大型油轮一旦发生海上溢油事故，将会对事故周边的海洋生态环境和社会经济发展造成严重
危害, 大型油轮溢油风险等级的准确评价显得极为重要。以非洲好望角水域为例，采用模糊综合评
价法，从人为因素、船舶因素、环境因素、管理因素4 个方面建立了好望角水域通航的大型油轮溢油
风险评价指标体系，并根据收集到该水域通航大型油轮的相关数据，对其溢油风险等级进行了评价，
得出油轮溢油风险等级均为一般风险，其中船员责任心因素、波高因素是影响大型油轮溢油风险的
主要因素。新建评价方法为大型油轮规避风险提供了理论依据，有利于保障船员生命财产安全、海
洋生态系统平衡。

回顾了在突发新冠疫情及国家石油天然气管网集团有限公司成立的背景下，2020 年中国天
然气产业链的发展，展望了2021 年天然气行业的发展前景。2020 年，中国天然气表观消费量达到
3 238×108 m3，同比增长5.5％；国产气增储上产态势良好，产量达到1 886×108 m3，同比增长8.4％；
进口天然气增速创新低，进口管道气与进口LNG 合计为1 363×108 m3，同比仅增长3.1％，对外依
存度继续下降。2021 年，随着新冠疫苗大规模接种，国内生产生活秩序全面恢复，加之环保政策的
驱动，天然气需求增量与增速水平将相比2020 年有明显回升，预测市场需求增速将达到8.6％。最
后，针对中国天然气产业链发展，提出3 点建议：①加快储气设施建设进度；②统一协调中国不同公
司长贸资源的采购行为；③冬季对居民用气、非居民用气实行统一的上浮比例。

盾构法是管道穿越江河普遍采用的施工方法。以中俄东线天然气管道黑龙江盾构穿越工程
中的管道安装为例，阐述了大口径管道曲线敷设技术。隧道轴线设计为4％坡度直线段下坡+弹性
敷设+平巷段+弹性敷设段+4％上坡，安装直径1 420 mm、壁厚33.4 mm 的K65 直缝埋弧焊钢管。
由于竖井操作空间有限，因此管道牵引过程不可逆。管道通过轨道小车运输+牵引的方式，面临小
车悬空、脱轨及管道被卡风险，安装极为困难。采用小断面盾构隧道内大管径管道曲线敷设技术，解
决了管道牵引系统的设计制造、管道小车在隧道曲线段的脱轨、悬空及竖井内S 形管道穿针式吊装
的技术难题，为今后此类盾构、顶管隧道内安装大口径管道提供了参考。

常规的管道漏磁检测器无法满足长输变径管道的检测需求，故研制了一种可变径检测器的磁
铁探头机械结构。该结构采用浮动分块形式，通过在40~48 in（1 in=2.54 cm）可变径检测器一前
一后交错布置探头，实现了整体磁路结构设计。通过磁化能力测试、机械性能测试及整机牵拉测试
一系列试验表明：该机械结构具有足够的磁化强度，在变径管道中探头紧贴管内壁而不发生干涉，
能够实现探头的全覆盖，并适应变径管道的通过能力要求。结构合理的浮动磁铁探头机械结构是油
气变径管道腐蚀检测成功的前提，研究成果可为推动中国变径管道漏磁检测系列化技术的发展提供
参考。

为了探究稠油乳状液在水浴与微波两种加热方式下的降黏特性及机理，使用含水率为质量浓
度50％的委内瑞拉稠油乳状液和1# 纳米降黏剂，设计了水浴与微波两种加热方式下的降黏对比实
验，包括降黏规律分析、四组分（SARA）分离、全二维气相色谱质谱（GC-MS）分析、傅立叶红外光谱
分析（FT-IR）及黏度反弹实验，明确了降黏剂质量浓度、加热温度及加热时长对稠油乳状液表观黏
度的影响规律。实验结果表明，降黏剂质量浓度对表观黏度影响最大；微波能够作用原油极性组分
及水分子，其非热效应进一步降低稠油乳状液的表观黏度；微波加热可将稠环芳核、多环或杂环异
构烷基的胶质及沥青质片层状分子转化为轻组分，降低杂原子基团质量浓度；30 天内，微波加热油
样的表观黏度微小升高，但仍有87.44％降黏率。研究结果对微波加热的稠油降黏采输工艺具有重
要指导意义。

