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稳定宏观经济大盘,促进我国城镇燃气管道新的发展

2022-06-22 上海钢管行业协会 阅读

稳定宏观经济大盘,促进我国城镇燃气管道新的发展

彭在美 刘建伟 上海钢管行业协会 上海 200070

【内容提要】疫情过后,稳定经济大盘的切入点在于加大投资力度。稳增长的重点之一是“全面基建”,还是要从基础设施着手,其中城镇燃气管道改造与建设是其重要内容。目前我国约有10万公里管道(其中城镇燃气管网2万公里)老旧需要更新改造,管道投资约1.4万亿元,其中燃气管道改造更新606亿元。

国务院办公厅发布《城市燃气管道老化更新改造实施方案(2022~2025年)》,各个省市出台落实的规划,例如:河北省2022- 2023年完成城市老旧管网更新改造3383公里,广西省新建燃气管道4000公里,等等。为了有助于城市燃气改造与建设工作,本文简述了国内外有关的标准制定、钢管高质量发展所应用的高新技术、管网建设、运营的新理念、新技术,城镇燃气管道发展的方向是绿色化、智能化。最后提出了一点建议。

前言

在当前我国动态清零战胜疫情之际,及时提出稳定宏观经济大盘的决策。稳增长的重点之一是加大投资力度,而其最关键的是“全面基建”,已提升到国家安全的高度。“全面基建”还是要从基础设施方面发力,同时城镇基础设施上还存在不少短板,尤其是近年来人口增长较快的城镇,还面临着人口增长与基础设施不足之间的矛盾。即使在一、二线大中城市,还存在基础设施因老旧需要更新改造的问题。这其中,城镇燃气管道改造与建设已是基础设施的重要发力点。在国际方面,俄乌战争使俄罗斯切断了对欧盟多国天然气供应。从长期来看,俄罗斯的天然气市场格局将由欧洲重心转移到中国,这也促进我国天然气城镇管线在华北、华东地区的布局。

1. 中国城镇燃气管线总长度的评估

如何对城镇燃气管线总长度评估?城镇燃气管线与天然气长输管线在长度上有一定的比例关系。2013年世界油气管线长度为355.9万公里,其中美国油气管线222.5万公里,占世界油气管线总长度的62.5%。日本、西欧、俄罗斯各约为20万公里。2013年世界天然气管线总长度为286.5万公里,美国198.4万公里,占世界天然气管线总长的69.4%;俄罗斯天然气管线16.4万公里,而我国2016年天然气管线长度仅为6.8万公里,是2013年俄罗斯的37.8%,美国的3.1%。到了2018年,我国累计油气管线总长度13.6万公里,其中天然气管道累计长度7.9万公里。“十三五”期末,预计天然气管道累计长度可达10.4万公里。由此,按城镇燃气管线长度与天然气长输管线长度之比约6:1,故可知2020年城镇燃气管线累计长度约60万公里,这与“十三五”城镇燃气管网规划建设目标到2020年达到总长度为60万公里相符,这其中钢管总长度约30万公里,其他管材总长度约30万公里。

“十四五”期间,中国天然气长输管线新建2.5万公里,其中天然气长输管线1.5万公里,原油和成品油长输管线各为0.5万公里。

“十四五”期间中国天然气长输管线布局将有微调,不再是完全依靠“西气东输”。俄乌战事将使俄罗斯天然气市场格局由欧洲重心转移到中国,例如自中俄东线通气之后,推进俄罗斯经蒙古国向中国输送天然气管道建设项目,详细计划于今年11月30日完成。同时,俄罗斯正在准备扩大对华天然气出口,从萨哈林岛输送天然气将成为远东管道的主要气源,开发工作计划2023年开始。俄罗斯经远东天然气管道对华供应天然气100亿立方米/年,合同期为25年。这将促进我国华北、华东地区城镇燃气管道建设。

“十四五”期间2022年将建设筹集保障性租赁住房240万套,同时,新开工改造城镇老旧小区5.3万个,同时还强化农村基本公共基础设施建设,促进水、电、燃气管网的建设、房屋修缮工程的落地。

