北溪管道的建设进展及特点

熊庆人, 高建忠, 李淑琴

(1.中国石油集团石油管工程技术研究院 陕西 西安 710077；2.中国石油玉门油田勘探开发研究院 甘肃 酒泉 735000)

0 引 言

能源问题关系到国家安全和国家经济、社会的发展能力，是世界各国普遍关注的问题之一。俄罗斯是一个能源大国，在东西伯利亚和远东具有丰富的油气资源，是世界上天然气储量最多的国家，石油储量亦居世界前列，在能源出口方面具有天然的优势。而欧盟作为俄罗斯的近邻，能源资源十分缺乏，对能源进口的需求度很高。在这种天然的能源需求互补的情况下，欧盟和俄罗斯在共同开发油气田和修建油气管道等方面取得了不少共赢的成果。

俄罗斯的石油、天然气主要通过管道运输，北溪天然气管道(Nord Stream pipeline，North Transgas，North European Gas Pipeline，俄语：Северныйropean)是一条穿越波罗的海直达德国的离岸天然气管道。本文介绍了已建成的北溪1号天然气管道的情况以及正在建设的北溪2号天然气管道的进展，并分析了该管道的技术、经济等特点。

1 北溪管道

1.1 概况

北溪管道是由俄罗斯和部分欧盟国家(以德法为主)共同投资的跨国天然气管道，全长1 200多公里，横跨波罗的海海底，直接连接德国与俄罗斯两国本土，通过俄罗斯、芬兰、瑞典、丹麦和德国这5个国家的专属经济区和领海，其线路如图1所示。其中北溪1号管道(图1中标为Nord Stream 的实线)已于2012年建成，北溪2号管道(图1中标为Nord Stream 2的点状虚线)是对北溪1号的扩充，其大部分线路是沿着北溪1号的线路延伸到德国。

北溪1号天然气管道的入口位置在俄罗斯的维堡(Vyborg)，出口点在德国格赖夫斯瓦尔德(Greifswald)附近的卢布明，沿途最大水深为210 m。北溪2号管道的入口位置为更偏南的乌斯特鲁加(Ust-Luga)港，其出口位置计划在靠近北溪1号管道出口点的格赖夫斯瓦尔德区域。

图1 北溪管道的线路图

北溪1号管道项目包含两条平行的海底管道，以及两条海底管道系统的陆上部分，即到德国格赖夫斯瓦尔德接气站长约0.5 km的管道及到俄罗斯维堡压气站清管器收发装置出口约1.5 km的管道[1]。第一条管道敷设于2010年5月至2011年6月，于2011年11月正式投入使用。第二条管道敷设于2011年5月至2012年4月，于2012年10月正式投入使用。单条管道长度为1 222 km，设计输量为275亿m3/a，两条管道的总输量为550亿m3/a。据报道，近年来俄罗斯通过北溪1号管道向德国供应天然气达1.647亿方/天，超过管道设计输量10%。

由于北溪1号管道已满负荷甚至超负荷运行，俄罗斯于2015年提出修建第二条输气管道，即北溪2号。北溪2号管道的长度亦为1 200多公里，其设计总输量与北溪1号相同，亦为550亿m3/a，输送时间至少为50 a，原计划在2020年年中投入运行。北溪2号管道建成后，北溪管道的总设计输送能力将达到1 100 亿m3/a，大约可以满足整个欧盟国家1/4的天然气需求，或者是德国的全部需求还略有剩余,这在欧俄能源合作中将具有里程碑的地位[2]。

北溪管道是一条跨国天然气管道，在敷设之前即对管道线路穿越的波罗的海地区进行了全面的勘察研究，并根据重要的航道、环境敏感区和其它特殊地区对线路进行了调整[3]。整个管道是按照其专属经济区和领海所途经的五个国家的国际公约和国家法律建造的。

1.2 北溪 2 号天然气管道进展

北溪2号管道是俄罗斯天然气工业股份公司(Gazprom，中文简称“俄气”)与包括法国能源集团(Engie)、德国意昂(E. ON)、德国巴斯夫集团附属公司温特沙尔(Wintershall)、奥地利油气集团、壳牌在内的五家欧洲能源公司的合作项目，是俄罗斯和Gazprom近年来继中俄天然气管道之后最重要的管道计划。北溪2号管道自开始建设以来，即受到各方的广泛关注，其主要进展如下：

