文
王乐乐1 李莉1 张斌1 孙云峰2 冯学书1 高山卜1
1.国家管网集团北方管道公司管道科技研究中心；2.国家管网集团科技部
摘要：在“十三·五”期间，中国油气储运业务快速发展，带动了油气储运科技的进步。在工程设计施工方面，取得了高钢级管道设计、机械化施工等系列研究成果，LNG接收站及储气库设计施工技术逐渐成熟；在材料与装备方面，攻克了第三代大输量天然气管道工程关键技术，成功研制了X70/X80钢管，基本完成了压缩机组、输油泵、关键阀门等关键装备的国产化，开发了国产化SCADA系统软件；在输送工艺方面，形成了以集中调控为核心的管网运行优化技术，建立了易凝高黏原油、成品油输送工艺技术体系；在运行维护方面，开发了管道完整性管理及其检测评价、地质灾害防护、监测预警、腐蚀防护、维抢修等支持技术，编制并发布了多项国际及国家标准。在“十四·五”期间，油气储运行业技术发展将面临新的机遇和挑战，油气储运科技将朝着安全运行、高效输送、智慧管网等方向发展，以期为油气储运业务的快速发展提供支撑和保障。
关键词：“十四·五”时期；油气储运；技术进步；发展趋势；科技创新
截至年底，中国油气管道总里程已达到14.5×km，其中天然气管道约8.54×km，原油管道约3.05×km，成品油管道约2.91×km；建成LNG接收站22座，LNG接收能力×t/a；建成储气库（群）14座，库容规模达.95×m3，有效工作气量约.92×m3，对中国油气资源稳定供应和能源安全发挥了重要的支撑保障作用[1-2]。在油气储运基础设施大发展的过程中，科技创新发挥越来越重要的作用。根据国家《中长期油气管网规划》[3]，预计到年，中国油气管网总里程将达到24×km，在未来较长的一段时间，管道仍将保持高速发展。随着国家对于油气管道行业体制机制改革的不断推进，国家石油天然气管网集团有限公司（以下简称国家管网）已于年12月9日正式成立，油气管道运营管理机制发生了深刻变化。业务的快速发展和管理模式的变革给管道科技带来了发展机遇，也提出了更高的要求。在此，系统总结了“十三·五”期间中国油气储运行业的技术进展，同时结合新的形势分析，研判油气储运行业未来的技术发展趋势。
1 发展现状
“十三·五”以来，油气储运行业持续完善了以工程设计施工、材料与装备、油气输送工艺、管道运行维护以及决策管理5大领域为核心的技术体系，智慧管网建设取得初步进展，为油气储运基础设施业务发展提供了强大支撑和保障。其中，大口径高钢级管道建设、油气管道流动保障、管道完整性管理、管道检测和监测等核心技术已达到国际领先水平。
1.1
工程设计施工
近年来，中国天然气管道逐渐向大口径、高压力、高钢级方向发展，在高钢级管道设计、机械化施工等方面形成了系列研究成果，为中俄东线天然气管道工程（简称中俄东线）、川气东送工程等大型工程建设提供了技术支撑。工程设计施工方面的技术进步大幅提升了设计、施工的效率及质量，进一步降低了投资成本。
（1）油气管道设计技术。研究开发了基于应变管道设计、基于可靠性管道设计和评价等核心技术，实现了大口径ODmm、高钢级X80、高压力12MPa、大输量×m3/a的中俄东线的整体设计，并处于国际先进水平[4]；研究形成了较为系统的天然气管道可靠性设计和评价技术体系，并在中俄东线得到应用[5]。