2. 城镇管网改造和建设成为“十四五”基础建设的重点之一

2.1 国内外管道安全事故迫切需要改造更新

自20世纪50年代以来,随着全球范围内油气管道大规模建设,管道安全事故时有发生。统计显示,1970年-1992年,美国共发生油气管道事故9000多起,平均每年400多起;1981年-1996年,前苏联发生输气管道事故752起,其中,损失最惨重的1989年输气管道爆炸事故,有800多人葬身火海。1970年-1990年间,加拿大发生油气管道事故800多起。

2018年9月13日美国马萨诸塞州三个城镇-劳伦斯、安多弗和北安多弗发生10年来最大的天然气管道系列爆炸。美国哥伦比亚燃气公司运营的马萨诸塞州约8000公里天然气管道,其中15%存在泄露风险,平均每年要维修超过1200处管道泄漏,更新费用昂贵。

我国管道安全形势也相当严峻。1976-2006年仅我国西南地区发生各类管道事故200多起。近年来,国内重大油气管道事故举例,2013年11月12日,山东黄岛的东黄输油管爆炸事故,62人遇难,136人受伤,经济损失75172亿元。2017年7月2日中缅管道贵州晴隆天然气管道爆炸,8人死亡,35人受伤;2018年6月10日发生第二次爆炸,一人死亡,23人受伤,直接经济损失2145万元。2019年3月20日山东泰青威天然气管道破裂起火爆炸,因发生在荒山山沟中,所幸未造成较大事故。

城市燃气管线也是事故多发管道。例如2005年12月22日北京东六环马驹桥附近新安装的天然气输送管线启用三天后发生因焊缝氢致裂而导致天然气泄漏事故。2005年-2007年发生广东佛山煤气管线和南京燃气管线天然气泄漏事故。近年来尤其是2021年9月10日大连、10月21日沈阳和特别是在湖北十堰发生的较大燃气爆炸事故。有专家对28起事故分析中,钢管质量问题占39.2%,环焊缝问题占21.43%,腐蚀失效问题占17.86%,过量变形问题占14.29%,其他因素如第三方施工破坏、地质变化等占7.1%。

从以上国内外天然管道事故,老旧管道迫切需要改造更新,例如美国哥伦比亚燃气公司2016年更换存在泄露隐患管道就花费约5600万美元,我国也在这方面加大投资力度。

2.2 城市燃气管网改造和建设被按下“加速键”

2022年1月20日应急管理部安全协调司司长在例行新闻发布会上,回答记者提出的近期全国一些地区发生多起燃气事故时指出,全国城镇燃气使用规模增长迅猛,用气人口已超过6.67亿人,全国城镇燃气使用的普及率已经达到97.87%,由于使用的管道大都是20年前建的管道老化、老旧,初步统计,现在全国已经有近10万公里管道(其中城镇燃气管网2万公里)不同程度老化和存在安全隐患,当时建设标准较低,日常更新、维护、保养不及时,问题积累到现在,风险挑战非常大。

2021年12月8日-10日,中央经济工作会议上,习近平总书记对此作了批示:要求“十四五”期间,必须把管道改造和建设作为重要的一项基础设施工程来抓,包括加速城市管道老化更新改造等。国务院办公厅发布《城市燃气管道老化更新改造实施方案(2022-2025年)》,国家发展改革委和住房城乡建设部据此对燃气老旧管网制定专门的更新改造实施规划。预计管道投资规模1.4万亿元,其中燃气管道改造(含施工)606亿元。

河北省出台政策,2022年-2023年,全省完成城市老旧管网更新改造3382.8公里,关于燃气管网,主要改造运行年限超过15年的铸铁管、镀锌钢管的老旧管网。又例如,广西省“十四五”期间将新建燃气管道4000公里以上,城市管道燃气普及率达80%,县城管道燃气普及率达45%。广东省发布城镇燃气发展“十四五”规划,一方面加快老旧管道改造,一方面新建互联互通燃气管道299.3公里。此外,浙江、江苏、福建、河南、山西等也出台了城市管网改造、建设“十四五”期间规划。

为了有助于城市燃气管道的改造与建设工作,有必要总结国内外城市燃气管网与天然气长输管线标准制定、钢管高质量发展所应用的新技术、设备以及管网建设运营营的新技术。

3. 国内外城市天然气管道和天然气长输管道标准比较

3.1 国内外城市燃气管道标准比较

国内外一些城市的长输管道和城市燃气管道压力情况如表1

表1 国内外一些城市的长输管道和城市燃气管道压力(MPa)