在管道内检测漏磁涡流复合技术中，涡流传感器信号不仅受到缺陷自身类型大小的影响，还
受到缺陷处管材磁导率变化的影响。利用有限元方法分析典型缺陷分别位于管道内、外壁时其周围
管材相对磁导率的变化范围和趋势，发现相同规格尺寸内外缺陷区域的相对磁导率大小和变化趋势
基本相同，磁导率的大小和变化范围与缺陷的深度和面积均存在关系，并通过测量检测线圈电感的
变化趋势和大小验证了有限元模型与模拟结果的正确性。研究成果对基于漏磁涡流复合技术，通过
涡流传感器检测区分管壁内外缺陷具有一定指导意义。

随着中国油气管网的逐渐形成，管道安全评估日益重要。基于此，对声弹性原理、超声法应力
测量技术在国内的发展历史进行了简要回顾，并针对高钢级油气输送管道安全服役评价的需求，开
发超声波法无损残余应力测量系统。同时，开发近零校准应力试块技术：通过将零应力试块退火后
线切割，进一步释放应力，可进行更加精准的零应力标定。并根据检测实际需要设计了弧面探头。
利用上述系统开展X80 管道的残余应力无损测量研究，并采用小孔法对其结果进行验证，证明其测
试精度可靠、重复性好。研究结果可为油气管道应力在线测量提供技术手段，为管道运行、修复、评
估提供一种有效的辅助技术方法。

在海洋油气开发中，随着输送压力和管流速度的不断增大，由管道内流引起的振动问题成为流
动安全保障的重要内容之一。通过搭建组合立管实验平台，对由气液两相流引起的流激力展开研究。
根据持液率信号和实验观测结果，对立管内局部流型进行划分，后对流激力的影响因素进行分析，建立
了流激力波动主频和最大流激力均方根值Frms 的计算模型，结果表明：Frms 出现在段塞流与搅混流的
边界处；随入口含气率的增大，Frms 基本呈现先增大后减小的规律，但对于SS Ⅱ型严重段塞流，仍然
能够产生较大流激力。研究成果可为海洋立管系统的设计、运行提供理论参考。

压力容器在服役过程中会产生多种结构损伤，其中最主要的缺陷为受到装载物质腐蚀而形成
的点蚀坑，因蚀坑位置应力集中而生成裂纹，再由裂纹扩展造成容器破裂泄漏。应力强度因子作为
表征裂纹的重要参数，在工程中被广泛运用于判别机械结构的安全性与可靠性。为此，参考双参数
蚀坑-裂纹模型，利用ANSYS 有限元软件探讨了存在蚀坑-裂纹的情况下裂纹名义应力强度因子的
变化规律。结果表明：蚀坑-裂纹的存在促进了裂纹名义应力强度因子增大，但随着蚀坑-裂纹间距
增大，促进效果呈递减趋势直至归于平稳；蚀坑参数、裂纹长深比对应力强度因子的影响作用存在
着明显的区间效应。研究成果对蚀坑-裂纹压力容器的失效评估问题具有借鉴作用。

随着城市燃气管网规模的不断扩大，如何下达合适的运行参数到调控站，进而实现以经济性
和安全性为目标的优化调度，这是亟待解决的问题。主要讨论城市燃气管网稳态优化计算的方法和
具体实践，设计了面向复杂管网的优化算法框架，并基于此提出元问题，阐述元问题的优化目标和非
线性约束。采用适用于大规模变量的非线性优化问题软件技术方案（Python+Pyomo+IPOPT），使
用二次序列优化算法，解决了元问题中的优化问题。以某燃气管网为例对实际解决方案的算法进行
测试，结果发现其时间复杂度较好且性能良好。该解决方案与利用现有仿真软件进行交互的解决方
案相比，具有更快、更稳定的性能。