（2）油气管道焊接及补口施工技术[6]。研究开发了高钢级大口径管道自动焊接[7]、机械化补口[8]等技术。中国石油研发了第2代CPP系列自动焊接装备，包括管道坡口机、内环缝自动焊机、单/双焊炬管道全位置自动焊机、激光/电弧复合管道全位置自动焊装备等，逐渐取代了进口装备；四川熊谷XG-A系列管道全自动焊接系统已在大庆、新疆、辽河、四川等工程建设公司及俄罗斯管道施工企业现场使用，年成功应用于中俄东线试验段工程。高钢级管道全自动焊技术及装备在中俄东线实现了规模化应用，北段全自动焊应用率超过90％，焊接一次合格率超过95％。机械化防腐补口实现了关键施工数据的自动采集、存储及与数据接收终端的实时无线远程传输，为全数字化数据移交提供了技术支撑[9]。
（3）油气管道非开挖穿越及跨越施工技术。建立了以水平定向钻穿越为主、盾构为辅、顶管穿越为补充的非开挖穿越整体解决方案，形成了采用预应力内压式、钢主塔悬索吊钢梁的河流和山涧跨越技术，成果成功应用于中缅油气管道怒江、澜沧江等悬索跨越以及川气东送、中俄东线长江盾构穿越工程。其中，中俄东线长江盾构穿越工程内径6.8m，长度达到10.km，施工难度非常大。
（4）LNG接收站设计施工技术。实现了3×～22×m3大型和超大型低温储罐的自主建造，具备27×m3超大型LNG储罐的设计建造能力；掌握了大型LNG储罐设计、高效BOG再冷凝回收工艺、关键设备设计与制造等核心技术。年6月，中国第一个采用薄膜罐技术建造的大型陆上LNG储罐成功升顶[10]。截至年底，中国已建成投产LNG接收站22座（表1）。
（5）储气库设计施工技术。确立了适合中国地质条件的储气库地质选址理论及关键技术，明确了储气库地质体动态密封理论，建立了储气库高速注采不稳定渗流理论与模型，配套形成了超低压储层钻井防漏堵漏技术等创新成果[11]。开发了断裂系统复杂、储层埋藏深、地层温度高、注气压力高、地层压力系数低等复杂地质条件下的气藏型储气库建设技术，创新成果整体达到国际先进水平。掌握了盐穴型储气库建造技术，已具备在超薄多夹层盐穴建设储气库的技术能力。截至年底，中国已建成投产地下储气库（群）14座（表2）。
表1 中国已建成投产LNG接收站汇总表（截至年底）
表2 中国已建成投产地下储气库（群）汇总表（截至年底）
1.2
材料与装备
目前，中国已攻克了第三代大输量天然气管道工程关键技术，成功研制系列X80钢管，完成了压缩机组、输油泵、关键阀门等关键装备的国产化，开发了国产化SCADA系统，打破了国外垄断，关键装备国产化率超过90％，大幅降低了采购成本，推动了“中国制造”和民族装备制造业的发展，为国家能源安全提供了坚实保障[12]。
（1）在高钢级管线钢方面，实现了X80、ODmm钢管及管件的国产化，并在中俄东线实现全面应用[13-15]；成功研制了中俄东线南段用大壁厚X80、ODmm×32.1mm直缝管及35.2mm弯管[16]，X80高钢级管道应用技术达到国际领先水平；在国际上首次批量生产X90、ODmm×16.3mm的螺旋埋弧焊管和直缝埋弧焊管[17]；试制开发了管径mm、壁厚20.3mm的X90螺旋埋弧焊管[18]，并超前储备了非金属管道（ODmm、6.4MPa）、复合增强管道成套技术；开发了大应变钢管变形控制系列应用技术，实现X70、X80大应变钢管国产化，并应用于中缅油气管道、中俄东线等工程；成功研制站场低温环境（—45℃）用X80、ODmm×30.8mm钢管[19-20]、ODmm×33.8mm弯管及ODmm×ODmm三通[21]，并应用于中俄东线北段；建成了世界第3座高钢级大口径管道全尺寸爆破试验场，相继完成ODmm、X80直缝管、12MPa，ODmm、X80螺旋管、13.3MPa等多次天然气管道全尺寸爆破试验[22]。