城市名称

长输管道

环状高压管道

城市次高压管道

中压管道

低压管道

洛杉矶

5.93-7.17

3.17

1.38

0.138-0.41

0.0020

温哥华

6.62

3.45

1.20

0.41

0.0028

或0.0069

或0.0138

多伦多

9.65

1.90-4.48

1.20

0.41

0.0017

中国香港

/

3.50

A:0.40-0.70

B:0.24-0.40

0.0075-0.24

0.0075

或0.0020

悉尼

4.50-6.35

3.45

1.05

0.21

0.0075

纽约

5.50-7.00

2.80

/

0.10-0.40

0.0020

巴黎

6.80(环以外法兰西岛地区)

4.00(巴黎城区向外10-15公里的一环)

0.40-1.9

A:≤0.40

B:≤0.04(老城区)

0.0020

莫斯科

5.5

2.0

0.3-1.2

A:0.1-0.3

B:0.005-0.1

0.0050

东京

7.0

4.0

1.0-2.0

A:0.3-1.0

B:0.01-0.3

0.0100

国内在编制城市燃气管道规范时,吸收了美国联邦法规第49号、联邦标准 ANSI/ASME  B 31.8和英国气体工程师学会标准IGE/TD/1等标准内容。根据国外经验结合国内实际情况,将城市燃气管道压力设计分为4个档级、7个等级,见表2。

表2 国内城市天然气管道设计压力等级表

档级

名称

等级

压力/MPa

高压燃气管道

1

A

2.5<p≤4.0

2

B

1.6<p≤2.5

次高压燃气管道

3

A

0.8<p≤1.6

4

B

0.4<p≤0.8

中压燃气管道

5

A

0.2<p≤0.4

6

B

0.01<p≤0.2

低压燃气管道

7


p<0.01

在钢管选型方面,压力P<1.6MPa时,可以选择符合国家标准《低压流体输送用焊接钢管》GB/T 3091-2015,(国外标准:ISO 559),当压力P在1.6-4MPa时,钢管选型应符合国家标准GB/T 9711.1-1996《石油天然气工业输送钢管交货条件第1部分:A级钢管》或GB/T 9711.2-1999《石油天然气工业输送钢管交货条件第2部分:B级钢管》,(国外标准:API),和GB/T 8163-2018《输送流体用无缝钢管》,(国外标准:EN1026- 1:2013)。城市燃气用钢管选型大多用HFW高频直缝焊管。当≥直径711毫米时,大多选用直缝埋弧焊管。在特殊情况下,也可以用无缝钢管,例如穿越河流、铁路、公路等地质环境。

3.2 国内外长输天然气管道标准比较

国外长输天然气管道标准主要由美国API Spec 5L;国际标准 ISO 3183-1,ISO 3183-2,ISO 3183-3,以上ISO均为1996年版。

国内长输天然气管道标准是以上国际标准协调后,编制了国家标准GB/T 9711-2011《石油天然气工业管线输送系统用钢管》,代替了GB/T 9711.1-1996.GB/T 9711.2-1999/、GB/T 9711.3-2005三个标准。本标准认为管线钢管存在两个基本水平的技术要求,即PSL1和PSL2。国标的钢级用“L”表示,国际标准用“A”、“B”、“X”来表示。其对应关系以PSL1举例如下:L175/A25, L210/A, L245/B, L290/X42, L320/X46, L360/X52, L390/X56, L415/X60, L 450/X65, L485/X70。国内常用API Spec 5L或GB/T 9711-2011,两个标准是等效的。

石油天然气长输管道的钢管选型:一、二类地区用螺旋埋弧焊管,三、四类地区用直缝埋弧焊管。

现在回过来再看城市燃气用钢管的钢级选择:当干线、环状管网因天然气压力较高,采用钢级一般在L360-L450之间;当管网支线压力已很低,采用钢级一般在L245可以适用。

关于天然气长输管道标准问题,无论国际标准(ISO)和美国标准(API)或国标 (GB/T 9711-2011)都是基本要求,当用户(例如中石油等)招标时,往往附加《技术附件》,有若干条款补充国标所未列入的内容。钢管企业应当遵照执行。国外也如此。