表面活性剂对于天然气水合物快速生成的促进作用是一个研究热点，鉴于目前对于表面活
性剂浓度对天然气水合物生成效果的影响研究尚无明确结论，在此开展不同表面活性剂对天然气水
合物生成的影响试验。在恒容条件下，根据水合物的生成条件，采用SDS、吐温80、鼠李糖脂、曲拉通
X-100 作为表面活性剂，进行不同表面活性剂及浓度对含大客体分子和甲烷系H 型水合物生成过程
的影响试验研究，并与不含表面活性剂的生成过程进行对比。结果表明：在相同浓度下，缩短天然气
水合物的诱导时间方面，SDS ＞鼠李糖脂＞吐温80 ＞曲拉通X-100；储气量促进效果方面，SDS ＞
吐温80 ＞鼠李糖脂＞曲拉通X-100。表面活性剂促进效果随浓度升高整体呈现先升高再降低的趋势。
SDS 与鼠李糖脂对于天然气水合物的生成均有良好的促进作用，尤其是鼠李糖脂这一环境友好型的
生物表面活性剂，首次用于了天然气水合物的生成实验，既保证了较高的生成速率，又兼顾了环保性
的要求。曲拉通X100 则不适用于H 型水合物的表面活性剂。

氢能是公认的清洁能源，将氢气掺入天然气管道进行输送，是大规模输送氢气的有效途径。
氢气的物性与天然气差异大，天然气中掺入氢气后天然气气质会发生改变。综述了世界各国在天然
气管输系统混氢输送过程中混氢天然气的互换性、天然气管道混氢工艺系统适应性、管道设备安全
性等研究进展。结合中国输气管网的实际情况，建议：①研究不同地区、不同类型燃具对混氢天然
气燃气互换性的要求，评估混氢天然气对民用/工业用户等终端用户的潜在影响；②分析不同输量、
季节、混氢量下管道运行参数及不同型号压缩机工况点变化规律及燃气轮机的适应性；③考虑含氢
量、氢气-甲烷分层流等因素，改进气体组分在线/离线色谱分析系统，结合CFD 模拟及实验等方法，
开展计量设备修正研究；④揭示混氢天然气泄漏扩散特性规律，针对不同泄漏场景优化燃气泄漏检
测设备空间布置及安装方式，完善应急预案；⑤开展高钢级管道混氢输送适应性分析，保障管道本
体安全。

目前，天然气管输计划的编制主要依赖人工经验，编制过程需要花费大量的时间、精力，不利
于管输计划的整体优化。为提高天然气管输计划编制的效率和科学性，通过总结现有编制方法，将
编制天然气管输计划的人工经验编码化，开发了一种管输计划辅助编制软件以寻找可行解。在天然
气管网进销平衡和设计输量等约束条件下，以天然气管网能耗最低为优化目标，通过对大量能耗、输
量历史数据进行统计、拟合分析，建立了天然气管网优化模型，利用最优化方法寻求最优可行解，并
以两条干线管道为例，阐述了生产单耗与周转量拟合过程。研究结果可为复杂的天然气管网系统提
供一种高效、科学的管输计划优化编制方法。

针对苏里格气田井间串接、井口湿气计量工艺模式下单井无液相计量的问题，提出了节流式
流量计与涡街流量计组合测量湿气气液两相流量的方法，通过将两种流量计测量管集成及采用差压
静压、频率温度集成式传感器，简化了流量计整体结构。采用室内空气-水两相流实验平台对该湿气
流量计的计量精度进行测试表明：当瞬时液量为0.05～4 m3/h 时，该湿气流量计气、液相测量误差
分别在5％、20％以内。采用分离计量装置在气井井口对该湿气流量计计量精度进行测试表明：泡
排气井气、液相测量平均误差分别在5％、20％以内，能够准确反映气井出液规律，可指导泡排加注
制度优化；柱塞气举井气相测量误差在8％以内，液相测量误差较大，但能够准确反映柱塞气井出液
特征，测试结果可为柱塞气井工况诊断及生产制度优化提供依据。

