渝和西气东输等管道工程建设；“九五”末期开始进行管道自动焊（填充，盖面焊）的引进，研制和试验工作，先后在郑州——义马工程，陕京线，涩宁兰等管道工程施工中，对从国外引进的管道自动焊设备及施工技术进行消化吸收，对中国石油天然气管道局管道科学研究院研制的国产管道自动焊及配套设备进行了工业化现场试验。2001年从英国NOREAST公司引进的管道全位置自动焊内，外焊机和管道科学研究院研制的PAW2000型全位置自动焊机，已成功地应用于西气东输工程建设。在西气东输工程中，采用了两种全位置自动焊焊接方式：一种是NOREAST内焊机根焊+PAW2000国产外焊机热焊，填充，盖面焊或NOREAST内焊机根焊+NOREAST外焊机热焊,填充，盖面焊焊接方式；另一种是PWT自动外焊机根草+PAW2000国产外焊机热焊，,填充，盖面焊焊接方式。运用这两种焊接技术共完成管线焊接约670km.可以说，国内已经全面掌握了管道全位置自动焊内，外焊接技术。3.自动超声波（AUT）探伤从上世纪70年代的手持式超声波可以检测到80年代的X射线检测，一直到现在的X射线（管内爬行器）和AUT（多通道相控阵超声波），无损检测技术的综合使用，充分体现了管道焊缝检测技术的不断提高。目前。以相控阵超声波检测技术为代表的管道全自动超声检测技术在国外已经进入实用阶段，代表了管道焊缝检测技术的发展方向。4.管道腐蚀目前国内外一般采用聚乙烯三层结构作大管径埋地管道外防腐层，双层熔结环氧作弯头防腐层，热收缩套（带）作补口防腐层。另外，为了减少管道内壁粗糙度，减少摩擦阻力，提高输送效率，采用液体环氧涂料作内壁涂装。5.定向钻穿越施工技术自20世纪80年代中国石油天然气管道局引进大型定向钻穿越设备以来，已经进行了近30年的管道穿越工程实践，目前，已经掌握除鹅卵石含量大于20%的各种地质条件下的穿越施工方法，可穿越大、中、小型河流。到目前为止，共完成302条河流穿越，总长度达150km。其代表工程有：钱塘江、黄浦江、吴淞江、淮河、长江、黄河、尼罗河穿越等。2002年7月完成的钱塘江定向钻穿越长度载入吉尼斯世界纪录。6.泥水平衡盾构穿越技术盾构（SHILD）是一个既可以支承地层压力又可以在地层中推进的活动钢筒结构。盾构法施工是以盾构这种施工机械在地面下暗挖隧道的一种施工方法。中国石油管道局在忠—武输气管道红花套长江江底隧道工程中采用了泥水平衡盾构穿越技术。7.卫星通信技术应用西气东输管道通信系统以卫星通信系统为主，该系统不仅在承担管道生产运行、维护等调度用语音通信业务，同时还承担温度、压力和流量等参数的传输任务，实现上海调度中心对全线场站、阀室的集散型控制。西气东输主干管道全线共安装了181套卫星通信设备，其中场站内安装43套，阀室内安装138套。二．管道施工技术的发展趋势西气东输工程涵盖了我国绝大部分地质、地貌条件下管道施工的环境条件，为参加建设的管道施工队伍提供了开发、研究管道施工技术并付诸实施的绝佳机会。通过该工程的实施，管道施工队伍掌握了一批新技术，如管道自动焊、AUT检测、大型顶管穿越、盾构穿越以及江南水网地区施工等，使国内管道施工技术水平有了质的飞跃，有些技术已经达到或接近国际先进水平，但有些方面与国际先进水平有较大差距，国内今后应向以下几方面发展。1.管道自动焊技术、施工装备应不断完善和国际化管道自动焊的技术先进性，使得采用这种焊接工艺施工更具人性化，施工效率高，能够更好地保护环境，适应社会发展的需要。因此，今后国内管道工程建设，在条件允许的情况下，应尽可能多地采用自动焊技术，使其不断发展和完善；同时，随着自动焊机及配套装置的不断更新，完全实现国际化，将会对我国自动焊技术的发展起到极大的推动作用。2.水网地区管道施工装备标准化和施工技术完善西气东输江南水网地区的地基承载力低，施工条件恶劣，给管道施工带来很大困难。经过各参建队伍的努力，创新了多种施工方法，比较顺利的完成了管道建设任务。但回过头来看，我们的作业环境还是非常差，多数作业设备不能正常发挥作用，施工效率低，经济效益差、对施工企业的发展不利。