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在凍土寒區守護能源 “血脈”

放大字體??縮小字體 發布日期:2019-11-18 21:08:15 ??來源:新能源網??編輯:全球新能源網??瀏覽次數:80
核心提示:2019年11月18日關于在凍土寒區守護能源 “血脈”的最新消息:項目組成員在管道附近進行凍土地溫觀測  在位于中國內陸東北角的漠河、塔河、新林和加格達奇地區,貫穿著我國四大能源通道之一的中俄原油管道。該管道途經1030 千米的多年凍土區和季節凍
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項目組成員在管道附近進行凍土地溫觀測

  在位于中國內陸東北角的漠河、塔河、新林和加格達奇地區,貫穿著我國四大能源通道之一的中俄原油管道。該管道途經1030 千米的多年凍土區和季節凍土區,讓沿線的維修人員苦不堪言。受強大西伯利亞寒流和蒙古高壓影響,冬季干冷而漫長。

  不過,對于中國科學院西北生態環境資源研究院凍土工程國家重點實驗室研究員李國玉來說,今年的冬天,卻讓他的心頭格外溫暖。

  多年來,他帶領的團隊在管道沿線多年凍土區構建了一套全面完整的水熱變形長期監測系統,可確保管道的安全運營。近日,系列成果相繼發表于《工程地質學》《應用熱力工程》《寒冷地區科學與技術》《山地科學學報》等國際學術期刊。

  “自己的研究成果能在國家重大工程建設中得到應用,再多的辛苦和勞累都是值得的。”回首這段艱苦歲月,李國玉十分感慨。

  鑄造北方能源巨龍

  李國玉從事凍土研究已有14年之久,對寒區環境和生態系統的細節諳熟于心。談及中俄原油管道的建設,他滔滔不絕地打開了“話匣子”。

  “管道起自俄羅斯的斯科沃羅季諾,向南從中國東北漠河縣興安鎮入境,到達中國大慶。”在接受《中國科學報》采訪時,李國玉打開地圖,用紅筆勾勒出彎彎曲曲的管道路徑。這條在中國境內全長953千米的中俄原油管道,如今已是為我國輸送原油的能源巨龍。

  長期以來,中國石油對外依存度高一直是難解的困局。中東和非洲地區是我國石油進口的重要資源地,但多半需要經過馬六甲海峽方能輸送。然而,馬六甲海盜頻出,劫案不斷,狹長的海域成為石油容易被扼住的“咽喉”。

  為實現原油進口的多渠道和運輸方式多元化,國家將目光投向了北方通道。“俄羅斯毗鄰中國,能源出口中國市場,潛力巨大。管線一旦建成,雙方都不會輕易停輸。”李國玉介紹,歷經15年的曲折談判,中俄終于達成能源輸送合作協議。

  按照中俄雙方20年長期輸油協議,2011年1月1日,兩國首先開通運營了中俄原油管道一線工程,每年向中國供應1500萬噸原油,從此為中國石油市場的穩定服下了一顆“定心丸”。

  工欲善其事,必先利其器。由于特殊的地理位置和環境條件,修建中俄原油管道并非易事,面臨著多年凍土與寒區生態環境保護的雙重挑戰。

  中國科學院西北生態環境資源研究院研究員吳青柏告訴《中國科學報》,中俄原油管道因工程的特殊性(大開挖、大口徑、高油溫)、工程地質條件的復雜性、凍土環境的脆弱性以及氣候變化的不可預見性,使得凍土問題成為修建中俄原油管道工程的瓶頸問題。

  而且,由于該區多年凍土位于歐亞大陸多年凍土區的南部邊緣地帶,地溫高、厚度較薄、熱穩定性差且處于退化狀態,極易受人為活動的影響,這無疑進一步加劇了埋地管道工程建設與運營的難度。

