超级工程|西气东输管道工程
West-East Gas Pipeline Project
西气东输管道工程
作者及单位：
张军强 中国石油西气东输管道分公司
郑洪龙 中国石油管道分公司科技中心
何文渊 中国石油咨询中心
黄维和 中国石油天然气股份有限公司
引用：Junqiang ZHANG, Honglong ZHENG, Wenyuan HE, Weihe HUANG. West-East Gas Pipeline Project[J]. Frontiers of Engineering Management, 2020, 7(1): 163-167.
文章链接：
http://journal.hep.com.cn/fem/EN/10.1007/s42524-019-0056-x#1
https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs42524-019-0056-x
一、工程概述
西气东输工程是我国西部大开发的标志性工程。2000年2月国务院批准启动西气东输管道工程，由中国石油天然气集团公司负责建设，将我国新疆塔里木盆地天然气输往东部地区。设计输量170亿方/年，于2004年底建成投产。随后为满足中亚天然气进口，先后建成西气东输二线、三线，形成西气东输管道供气系统，管道总长14520千米，覆盖全国16个省（市、区）和香港特别行政区。实现塔里木、柴达木、长庆、川渝四大气区以及中亚、中缅、进口LNG管道联网格局，供气范围通达我国西北、中原、华东、华中、华南地区，并向华北、西南地区转供天然气，成为我国天然气管网最重要的组成部分。
西气东输管道工程是世界上最大的管道工程，输量大、压力高、线路长，沿线地貌地质条件复杂。工程启动之初，我国缺乏大型管道建设核心技术和项目管理经验。对外合资合作谈判失败后，深入总结我国以往管道工程建设经验，并对相关行业技术状况进行调研，中国石油决定依靠国内力量建设西气东输管道工程。
二、工程技术管理创新
西气东输管道工程途径世界上最为复杂的地形地貌、地质和人文环境，大输量天然气管道须采用高压、高钢级、大口径技术路线。无论是材料装备和建造技术，还是工程项目管理，西气东输管道工程都需要建立全新的体系。对标世界上最先进10/12Mpa输送压力、X70/80钢级、1016/1219mm管径技术指标，西气东输管道工程开启了我国管道建设史上全面创新的历程。
创建“1+N”协同创新产业化模式
面对众多技术难题，分析国内各行业优势，西气东输管道工程提出创建“1+N”协同创新产业化模式。依托工程和业主主导工程设计，明确工程建设目标，通过合同与技术优势企业共同分解工程科技目标，快速突破核心技术并形成配套技术，并将成果应用到西气东输工程，推动油气管道及相关行业技术进步。
以中国石油为主体，组织国内冶金、钢铁、机械制造等相关行业优势资源，围绕确定的技术指标，从炼钢、轧钢、制管、焊接每一环节，到管道材料装备，开展全面联合攻关。在西气东输一线X70钢、1016mm、10Mpa压力主要技术指标取得突破基础上，西气东输二线应用自主技术全面实现了X80、1219 mm、12Mpa管道建设。
以核心技术突破为重点，围绕管道断裂控制指标，针对我国轧钢和制管能力以及工程技术经济要求，首次开展X80螺旋钢管全尺寸气体爆破试验，验证了螺旋焊缝钢管止裂韧性水平。依靠自主技术，建造了目前最先进的全尺寸钢管气体爆破试验场，为我国管道止裂韧性研究确立领先地位奠定了基础（图1）。研究制定钢管及管件标准，同步开展制管和现场焊接工艺装备研究，保证高钢级管道强度与韧性的最优匹配。
以项目管理为中心，采取开放包容的柔性组织模式，运用合同管理手段，先后与200余家开展联合攻关，形成一体化组织保障体系。采用并行工程管理方法，在开放的设计平台条件下，将最新技术成果及时应用到工程中。
图1. 管道全尺寸爆破试验
技术及管理创新
创建高压、高钢级、大口径管道建设技术体系
在大型管道建设技术领域，首先建立强震断裂带、高山峡谷、江河湖海等特殊地区管道设计施工标准，形成以数字设计、高效施工、非开挖穿越为核心的新一代建设技术。
针对特殊地质地貌及地质灾害等特点，研究形成了管道应变设计及可靠性计算方法；建立基于失效弹坑和故障树模型的管道并行敷设间距确定等标准；构建多约束因子自识别算法及设计标准、地理信息、人文环境、施工技术等约束因子数据库；创建了从管道全生命周期出发，适应并行工程管理的标准化设计、多专业协同数字化设计开放式设计平台。
