世界级管道工程如何炼成？

2024年12月2日，国家管网集团对外宣布，中俄东线天然气管道工程全线贯通。

中俄东线全长5111公里，新建管道3371公里，北起黑龙江省黑河市，南至上海，分为北、中、南三段建设，北段在2019年12月投产，此次南段完工，全线贯通。除去长度创下纪录，中俄东线还选择了颇具挑战的大输量管道建设方案，并实现长输管道关键设备全面国产化。

自西气东输一线工程在2002年开工建设以来，已有20余年。在国内天然气长输管道领域，中俄东线无疑具有里程碑意义，被视为我国首条“大口径、大壁厚、高钢级、高压力”的世界级管道工程。除去工程层面的意义，在过去5年里，随着其北段、中段、南段先后投产，输气量迅速提升，对于缓解国内天然气供应紧张、保障国家能源安全亦发挥重要作用。

世界级管道工程的挑战

作为目前国内单管输量最大的管道，为达成每年380亿立方米的目标输气量，中俄东线采用“大口径、大壁厚、高钢级、高压力”的管道，所需管道数量更少，使得方案投资额更低，能够降低部分下游用户特别是工业用户的用气成本。

“最初内部对于方案存在争论，最终选择如今方案的其中一个重要原因就是‘节省投资’。”国家管网集团工程部副总经理刘海春告诉《中国新闻周刊》，铺设更少管道的方案不仅“节钱”，同样“节地”，但是对于装备、工程质量要求更高，“稍有闪失就是颠覆性影响”。

想要完成每年380亿立方米的目标输气量并非易事。刘海春介绍说：“大口径、高压力是必然选择。管道口径与输气量之间的关系容易理解，而天然气在管道中需要依靠压力才能输送，如果压力较低，将无法达到目标输气量。随着压力升高，管壁为了承压必然加厚，但是如果管壁过厚焊接难度也将增大，而提高钢级可以适当降低壁厚，减少用钢量，因此为了适应高压力输送，应尽量采用高钢级钢材。”

中俄东线采用的大管径（1422毫米）、大壁厚（32.1毫米）、高钢级（X80）、高压力（12兆帕）管道并无先例，这些管道技术参数不仅使其成为国内第一条第三代长输管道，而且意味着与之匹配的一系列设备材料如56寸大口径球阀等，同样面临没有成熟产品的挑战。这也是大口径球阀在单一工程中首次批量应用，对阀门制造工艺、密封材料等都提出新的要求。再比如中俄东线应用的调压、计量装置也是为大输量工况研发的设备，中俄东线为之提供了应用场景，带动上下游产业链推出新的产品。

“如果这些设备材料的制备无法取得突破，中俄东线工程就无法进行。这也是中俄东线工程与其他管道工程的不同之处，国家管网不仅仅负责招标采购、监督质量，还要与供应商一起从源头解决一些设备材料从无到有的问题。”刘海春说。

中俄东线从北至南穿越的复杂自然环境也带来额外的挑战。中俄东线工程分为北段（黑河—长岭）、中段（长岭—永清）、南段（永清—上海）三段施工。刘海春表示：“其他长输天然气管道多在一定纬度范围内，穿越的地形、地貌也相对单一。像中俄东线这样从北至南，穿越地区地形、地貌、温度跨度较大的管道工程并不多见，这给装备、施工带来更多挑战。”

比如对于制管而言，最低适应温度越低则难度越大，而为适应东北地区冬季低温环境，中俄东线管道最低适应温度达到零下45度。“这是大口径、大壁厚、高钢级、高压力天然气管道首次在低温环境中应用，而钢管在低温环境中本就更脆弱。”

“管道技术参数提升，以及东北地区冬季的低温环境，也让施工难度几何级数提升。”刘海春告诉记者，中俄东线管道管壁达到32.1毫米，这已经给焊接造成困难，而在焊接后进行防腐补口时，需要保温，低温环境更增添了难度。

如果说低温是中俄东线管道工程穿越东北地区时面临的最大障碍，在南段工程中，华东地区密布的水网成为需要跨越的现实阻碍。

国家管网集团建设项目管理公司东南中心负责人崔宗告诉《中国新闻周刊》，中俄东线南段工程，面对的主要难题就是水网、人员密集。“管线穿越90多处大中型河流、120多处等级公路，以及1200多处小型河流，而且涉及房屋、厂房拆迁工作更多，外部协调工作量较大。”

他告诉记者，南段工程最终穿越100余公里的水网地区，水网密布的环境导致地基承载能力有限，因此全自动焊接设备在施工过程中需要特别保障。另外，由于地下水位比较高，需要解决管道下沟时可能遇到的上浮问题。

中俄东线长江盾构穿越工程是其穿越华东地区水网的标志性工程。长江隧道内径达到6.8米，虽然相比于公路、铁路动辄15米以上的内径，这一内径并不算大，但是已经创下管道隧道的纪录，中国中铁装备为此研制了世界最小直径的常压刀盘盾构机。“最重要的是创下单台盾构机单向掘进距离最长的纪录——10.226公里。一般而言，盾构机的寿命只有10公里，长江盾构的单向掘进距离突破了盾构机的寿命极限。”

