潜心攻关勇当“碳”路先锋

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潜心攻关勇当“碳”路先锋

2023-08-21 09:59:08 来源：中国石化报小 中

8月11日，齐鲁石化—胜利油田百万吨级CCUS项目二氧化碳输送管道顺利投产运行一个月，累计输送二氧化碳5万吨。该管道是我国首条百万吨、百公里高压常温密相二氧化碳输送管道。

(资料图)

作为这一管道的建设者，石油工程设计公司二氧化碳管输技术团队潜心攻关，系统掌握了二氧化碳管输设计、建设和投运等系列核心技术，凭借过硬的科技创新能力保障了项目的高质量建设与运行。

科学论证确定最优设计思路

未建管道时，高纯液态二氧化碳每天通过罐车从齐鲁石化被运往胜利油田用于驱油。除了注入需求的变化，交通路况等也是影响车载运力的重要因素。

“管道投运后，车辆、人工、燃料都省了，高压下的二氧化碳液体通过深埋于地下的管道输送，更平稳、高效、安全。”齐鲁石化—胜利油田百万吨级CCUS项目二氧化碳输送管道BEPC（基础设计、详细设计、采购和施工总承包）项目副经理孙大勇算了一笔账。

对比石油天然气，二氧化碳的特点是相态多变，受温度和压力变化的影响大、在液态和气态两种相态之间频繁变换，且保温易、保冷难。“要想寻求最安全高效的长距离管输办法并非易事，毕竟毫无经验可循。”二氧化碳管输技术团队成员梁海宁说。

管道建设，首先要考虑安全性。在梁海宁看来，项目建设需要考虑的因素众多，例如，液态二氧化碳一旦泄漏，管道沿线的农田、林地、鱼塘极易受低温冻土伤害；二氧化碳遇水形成碳酸，易对碳钢管道造成腐蚀。因此，管输对来液（二氧化碳气液混合体）的含水率有着相当严格的要求。

二氧化碳管输技术团队综合来液纯度和杂质对输送效果的影响，以及工程造价、安全、质量等多重因素，努力寻找满足各方要求的平衡点。经过科学论证，他们最终确定了“高压+常温+密相”的管输设计思路。

自主研发突破关键核心技术

关键核心技术要立足自主研发。二氧化碳管输技术团队成功应用自主研发的以“多元杂质组分物性分析与管输水力、热力计算模型”为核心的二氧化碳管道输送工艺和流动保障技术，制定出安全合理且满足捕集、输送、注入三方要求的最经济输送方案。

他们自主研发的以“CO2-H2O体系腐蚀控制、基于减压波的管材止裂、管道泄放扩散迁移模拟、实时在线泄漏监测预警”等为特色的二氧化碳管道安全综合控制技术，可有效应对管道泄漏、停输工况及启停操作等对管道及设备可能造成的冲击和损伤，把对环境的影响降到了最低。

为确保项目投产一次成功，技术人员通过数据驱动机理模型，首次完成二氧化碳站线一体化动态工艺仿真模拟，演绎出管道安全停输、投产、全情景泄放等多种典型工况。在虚拟现实中的反复演练和试错，对工程建设实践起到了事故预警和风险规避作用。

针对关键核心技术突破，二氧化碳管输技术团队建立了二氧化碳稳态水力热力模型、减压波传播特性模型、非稳态水力热力模型，在机理模型国产化研发方面迈出关键一步，不断打造“双碳”工程高质量建设和数智运维的国产驱动力。

基于二维动态工艺仿真系统，他们打造具有自主知识产权的三维数字孪生平台，大到管输系统的整体优化，小到一个阀门的异常工况处理，都可以通过数字孪生平台高效完成。这使得运维人员在快速获取多维信息、高效处理异常状况、增强智能运维能力等方面实现了质的提升。

积极实践在新领域形成新优势

“这条管道的建设具备新、高、快、全的特点。”二氧化碳管输技术团队成员范振宁介绍，“新”是指进入绿色低碳新领域，采用“技术创新+工程示范”新模式，实现了管输介质由油气向二氧化碳转变的新突破；“高”是指管道设计压力12兆帕、年输量100万吨、管道距离109公里等参数均达到国内最高水平，应用“五化+标准化工地”高标准开展工程建设，一次焊接合格率达99.5%；“快”是指仅用3个月完成施工图设计，克服多种因素影响，用时8个月实现高效建设；“全”是指技术团队参与二氧化碳管输技术的研发、转化和应用全过程，打通了二氧化碳捕集、输送、注入的全链条，服务范围涵盖工程建设、投产和运维的全周期。

不仅如此，项目建设还实现了“三个首次”：首次实现二氧化碳低温增压泵、40兆帕级高压注入泵等关键装备的国产化研制与应用，实现了超临界压力条件下密相二氧化碳泵到泵的输送与超临界相态条件下的注入模式；首次构建二氧化碳管道输送技术体系和标准体系，定义并实现了二氧化碳管道超临界压力输送模式；首次实现二氧化碳管道输送计算软件的国产化和数字孪生技术的突破。

目前，石油工程设计公司已形成包含低成本高效二氧化碳捕集技术、大规模二氧化碳管输技术、二氧化碳驱油封存及地面工程技术、碳排放权交易与CCER（国家核证自愿减排量）相关的配套保障技术、CCUS全流程标准体系建设等在内的CCUS全产业链技术，为CCUS产业链发展提供了强有力的技术策源支撑。（尹倩）

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