2015年6月，俄罗斯天然气工业股份公司与包括壳牌石油在内的五家欧盟能源巨头组成联合公司，共同修建“北溪2号”。俄罗斯天然气工业股份公司是北溪2项目运营商北溪 2公司的唯一股东。9月4日，俄气与其它五家公司草签了股东协议，北溪2项目步入实施阶段。11月12日，六家公司在圣彼得堡确定了最终各股东所占份额，其中俄气公司50%，其余五家公司各10%。该项目总造价预计约为95亿欧元。

2016年3月11日，北溪2公司对工程用钢管进行了公开招标。 2017年，全球最大的海洋油气田开发平台安装及管路铺设承包商瑞士Allseas公司与Gazprom下属的北溪 2公司签署铺管合同，由“Pioneering Spirit”号主导“北溪2号”的铺管工作。北溪2号管道用钢管及铺管情况如图2所示。

图2 北溪2号管道用钢管及铺管情况

2018年3月，该项目在德国取得了所有必须的施工许可，芬兰也颁发了所有必要的建设和运营许可证。俄罗斯、瑞典、丹麦的国家许可程序的取得正在进行。7月 18 日，美参议院通过了对参与北溪2号天然气管道项目的实体实施制裁的法案。2019年12月20日，美国总统特朗普签署了《2020年国防授权法案》，此法案中包括对参与“北溪2号”天然气管道项目企业进行制裁的条款。随后，负责铺设北溪2号天然气管道的Allseas公司停止了该项目工作[4]。

根据“北溪2号”项目方发布的数据(截止2019年12月31日)，该管道设计总长约为2 460 km(两条管道)，现已完成约2 300 km的铺设(两条管道)，项目投资已经达到110亿美元。

2 北溪管道的特点

2.1 技术特点

2.1.1 输送方式

北溪管道是至今世界上输气量最大、长度最长的海底管道，是采用高压超大输量方式的代表性管道[5]。

北溪1号管道[6]采用了一泵到底的高压输送方式，在俄罗斯压气站的出口压力为22.0 MPa，在德国出气口的压力为10.6 MPa。该管道的公称外径为1 219 mm(48 in)，随着输送距离增加管内压力下降，壁厚和外径逐渐减小。该管道从俄罗斯到德国，前三分之一段壁厚为34.6 mm，中段壁厚为30.9 mm，后三分之一段壁厚为26.8 mm，在某些特殊地段的壁厚达41.0 mm。整条管线内径设计为1 153 mm。此外， 北溪1号管道还配置了非常先进的网络化控制管理系统[7]。

北溪1号管道的建设和运营，为北溪2管道项目打下了良好的基础，并提供了非常有价值的借鉴，北溪2号管道的技术参数及铺设线路与北溪1号管道几乎完全一致[7]。北溪2号管道设计亦为两条平行的公称外径为1 219 mm的管道，内径设计亦为1 153 mm。

试验数据采用Excel2007进行整理。整理后数据采用SPSS17.0统计软件进行One Way Anova方差分析。

表1给出了北溪管道技术参数及其与我国南海项目的对比。

表1 北溪管道及南海项目的主要技术参数

2.1.2 钢管技术规范

北溪1号管道用钢管所采用的基础技术标准为DNV-OS-F101规范，技术要求包括化学成分、断裂控制、高尺寸精度要求、无损检测、腐蚀试验等，多项技术要求在DNV规范基础上进行了加严。

1)化学成分 北溪1号管道用钢管钢级为L485(X70)，管型为直缝埋弧焊管，其钢管化学成分要求严于DNV规范。表2列出了北溪管道、南海项目用钢管的化学成分要求。

表2 钢管管体的化学成分要求(质量分数) %

2)韧性。北溪管道用钢管的夏比V型缺口冲击韧性要求为：-30 ℃时，钢管夏比V型缺口冲击试验冲击能平均值≥50 J，单个值≥40 J；落锤撕裂试验(DWTT)剪切面积≥85%[1]。 南海项目用钢管的夏比冲击试验及DWTT要求如表3所示。可见，北溪管道对钢管的韧性要求非常严格，对钢管生产来说是一项挑战。