“此前穿越长江的管道隧道并不少，更多是容纳小口径单条管道的隧道。但是此次需要在有限空间安装三条1422毫米的大口径管道。”崔宗介绍，穿越长江的管道隧道属于稀缺资源，除去中俄东线管道之外，另有一条江苏省内的管道和一条备用管道。最终中俄东线穿越长江的工程提前半年左右完成。

全力打造“智能管道”

智能化，这是中俄东线的另一个重要标签。中俄东线是我国首条智能管道样板工程，以“全数字化移交、全智能化运营、全生命周期管理”为理念，将人工智能技术与管道场景深度结合，形成了管道智能建设、管体智能检测、站场智能运行、线路智能巡护和管网智能调控等技术，逐步实现了由传统管理向智能化管理的转变。

在管道建设阶段，首先在“全数字化移交”方面进行重点攻克。中俄东线保持工程资料数字化移交和纸质移交双轨运行，建立了统一的中俄东线工程信息化平台，焊口、检测与评定、防腐数据，实时上传，统一维护，统一交付。竣工坐标线下回流到设计院，形成数字化竣工资料，同时交付完整性管理PIS系统，首次形成了工程数字孪生体。

建设过程中首次研究并全面应用全自动化焊接、全自动超声波检测、全机械化防腐补口等施工工艺。比如在管道建设期间，采集一切可以被采集的数据，甚至将部分数据实时传输到云端。采用大口径、大壁厚自动焊机组，焊接质量更加可靠、稳定，焊接工效大大提高（半自动焊3倍以上），焊口一次合格率达96.32％，创造了大口径管道焊接最好成绩。并且连头口也实现了组合自动焊，中俄东线线路环焊缝自动焊率达100％。

“我们坚定不移地贯彻科技兴安战略，全力推进危险化学品领域机械化减人、自动化换人、智能化无人相关工作。借助先进的自动化与智能化技术，削减工艺现场的人工操作频次，不仅显著提升生产运维效率，更从根本上筑牢安全防线，全面提升安全水平。”国家管网集团生产部自控管理总监闫峰说。

开通后，中俄东线管道借助AR、AI、大数据等技术，推进智能站场、无人站场建设，实现智能运行。

过去，管线站场设备难以通过调控中心远程操作，而是驻站人员收到调度令后完成开关阀等具体操作。2006年，国内管线开始推动自动化操作，确保站场设备可以远程启停。中俄东线管道在智能调控方面，取得了更大的技术突破，研发了国内首套具有完全自主知识产权的大型油气管网工业控制系统，可用率达99.96％，全线压缩机组、所有站场只需一个指令，即可由控制程序自动完成远程一键启停机、一键启停站。

中俄东线管道沿线大多是高寒地区，冬季暴雪过后，巡线车辆常因积雪无法正常行驶，为日常巡线带来困难。中俄东线管道强化技防手段应用，实现了管道线路的第三方施工与地质灾害风险的准确识别。

在本体智能检测方面，国内首次实现宽度 0.3mm 环焊缝开口裂纹、直径 3mm 针孔缺陷检测，十分之一芝麻粒宽度的微小焊缝都能检测定位，实现了管道本体缺陷的自动检测和智能识别，有效保障了管道的本体安全。

在线路智能巡检方面，通过研发形成光纤安全预警、视频智能识别、无人机智能巡检、智能阴保等技术，构建“天空地”一体化智能管道巡护模式，实现管道线路风险由人工巡检的被动防护向全智能主动管控的转变，大幅降低人工成本，有效解决极寒环境下的管道全时全域安全保障难题。

在主动管控方面，中俄东线还实现了设备远程监测诊断，构建了压缩机组、电气设备、计量与控制系统等关键设备远程监测系统，对实时数据、历史变化趋势等进行诊断分析，初步实现故障的及时预判、集中监测和诊断分析。

闫峰介绍说：“压缩机组是天然气管网输送的关键设备。以往，压缩机组的维护保养依赖传统模式，按固定周期开展工作。比如，当压缩机组运行时长达到4000和8000小时，便会进行例行维护保养；累计运行五万小时后，则需返厂实施大修。中俄东线管道建设以来，我们引入AI、大模型等前沿技术，建立并持续迭代压缩机组诊断分析模型。通过实时监测压缩机组运行中的轴承振动、润滑油成分等关键数据，实现对压缩机组健康状态的动态跟踪。这一创新举措，有力提升了预防性维护的精准度，更好保障了天然气输送的稳定。”

中俄东线改变了什么？

中俄东线自2014年9月开建，2019年12月北段率先投产通气。投产之初，中俄东线年输气量约50亿立方米。此后，中俄东线天然气管道输气量逐年递增，其中2020年供气量约41亿立方米、2021年供气量约100亿立方米、2022年供气量约150亿立方米、2023年供气量220亿立方米、2024年供气量超300亿立方米，原本计划于2025年达到合同输气量380亿立方米/年。

而到2024年12月，中俄东线已经提前具备增供至380亿立方米/年的能力，也就是按照上限输气量实现满负荷运行。投产通气5年来，中俄东线累计输气量超过800亿立方米。