（2）在管道关键设备国产化方面，实现了30MW燃驱压缩机组国产化，在西气东输二线衢州压气站、西气东输三线烟墩压气站等进行工业化应用，并于年4月通过了国家首台套鉴定验收，达到了国际先进水平；实现了20MW电驱压缩机组国产化，并在中俄东线全面推广应用；完成了40in（1in=2.54cm）以上多型号全焊接球阀国产化，并在西气东输二线、西气东输三线及中俄东线实现规模化应用；成功研制kW大功率输油泵机组[23]，关键阀门（旋塞阀、轴流式止回阀、强制密封阀、泄压阀、调节阀等），阀门执行机构（电动、气液、电液），流量计（超声、涡流），快开盲板等关键设备，在中俄原油管道（漠河—大庆）二线、西气东输管道、华南成品油管网、中俄东线等实现规模化应用[24]。
（3）在LNG接收站关键材料设备的国产化方面，9％Ni钢、泡沫玻璃砖、低温钢筋等关键材料已实现国产化，并在中国多座LNG接收站实现了规模化应用；卧式对称平衡式BOG压缩机实现国产化，并在中国石化青岛LNG接收站投入运行；LNG接收站用浸没燃烧式气化器（SCV）、中间介质气化器（IFV）以及开架式气化器（ORV）均已实现国产化，并分别在中国石油如东LNG接收站[25]、中国海油宁波LNG接收站、国家管网北海LNG接收站进行工业化应用；高低压泵实现了国产化，并在中国海油宁波LNG接收站、中石化青岛LNG接收站等进行工业化应用；国家管网漳州LNG接收站（在建）16in低温卸料臂完成了出厂鉴定。
（4）在SCADA系统国产化方面，成功研制国产化SCADA系统PCS（PipelineControlSystem）V1.1软件[26]，在港枣成品油管道、冀宁天然气管道完成工业试验，并在中俄东线、西气东输三线闽粤支干线等管道工程成功应用；浙大中控研制的VxSCADA监控软件在华南成品油管网实现工业化应用，并入选年工信部控制系统“一条龙”应用计划示范项目；实现了过程控制PLC、安全仪表PLC、阀室RTU等SCADA系统硬件国产化，相关成果在中俄东线、华南成品油管网等实现了工业化应用。
1.3
油气输送工艺
随着中国油气管网规模不断扩大、运行管理难度日益增加，为实现管网高效输配，开发了以集中调控为核心的管网运行优化技术，研究形成易凝高黏原油、成品油输送工艺技术体系。
（1）在天然气管网集中调控及运行优化方面，开发了超大型复杂油气管网集中调控技术，形成了涵盖区域管网运行方案库、管网适应性分析、稳态优化及指定时段优化技术的天然气管网运行优化技术体系，将最优化技术应用于天然气管网运行中[27]，分别以管道水力热力计算校核、压气站负荷分配、单条输气管道运行方案、复杂输气管网运行方案为优化对象，建立了相应的最优化模型，并提出求解方法，有效提升了天然气管网的运行优化水平。
（2）在原油输送技术方面，开发了原油管道加热处理、加剂改性、冷热交替输送等输送工艺及技术，将基于可靠性的极限状态方法引入易凝高黏原油管道的流动安全性评价与管理中，建立原油管道流动安全性评价体系及其软件平台。流动安全性评价体系已被纳入SY/T—《原油管道运行规范》，并在油气管道行业内开展了推广应用[28]。
（3）在成品油输送技术方面，突破成品油质量控制系列技术，开发了低温输送技术、多品种输送质量控制及管道适应性分析技术，保障了多油品小批量、航煤油、冬季0＃柴油等的安全输送，实现了増输增效[29-30]。