研发具有自主知识产权内外焊机、自调式对口器等装备，开发了大口径、X70/80 高钢级管道各类焊接工艺和配套技术，焊接效率和质量大幅提升。针对我国特有的山地、黄土塬、沙漠、水网等特殊地形地貌，研发系列施工技术及工法，形成了大口径管道规模化施工能力（图2）。
图2. 管道机械化施工
研发了高抗拉、抗扭扩孔钻机具及磁信号精控对接技术，定向钻多次穿越黄河、长江、钱塘江等；采用泥水平衡盾构法，成功穿越长江水下62.5米高水压、软硬交错地层；多次创造管道非开挖穿越世界纪录。形成定向钻、盾构、顶管等为核心的复杂地质条件下，大口径管道非开挖穿越系列技术。
大型天然气管网运行技术体系
西气东输管道建设推动了我国天然气管网形成，资源调配难，运行风险高，必须解决管网集中调控和风险预控难题。 在西气东输单条管道SCADA系统基础上，建立管网和单管道独立运行的物理模型，研发单管道控制权互锁和主备控制中心实时同步技术，构建天然气管网集中管控一体化平台（图3）。目前，自主开发的SCADA系统已经在我国天然气管网推广应用。
图3. 中石油油气管道调控中心
基于风险预控理念，坚持全生命周期下管道完整性管理，建立地质灾害、第三方损坏和管道本体缺陷三类危害的监测、检测标准。通过开展管道高后果区风险管控、安全风险评价方法融合研究，建立适用于复杂环境下管道完整性管理技术体系，实现由被动应对到主动预防的转变。
根据管道高后果区、地质灾害、高烈度地震区分布情况，布局专业化抢修应急力量。研发适应沙漠、山地、水网、河流等九类特殊场景下的抢修装备和技术，形成完善的管道抢修技术体系。
构建管道装备和材料国产化应用技术体系
天然气管道材料和设备国产化，关系到我国油气安全供给保障能力。在国家有关部委的支持和帮助下，依托西气东输工程组建国家工程实验室，实现材料装备的国产化。
研发高钢级螺旋管低残余应力成型工艺，开发大口径、厚壁埋弧焊管高能焊接工艺，实现了螺旋焊管产业升级。开发高钢级直缝管JCOE成型工艺，建立钢管强度预测模型，有效控制钢管扩径后屈服强度，较UOE成型工艺大幅降低生产成本。
图4.20MW级电驱压缩机组
组织开展了Class900 40〞/48〞高压大口径球阀、20MW级电驱压缩机组和30MW级燃驱压缩机组等国产化研制，完成全部产品工业化应用，性能参数指标达到国际先进水平，促进相关装备制造业技术进步（图4）。
创建大型工程新型社会责任体系
西气东输工程途径地区不仅自然环境多样化，人文环境也呈现多样性。天然气管道一旦失效，不仅影响用户供气安全，还可能影响公共安全。因此，需争取社会各界理解并支持工程建设，建立新型社会责任体系。
供用气双方在我国首次实施“照付不议”长期合约的风险共担机制，同时建立 “月计划、周平衡、日指定”销售动态管理，降低客户用气风险，供气方可以灵活安排购销计划，确保稳定供气。
开展社会关系影响评估，聘请专业机构所深入管道沿线社区，对资源利用、文化教育、社会环境等影响进行调查。组织主流媒体记者深入现场跟踪报道，保障社会公众对项目的知情权，定期发布新闻。向沿线民众进行管道保护宣传，共同开展应急演练，增进相互了解。
在系统开展环境影响、水土保持评价等专项评估基础上，首次建立环境保护专家支持体系，避让野骆驼等自然保护区，珍惜每一寸耕地和林地，率先在我国建立管道工程与环境保护体制。建立文化遗产保护模式，数十处古长城遗址、著名古代遗址、偶然发现文物全部得到良好保护，实现国家工程和国家文物和平共处。
三、结语
西气东输管道供气系统成为世界最大的管道系统之一，承担着我国50%以上的天然气供气能力，使天然气在我国一次能源消费结构中的比例大幅提升，用户覆盖160多个城市、3000多企业，近4亿人口从中受益。为我国大气环境治理和人民生活质量提高发挥着重要的作用。
西气东输管道工程建成，标志我国油气管道建设运营技术和管理进入世界先进水前列，实现了历史的跨越。西气东输管道工程荣获了“首届国家环境友好工程”、“国家开发建设项目水土保持示范工程”、“新中国成立60周年百项经典既精品工程”、“全国优秀工程勘察设计金奖”及“国家科技进步一等奖”等荣誉称号。
西气东输管道工程建立的协同创新产业化模式和取得成果，不仅在我国后续油气管道工程得到应用和发展，而且对推动我国相关行业科技和经济进步仍将发挥积极作用。