中俄天然气东线建设,中国与俄罗斯的两国执行的标准,各有差异,总体来看,俄罗斯国家标准在某些技术条款要求上更为细致。“一带一路”各国执行天然气管线的标准往往各具本国特色,钢管企业在产品输出前,要在贸易谈判时,在技术条款上沟通好。

4. 天然气长输管线和城镇燃气管线在新技术、新设备方面取得了新成果

4.1 天然气长输管线新技术、新设备方面取得的主要新成果:油气输气量和管材的技术进步。近年来,以中俄天然气东线输送管道为例:高强度X80级、直径1422毫米、大直径厚壁埋弧焊管的应用,使得单管输气量由西气东输一线的150亿m³/a增加到380亿m³/a,实现了天然气的高压大流量输送;掌握了X80大直径、厚壁埋弧焊管制造的关键技术,一是确保DWTT低温韧性要求,例如中俄东线低温(零下45℃)的脆性断裂控制问题得以实现,解决了长期以来困扰我国管道界的一个难题,二是钢管制造技术,包括管材成型(螺旋焊管二步法成型技术、直缝埋弧焊管UOE/JCOE技术)、焊接(自动焊接)、扩径、水压等工艺优化,残余压力控制(包括氢致裂)和管材几何尺寸的高精度控制等,突破了高强度(X80)、厚壁管线钢(螺旋焊管壁厚21.4毫米和直缝埋弧焊管壁厚33.4毫米)、大直径(直径1422毫米)的关键制造技术,实现了批量应用,促进了管道建设的发展,达到了国际先进水平。焊管生产信息化和自动化融合程度不断提高,例如人工智能和工业机器人的应用,早期仅有宝钢UOE生产线引进了引熄弧板焊接机器人,而目前成品管喷标机器人、管端焊缝磨削机器人和管端几何尺寸激光自动检测机器人的研发和应用也取得可喜的进展,不仅减少了人工,减轻了劳动强度,而且提高了生产效率和制造精度。有的焊管企业例如宝鸡石油钢管公司实施了ERP、MES、PDM等信息化建设,以及物联网信息系统建设,提升了钢管生产全过程的数字化,智能化和管理水平。天然气长输管道的工程建设上升到自动化、数字化新阶段。中俄东线天然气的黑河-长岭段工程是天然气管道工程的标杆,“智慧工地”实现了施工过程的实时远程控监控和数据自动采集上线,并首次实现管线100%自动化焊接、100%AUT检测、100%机械化防腐补口、焊线一次合格率高达95.48%,工程质量达到国际一流水平。这给城镇燃气工程建设起了示范作用。

4.2 城镇燃气管线在新技术新设备方面取得的新成果

城镇燃气管道主要采用HFW高频直缝焊管, HFW焊管质量的提升来自于制造技术的创新。高频焊管制造从传统的辊式成型发展到排辊成型,又发展到FFX柔性成型和等刚性(URD)机架的应用,在一定程度上实现了智能化成型,焊接和热处理电源从电子管发展到全固态,节约了电能,大大提高了加热效率和数字化、智能化控制水平;通过对高频焊接技术和热处理质量控制技术,使焊缝性能接近母材水平,通过实行一贯制管理模式,将高频焊管的质量控制前伸到原料设计和生产环节,从而提高了焊管的产品性能和质量水平,进入到世界先进行列。

城镇燃气管道施工安装和运营管理方面在新技术、新设备方面取得的新成果。管道直线敷设时,管道建设、维修或更换时,需要开挖道路,从而污染和破坏环境,为了解决此类问题,目前燃气供应企业采取非开挖方式:a.采用水平定向钻、顶管、分管、浅埋暗挖(盾构)敷设的方法新建燃气管道;b.采用翻转内衬技术,PE管插管技术、裂管技术等修复在役管道。这种非开挖的施工方式,是一种绿色环保新技术,应当广泛推广,北京市采用这种新技术,大大减少了频繁开挖建设燃气管道的状况。江苏、浙江两省燃气管道项目在推广顶管、定向钻和CCTV检测工程的招标信息很集中。北方大连华润燃气有限公司2019年天然气改造项目——定向穿越项目,招标金额446万元。山东深远通达管道安装工程公司完成定向钻工程达10多个,例如舟山液化天然气(LNG)接收站管道项目秀山岛定向钻越工程等,中石化承建湘西天然气管网澧水定向钻越工程、管径直径323.8毫米*8.0毫米,穿越全长526毫米,等。