（4）在油气量值溯源与计量技术方面，建立了天然气计量、质量检测、量值溯源技术及标准体系，原级标准装置质量流量的不确定度从0.10％减至0.06％，建立了测量不确定度为0.17％的直接发热量测定系统，相关成果全面应用于中国以及国际天然气贸易计量和质量保障。
1.4
管道运行维护
管道沿线环境日益复杂，长期面临本体缺陷和外界干扰的双重风险，为此持续开展了管道安全运行技术研发与应用，组织实施了油气长输管道及储运设施检验评价与安全保障技术、国家石油及天然气储备库安全保障技术与装备研发等国家重点研发计划项目的攻关[31-32]，在管道完整性、检测监测、腐蚀防护、系统可靠性等领域取得了系列成果。
（1）在油气管道完整性及可靠性管理方面，建立了大型复杂管网管道完整性数据模型和风险预控方法，制定了覆盖管道建设、运行、废弃处置全生命周期的“”完整性管理工作流程，提升了管道本质安全水平，取得明显成效[33]，制订并发布了GB—《油气输送管道完整性管理规范》、ISO-《管道完整性管理规范》，为国家能源局—年管道完整性管理先进企业的建设与推广提供了技术支持。建立了管网系统可靠度指标体系、计算模型及分配方法，开发了天然气管网系统可靠性管理平台，并应用于陕京管网的可靠性评价[34]。
（2）在管道监检测与评价方面，开发了螺旋焊缝、环焊缝、管体及储罐缺陷检测评价系列技术装备，研制了管道投产前综合状态内检测器[35]、打孔盗油专项内检测器[36]，全面进行了工程应用；研发的管道投产前自动力内检测器样机[37]、电磁控阵检测器样机[38]、压电超声管道腐蚀检测器样机样机[39]、储罐底板检测机器人样机[40]，并开展了试点应用；开发了基于漏磁检测的螺旋焊缝、环焊缝缺陷信号识别与评价技术，体积型及一定开口宽度的类裂纹缺陷信号检出率超过90％，识别准确率超过75％。新一代光纤预警技术定位精度达m，可准确识别人工挖掘、机械挖掘等5类外部干扰[41]；自主研发的融合压力波和流量信号的新一代管道泄漏监测技术，可检测管道输量1％以上的突发泄漏及缓慢泄漏，定位精度小于监测管段长度的1％，响应时间小于s。形成了集地质灾害识别、风险评价、监测预警与防治为一体的管道地质灾害风险管理技术体系，实现了滑坡、水毁、冻土等7类15种常见灾害风险的识别评价及预警，制订了ISO-《陆上管道地质灾害风险管理》。建立了系统的腐蚀防护控制技术体系，研制了大功率直流排流器，在全国18个典型地区进行试验测试；发现了地磁暴、潮汐干扰现象及规律，并提出了相应的抗干扰及监测手段，建立了全国范围内的油气管道地磁暴监测网络，参编并发布了ISO-《管道系统直流杂散电流干扰标准》。
（3）在管道维抢修技术方面，建立了系统的维抢修技术体系及应急机制，建设了国家油气管道应急救援基地，研发了智能遥控抢险车样机，ODmm规格的封堵三通、阀门、封堵头、开孔/封堵结合器、筒刀等装备样机。开发了X70、X80高钢级大口径管道的B型套筒自动焊接修复技术以及复合钢制内衬修复技术[42]，解决了高钢级管道焊接技术难题。
1.5
智慧管网
形成了智慧管网总体设计方案，开展了重大核心技术攻关，为中俄东线、西气东输管道等重大工程的智能管道建设与运行提供了技术支撑[43-44]；形成了数字化设计、数字化采购、智能工地等系列研究成果，构建了中俄东线一体化载体平台及线路、站场、建筑3种数字化设计平台，工程管理规范化、精细化、智能化水平不断提升。开发了压缩机组故障综合预警诊断平台，实现了对压缩机组的集中监测诊断及智能报警。提出了基于软硬件国产化的压气站一键启停技术，并已在中俄东线、西气东输等管道全面推广[45]。研制了基于自动机场的无人机智能巡检系统[46]以及GPS智能巡检系统，线路安全保卫智能化水平不断提升。