表3 南海项目用钢管的夏比冲击试验及DWTT要求

如前文所述，北溪2号天然气管道的技术参数与北溪1号管道几乎完全一致。文献[8]表明，在-38 ℃下其钢管夏比冲击试验剪切面积不小于90%，-48 ℃下钢管横向夏比冲击吸收能不小于170 J，纵向不小于250 J。

3)尺寸偏差 对北溪管道来说，最大的挑战还是钢管的几何尺寸精度。北溪管道用钢管的内径偏差仅为1 mm，而DNV规范对管端直径偏差要求为±1.6 mm；椭圆度的要求值为≤5.0 mm，而DNV规范对该规格焊管管端椭圆度的要求为≤7.5 mm； 直度要求比DNV 规范提高了50%。 几条管道用钢管的尺寸偏差要求见表4。

表4 焊管尺寸偏差要求

2.1.3 感应加热弯管

在俄罗斯和德国的登陆点，北溪1号项目需要几种规格的强度高、低温延性好、且由于设计压力高而壁厚大的感应加热弯管。所有弯管均为整体淬火+回火(QT)，几何尺寸公差要求严格，有资质、有能力按照项目规范供应大口径弯管的公司很少。德国缪尔海姆的Salzgitter Mannesmann Grobblech GmbH(MGB)获得了向北溪1号项目供应38个大口径弯管的合同，见表5。

表5 MGB向北溪项目供应的大口径弯管

10个48 in的弯管用于德国接收站， 28 in和38 in弯管分别安装在俄罗斯海岸的压气站附近和德国一侧的接收站附近。由于其使用工况不同，必须按照不同的规范标准和试验要求进行生产，见表6。弯管母管为直缝埋弧焊管，由Eisenbau Krämer(EBK)制管厂生产。

表6 北溪管道用弯管母管的尺寸及生产规范

2.2 钢管生产

北溪管道用钢管由多家钢管公司提供。北溪1号管道的大部分钢管由欧洲钢管公司生产(其中第1条管道占比75%，第2条管道占比65%)，俄罗斯和日本厂家也生产了一小部分[9]，俄罗斯维克萨钢铁厂为第1条管道提供了25%的钢管，OMK钢铁厂为第2条管道供应了25%的钢管，其余钢管由住友金属提供。北溪2号管道的大口径钢管需求量约为220万吨，与世界领先的钢管公司签订了多项供货合同[10]。

2.3 影响建设的其他因素

俄欧的能源贸易中主要通过管道来输送天然气，双方不断推进新管道的开发建设，以促进能源合作的多样性。21世纪以来建设的天然气管道有：亚马尔-欧洲天然气管道、蓝溪天然气管道、北溪1号天然气管道，以及正在建设的北溪2号天然气管道。而北溪管道被认为是一个关乎欧洲能源持续和安全供应的关键项目。

欧洲对天然气进口的需求量持续增长，但过境乌克兰的陆上管线供气不稳定，使得俄罗斯迫切需要建设新的直达欧洲的天然气管道，以提高对欧洲的天然气供应能力及供应的稳定性。北溪天然气管道是俄罗斯向欧洲供气的多样化管道的一部分，该管道使俄罗斯可绕过乌克兰、波兰等国，直接将天然气输送到德国。自2012年北溪1号管道全面运营后，俄罗斯向欧洲输送天然气对乌克兰的过境依赖从80%以上下降到一半左右[7]，提高了向欧洲供应天然气的可靠性。这为北溪2号管道的建设提供了动力。

但随着国际形势变化，俄欧关系进一步紧张。另一方面，美国“页岩气革命”使天然气产量急剧增加，开始与俄罗斯争夺欧盟市场。复杂的国际经贸、地缘及国家关系等多重因素使北溪2号管道的建设面临变数。

3 结束语

北溪管道采用了高压大输量的输送方式，在DNV规范的基础上提出多项更加严格的技术要求。北溪1号管道是俄欧能源合作的成功范例，该管道已满负荷运行；北溪2号管道工程不单是能源合作，还涉及地缘政治等复杂问题。面对复杂的内外部情况，以及突发的全球性新冠肺炎疫情，目前建设进度已超过90%的北溪2号管道最终何时能够建成投产还需拭目以待。