城市燃气管网运营管理的一个重要方面,就是检测在役运行中天然气管道有没有缺陷,以保证天然气安全正常输送。中石油与沈阳工业大学共同研发的全方位超高清漏磁内检测器,可检测管道轴向方向的裂纹、焊缝、机械损伤和腐蚀凹坑等缺陷,达到国际领先水平。云南中新区智慧综合管廊,利用云平台、大数据、物联网、GIS+BIN技术,通过全生命周期一体化智慧管控平台,实现可视化、自动化维检,智能化应急、标准化数据、全局化分析、精准化管控,提高了综合管廊智能管控水平与运行效率。

关于城市燃气管道纳入综合管廊,国内外尚有不同认识。综合管廊属于封闭空间,当燃气泄漏时,不易扩散,容易发生火警安全事故。日本大阪燃气公司,其高压燃气干线总里程约731公里,其中纳入管廊的约5公里,占比约为0.68%。法国综合管廊里程很长,逾2000公里,但是燃气管道未纳入其中。

国际上因冠状病毒(Corona)在全球流行,限制人员流动,不能到管道施工现场指导安装新设备安装、调试、培训。德国KRAH公司利用网络技术实现远离现场下,完成上述工作,值得我们借鉴。

5. 绿色化和智能化是城镇燃气行业的发展方向

城镇燃气行业从管道使用压力来看,≤4Mpa;从管道性能来看,钢级≤L450/x65;从管道的基本水平的技术档次来看,定位为PSL1;从总体来看,属于中低压流体管道。与长输天然气管道发展方向是追求高钢级、高压力、大直径、大气量是不相同的。城镇燃气管道向高质量发展的内涵是保障安全可靠。从钢管的生产制造和施工安装以及运营管理来看,绿色化、智能化是发展方向,国内外都是如此。

具体来看,长输天然气焊管向大输气量方向发展,例如俄罗斯巴甫年科沃-乌恰管道直径1420毫米压力11.8Mpa,输气量580亿m³/a;海底输气管道有俄罗斯北溪2号管道直径1220毫米压力22Mpa,输气量550亿m³/a。海洋天然气资源开采,并随后液化(LNG)用船运输至港口,是发展方向。

HFW高频焊管中大直径(直径219-直径630毫米)接触焊工艺节能,其功率约为感应焊工艺的43%-50%;省去剪切对焊机及螺旋活套装置的总重量504t,节省大量投资,提高金属收得率。

城镇燃气管线安装施工,尽可能采用非开挖方式;水平定向钻、顶管作业;修复在役管道,有条件的环境允可,尽可能采用翻转内衬技术,在施工现场,向“智慧工地”模式看齐,施工过程实时远程监控,数据自动采集上线,推广管线自动化焊接、AUT检测,提高工程质量。

城镇燃气管道运营管理,实现自动化、智能化、可视化维护检测,确保安全运行。

6. 一点建议

从行政管理来看,城镇燃气行业有三个不同主管部门:城镇燃气工程均为市政工程;城镇燃气管道归国家建设部门主管;城镇燃气管道的特种设备性质其监检机构又隶属于市场监管部门。如何协调三个主管部门,使质保体系运转好。

城镇燃气管道施工质量不易控制的问题,主要是施工单位质保体系失控。特种设备监察部门应督促建设方对投标的市政工程单位是否具有压力管道安装的资质进行严格审查,严禁把压力管道安装分包给无管道安装资质的单位;同时,督促监检机构加强对质保体系运转的监督。简言之,就是施工单位的质保体系和监检机构的质保体系在特种设备监察部门协调下运转都正常,才能保证施工质量。

城镇燃气管道安装监检常见质量问题,往往出现在设计图纸审查、施工方案制定、材料确认、焊接工艺及质量控制、无损探伤检查、压力试验等几个安装质量控制的关键节点,直接影响管道施工质量。同时,要求管理人员及技术人员业务能力必须达标。

 

 

作者简介

彭在美,教授级高级工程师,上海钢管行业协会专家委员会 高级顾问

刘建伟,上海钢管行业协会专家委员会委员,浙江金州管道科技股份有限公司 市场总监

 

参考文献

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