1.6
决策管理
形成了以油气管道运价定价、技术经济评价为核心的管道经济研究方法，持续开展管输价格、管输成本优化等专题研究，提出两部制区域管道定价方法与管道资产弃置费用计提方法，构建了油气管道工程项目后评价指标体系。建立了管道科技信息发布机制，每5年公开出版一部《世界管道概览》[1]，连续6年权威发布油气管道行业发展报告（内刊），逐步形成了行业影响力。
2 行业面临形势
2.1
国家能源低碳转型
国家《第十四个五年规划和年远景目标纲要》（简称国家“十四·五”规划纲要）部署推进能源革命，建设清洁低碳、安全高效的能源体系，提高能源供给保障能力。中国CO2排放力争在年前达到峰值，年前实现碳中和，油气行业将进入加速变革和全面推进高质量发展的新时期，“油稳气增”的特征将更加明显，未来太阳能、风能、水能等可再生能源将逐步成为能源主体，能源结构将发生巨大变化。油气储运基础设施作为保障油气供应的重要环节，是实现能源生产与消费革命的重要支撑，应积极顺应国家能源低碳发展趋势，加强技术攻关和储备。
能源互联网是未来能源发展的趋势，中国油气管网发展应融入能源互联网发展，推动油气管网与能源互联网融合[47]。油气储运基础设施运营企业应积极探索天然气管网混氢输送、纯氢输送、二氧化碳管道输送等新技术、新业务，降低氢能利用成本，促进碳捕集、利用与封存（CarbonCapture，UtilizationandStorage，CCUS）技术的发展。
2.2
油气储运基础设施建设高速发展
根据国家《中长期油气管网规划》[3]，中国油气管网规模将迅速增长，同时要求加快天然气储气调峰设施建设，加强原油储备能力建设；国家“十四·五”规划纲要要求加快建设天然气主干管道，完善油气互联互通网络，包括新建中俄东线境内段、川气东送二线等油气管道，建设石油储备重大工程，加快中原文23、辽河储气库群等地下储气库建设。随着国家“X+1+X”油气市场体系的逐步形成，国家管网集团作为油气基础设施运营商和“全国一张网”建设运营主体，将根据国家规划要求、市场需求等加快“全国一张网”的建设步伐。油气储运行业仍处于快速发展的*金时期，而现有油气储运基础设施工程建设能力及速度与国家要求尚不匹配，亟需强有力的科技支撑，其主要方向为：
（1）加快油气管道工程的设计施工技术升级，构建油气管道建设期资产完整性管理技术体系，从而提升油气管道建设速度及质量。
（2）解决储气库埋藏深、储层条件差、构造破碎、流体组分复杂、油藏与水层建库难度大等瓶颈问题，提升盐穴储气库达容达产效率，降低储气库建库成本，加快储气库建设进度。
2.3
新兴技术逐步融合化
随着国家能源革命及第4次工业革命的持续推进，能源互联网、人工智能等新兴技术逐步发展，国家“十四·五”规划纲要明确提出发展壮大战略性新兴产业，推动战略性新兴产业融合化、集群化、生态化发展。国家《中长期油气管网规划》[3]指出：加强互联网+、大数据、云计算等先进技术与油气管网的创新融合。国家陆续印发《新一代人工智能发展规划》《关于促进人工智能和实体经济深度融合的指导意见》等系列文件，大力发展人工智能技术和产业。油气储运相关技术应积极与互联网、大数据、人工智能等新兴技术融合发展，促进行业科技的新发展，带动产业转型升级。
2.4
良好的*策环境