因此，需要根据水网地区的地质地貌特点，研发与之相适应的标准化作业设备及配套的施工技术，以减轻施工作业人员的劳动强度，提高作业效率和工程质量。3.探索、完善大型顶管和盾构穿越技术大型顶管和盾构穿越均是国内新引进的大型河流穿越技术，我国目前虽掌握了操作工艺，但复杂地质条件下的施工技术，尤其是各相关工序配套施工技术还需进一步探索和完善，以提高穿越的成功率和施工效率。4.施工新技术的开发为了提高管道设计、运营管道水平，油气输送管道正向数字化方向发展，与之相配套的施工作业也要满足数字管道的要求，因此需要研究数字管道施工技术和装备。新型LNG、LPG管道，需要研究新的焊接工艺及焊接方法。中俄管线的建设需要研究冻土地区的管道施工技术及装备，以及新型防腐材料及其施工技术、装备。三、油罐施工的技术现状与发展趋势自20世纪60年代大庆油田发现以来，我国的石油储罐建设得到了迅速发展，不但建造了许多小直径的油罐，而且为适应当时社会环境要求建造了许多地下油罐和半地下油罐。而同一时期，1962年美国首先建成了160000m3的浮顶罐，其直径达109m,高17.8m;沙特阿拉伯建成了200000m3的巨型储罐，其直径达110m，高22.5m。20世纪70年代后期到80年代，我国政治经济形势发生了翻天覆地的变化，石油工业迅猛发展，储罐建设随之也发生了巨大的变化。首先，从分布地域上来看，原来的油气田及炼油厂、石油化工地均在内地，油罐也建在内地。随着改革开放政策的实施，我国石油进出口量增大，再加上海上石油的开采，使石油储罐建设在沿海地区得到迅速发展。其次，储罐的容积也不断向大型化发展。自1985年从日本引进100000m3浮顶罐的设计和施工技术并在秦皇岛坚持之后，我国陆续又引进建造了40多座100000m3座浮顶油罐，国内第一座150000m3浮顶罐2005年在江苏仪征建成并投入使用，并且开始研制大型储罐用国产钢材。但是，从我国现有油罐来看，绝大部分油罐的容积不超过50000m3,而且50000m3油罐所用的大部分钢材是从日本或其他国家进口的，国产钢材主要是16MnR,因其强度较低，使得50000m3浮顶罐下部第一节壁板厚达34mm，给大型储罐的建造带来了很大的困难。从施工角度来看，尽管近几年我国的储罐施工队伍不断发展，但自动焊技术水平和设备国产化程度还不够高。总的来看，目前我国的储罐建设，不论是储罐的容积、数量还是国产化水平，均处于起步阶段。根据我国石油及化工企业的发展状况，今后储罐的发展方向是大容积、国产化、自动焊（包括与国产钢材、进口钢材匹配的焊丝以及焊接设备）的国产化等。根据有关资料分析，储罐容积越大，单位容积的钢材耗用量越低，建罐投资相应节省，同时罐区总占地面积也越小。从经济性的角度分析，最为经济的是125000m3浮顶油罐，150000m3储罐和100000m3储罐次之，50000m3容积储罐的经济性最差。因而，我国的储罐应以125000m3浮顶油罐为首选对象，尽可能避免建造50000m3及其以下的小容积储罐。建造大容积储罐，需用高强度钢板，目前我国所使用的高强度钢板，大多是日本产的SPV490Q钢。由武汉钢铁设计院、北京燕山石化公司、合肥通用机械厂、中石化北京设计院组成的公关小组，对07MnCrMoVR钢进行了研究开发，并成功用于北京燕山石化公司3座100000m3浮顶罐。今后，为了满足我国大型储罐建设发展的需要，应进一步研制高强度钢材，提高国产高强度钢材的质量和产量。从施工角度来看，尽管我们根据日本及有关国家的规范，结合我国具体情况，首创了各种大型储罐的施工方法，但是在大型储罐的自动焊设备方面，目前尚不过关。特别是与引进的高强钢材相匹配的自动焊丝，尚依赖进口。这就是今后我们建造大型储罐所必须解决的课题。大型油罐单罐占地面积大，若油罐所在位置地质条件差别较大，会给油罐基础设计和基础处理工作带来一定的难度。如何解决复杂地质条件和沿海、沿江河等承载能力差地区的油罐基础设计和基础处理问题，是建造大型油罐必须研究的课题。同时，LNG等低温储罐的钢材与焊接技术也是必须研究的课题之一。总之，随着国家战略石油储备工程的开工建设，我国大型油罐的数量会有大幅度的增加，油罐设计、研究和建造工作者将面临更大的机遇与挑战。