  此外,管道一旦斷裂、原油泄漏,在造成巨大經濟損失的同時必將對該區土壤環境、地下水和生態環境造成嚴重的污染,甚至對人類生命安全構成嚴重威脅,而且,清除污染技術難度高、費用大,很可能改變管基土工程性質,引發管道失穩問題。

  構建水熱變形長期監測系統

  “在多年凍土區修建大口徑(81.3厘米)、高溫(油溫3.3~24.6℃)埋地輸油管道,面臨的主要難點是如何控制快速融化的多年凍土。” 中國科學院西北生態環境資源研究院研究員馬巍告訴《中國科學報》,由于油溫較高,多年凍土退化速度較快,管道的防控措施顯得格外重要。

  “不僅需要盡可能減少管道熱量進入凍土層,還要及時回填管溝,避免管溝積水加速凍土融化。如何調控深部土體的溫度也是一個難點,還要減少地表植物破壞。后期補強措施應從保護凍土和改善管基土穩定性方面來考慮,比如降溫措施和注漿等……”馬巍一一細數著這些“包袱”。

  多年來,團隊在中俄原油管道沿線漠河—加格達奇段建立了以管周凍土為核心的水熱變形綜合監測系統,對管道周圍凍土溫度、水分變化特性、管道和地表變形及防控措施工程效果進行長期監測。

  馬巍介紹,現場監測系統目前包括4個監測場地、14個地溫監測斷面、5個管權范圍地表變形監測斷面、2個小型氣象站,主要負責監測地溫、含水量、氣候要素(氣溫、風速、雪深等)、管周融化圈大小和位置、管體垂向位移、地表變形等。

  基于目前現場監測結果發現,管道常年正油溫運營,持續不斷融化管周多年凍土,使得管權范圍內多年凍土退化程度遠遠大于天然場地,管道周圍形成不同大小且常年存在的融化圈;保溫材料、熱管和U形通風管等融沉防治措施均能有效減少管周凍土退化,進而確保管基土穩定。

  此外,現場建設的熱管示范場地,對于熱管在多年凍土區管道工程中應用發揮了重要的示范和推廣作用。“比如中石油管道公司,它就決定在中俄原油管道二線凍土段采用12000多根熱管來減緩管道周圍凍土退化。”他說。

  守護能源的“血脈”之路

  據了解,為了貫徹落實中俄雙方簽署的合作協議,我國還適時建設了中俄原油管道二線。2018年1月1日該線正式運營,年輸量達到3000萬噸。

  “能源,是經濟的血脈。中俄原油管道持續的石油供應,是國家重要的安全砝碼。維護這條通路,對于保障國家能源安全、優化油品供輸格局、推進中蒙俄經濟走廊建設及深化中俄戰略合作等都具有重大意義。”中國科學院西北生態環境資源研究院研究員金會軍告訴《中國科學報》。

  “冬季零下40多攝氏度的氣溫,野外工作只能露兩只眼睛,10多分鐘的時間如果保暖不好身體就凍透了。”他回憶說,在寒冷的天氣工作,他們經常會遇到降雨被淋濕,或者掉到水坑里面的情況,飽受寒冰之苦。

  每逢夏天,實驗人員長期野外穿行在大興安嶺林區和草叢中,面臨被有毒蜱蟲咬傷的風險。蜱蟲殺傷力巨大,咬傷后嚴重者會引發腦炎。“每年都有幾個人因蜱蟲而走進重癥監護室,甚至有人為此丟掉了性命。”

  即便如此,團隊仍身體力行地守護著這條能源的“血脈”。如今,他們將目光投向了北極和亞北極地區的多年凍土區管道工程建設,如西伯利亞油氣管道和阿拉斯加天然氣管道等。

  下一步,他們將依托凍土工程國家重點實驗室和大興安嶺凍土工程與環境觀測試驗研究站,針對多年凍土區管道工程建設和環境問題進行深入系統研究,為國家能源建設服務。(■本報見習記者 程唯珈)

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關鍵詞: 凍土 管道 原油 中俄

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