为了确保埋地输油管道在爆破施工过程中的安全，结合邻近埋地输油管道的烟台港西港区疏港
大道土石方爆破工程，利用ANSYS/LS-DYNA 流固耦合方法模拟爆破振动对管道的影响。基于数值
模拟，分别统计管道不同断面与断面正上方地表的最大振动速度，通过最小二乘法对所得数据进行分
析研究。结果表明：基于流固耦合方法模拟得到的振速与现场实测结果基本一致，利用该模拟方法研
究爆破振动对埋地输油管道的影响是可行的；在爆破振动情况下，管道周围细沙对管道具有保护作用，
在模拟研究中考虑细沙是必要的；确定了管道断面与断面正上方地表最大振速的函数关系式，并由此
得到现场监测时管道正上方地表安全允许的最大振速为1.982 cm/s。研究结果可为类似邻近埋地输油
管道的土石方爆破工程提供确定地表安全允许振动速度的方法。

中俄东线天然气工程是中俄两国最高领导人高度重视并亲自推动的重大战略项目，是加强两国全面能源合作伙伴关系、深化全面战略协作伙伴关系的又一重要成果，是服务“一带一路”倡议、构建中国四大能源运输通道的重大工程。推进油气管道设备国产化，有利于保障国家能源安全，促进民族装备制造工业发展，推动管道运营企业降本增效。总结了近年来中国石油在高强度管线钢管、天然气用电驱压缩机组、输油泵机组、关键阀门及执行机构、流量计等设备国产化方面的重大成果。介绍了具备一键启停功能的20 MW级电驱离心压缩机组，满足信息安全要求的管道核心控制系统SCADA成套软硬件，56 in （1 in=2.54 cm）、Class900全焊接球阀及配套电动和气液执行机构，干线调压装置的24 in、Class900安全切断阀和工作调压阀等关键设备在中俄东线国产化应用中的最新进展，这些关键设备的自主可控，保障了国家能源安全，在当前复杂的国际形势下，具有历史性战略意义和现实意义。

水合物冰堵是输气管道投产初期最大风险点，一旦发生冰堵将严重影响管道安全输送。为研究中俄东线天然气管道水合物防治技术，根据水合物生成条件，分别对含水量与水露点转换、水合物生成温度进行计算。在中俄东线投产阶段，计算了管道升压和俄气输送过程中实际水露点和水合物生成温度。结果表明，管道气体温度的最低冰堵风险安全裕量约为10 ℃，冰堵风险较小。研究成果可为保障中俄东线顺利投产提供技术支持。

中俄东线天然气管道是目前中国口径最大、压力最高的长距离天然气输送管道，其全自动焊接环焊缝采用全自动超声检测（Automatic Ultrasonic Testing，AUT）技术，AUT在施工现场的可靠应用直接关系到环焊缝的检测质量。AUT检测技术具有灵敏度高、速度快、对焊缝缺欠定位准确等特点，结合中俄东线天然气管道工程现场的实际情况，建立了一套AUT检测技术质量控制体系及管理制度：对检测机组开展AUT工艺评定，对AUT检测设备进行定期校验，同时强化AUT对比试块的管理、现场参考线绘制精度及AUT检测数据的审核。AUT检测技术的质量控制及管理确保了整个施工过程中AUT技术应用的可靠性，并可为后续管道工程建设提供参考。

针对传统内检测器的技术缺陷及中俄东线天然气管道工程的实际需求，研制了一种适用于大口径管道投产前测径的新型高密度聚氨酯内检测器。安装在高密度聚氨酯泡沫主体的智能测径装置不但能够发现管道内径变化、记录变形位置，而且能够准确识别管道环焊缝数量，结合管道施工记录对环焊缝信息进行验证。论述了该检测器的工作原理、结构组成及电子系统的设计与实现，将其应用于中俄东线天然气管道工程的现场检测，结果表明：与传统皮碗式钢骨架智能测径器相比，该检测器所需运行推力更小，可支持的运行速度更高，结构更加鲁棒，维护简单，在保证检测精度与检出率的同时，可大幅降低使用成本，对于大口径管道几何变形检测具有重要的工程意义。