国家“十四·五”规划纲要强调坚持创新在中国现代化建设全局中的核心地位，将科技自立自强作为国家发展的战略支撑，为油气基础设施企业推进科技创新提供了良好的*策环境和机遇。
2.5
油气储运设施安全高效运行面临挑战
中国油气管网系统规模庞大、结构复杂，且赋存环境多变、高后果区密集、失效后果严重，随着国民经济快速增长及人口城镇化，管道受自然环境、社会活动等外部因素及自身缺陷的影响进一步加剧，近年来发生了多起高钢级管道环焊缝开裂事故，造成了严重后果。如何提升油气储运基础设施本质安全水平，降低对公共安全及环境的影响，提升油气资源的可靠、高效供应水平是油气储运设施运营企业亟待解决的关键瓶颈问题，油气储运行业安全环保相关技术仍需进一步加强。
随着世界*治格局的深刻变化，中美战略竞争加剧，国家之间的技术壁垒逐渐增大，科技创新能力将成为国与国之间角力的主要战场。中国油气储运基础设施关键技术装备国产化已取得突破性进展，但部分技术装备仍依赖进口，受制于人的局面并未彻底消除，工控系统信息安全也面临威胁。
2.6
油气储运行业智库研究需优化
习近平总书记在*的十九大报告中提出：加强中国特色新型智库建设。油气储运行业应针对国家油气体制改革进程中的新问题，加强发展战略、价格机制、*策制定等智库研究，为油气储运行业协调、健康发展提供智力支持。年6月7日，国家发改委印发了新版《天然气管道运输价格管理办法（暂行）》《天然气管道运输定价成本监审办法（暂行）》[48]，将于年1月1日起实施。随着国家油气体制改革的不断深入，天然气管网价格机制、储气库价格机制等问题仍需深入研究和调整。
3 发展趋势
3.1
高效建设
在油气管道方面，应加强天然气管道更大管径（mm、mm）、更高压力（15MPa及以上）、更高钢级（X90、X、X）及非金属管道技术储备研究；开展管道自动焊技术和机械化防腐补口工艺推广应用研究；研发适用于山地、水网等特殊地形的运布管、防腐补口设备等；开展管道建设模块化、预制化及撬装化技术研究，提高天然气管道工程建设的预制化率，提升建设效率与建设质量。
在盐穴储气库方面，开展复杂老腔稳定性评价研究，制定老腔可利用的评价标准；开展氮气阻溶造腔技术研究与推广，降低环境污染及建库成本；开展水平多步法造腔、多夹层条件下造腔以及～m深井造腔等方面的研究，解决薄盐层、多夹层地质条件、埋藏深盐层等造腔问题；开展丛式井造腔或小井距布井技术研究，有效利用盐矿资源[49]。
在LNG接收站方面，基于自有技术，进一步开发具有自主知识产权的新型薄膜储罐和多元化的大容积LNG储罐的设计、建造及配套技术；开展浮式LNG生产储卸装置建造关键技术攻关。
3.2
国产化
针对目前部分天然气管道技术装备及零部件依赖国外、已国产化技术装备尚存在差距的现状，组织中国管道企业、科研院所、高等院校、生产厂家等研究力量，联合开展焊材、山地全自动焊接等建设技术装备，超高清漏磁、电磁超声裂纹检测器等检测设备，气体超声波流量计、在线气相色谱分析仪等高精度仪表以及燃驱压缩机组涡轮转子、导向叶片、燃烧室等关键零部件的研制。
持续跟踪已研发国产化设备的后续应用效果，依托新建管道工程，加快推动国产化压缩机组、SCADA系统、大口径阀门等技术装备的规模化应用，在应用中不断改进和提升，完善国产化设备的技术性能，提高可靠性和稳定性[24]。
3.3
本质安全
针对设备设施风险评价、环焊缝缺陷检测及评价、设备状态监测及故障诊断、管道第三方施工监测预警等检测评价技术开展攻关，重点