管道并行敷设

管道并行敷设（共3篇）

管道并行敷设 篇1

摘要：我国油气管道并行敷设技术的应用和研究逐渐增多,简要介绍了我国数个大型油气管道并行敷设工程情况,对其安全性问题进行了探讨。总结了近几年来一些学者从不同角度进行研究所得的成果以及新技术、新方法在工程实践中的具体应用。分析了在管道间距的确定原则、管间热力影响和管道施工技术研究中存在的问题与不足,展望了油气管道并行敷设技术的研究方向和发展趋势。对油气管道并行敷设中的各种影响因素进行综合考虑,多条油气管道并行敷设及其合理布局、站场优化,均有待于进一步研究。

关键词：油气管道,并行敷设,管道间距,热力影响,管道施工

随着我国经济的不断发展和对能源需求的持续增长,油气管道作为石油天然气行业公认的最为经济合理的油气输送方式,已经迎来了一个建设高峰期。在某些地区,由于受地形、交通、环保等因素的影响,适合油气管道建设的路线有限,管道通常敷设在一个较为狭窄的走廊带中,多条管道并行敷设甚至同沟敷设的情况在所难免。管道并行敷设不仅可以满足多种流体介质输送的需求,而且已建管道在其前期进行的一系列地质工作对后建管道能够起到很好的借鉴作用,从而提高设计效率,减少工程建设费用[1]。目前,并行油气管道越来越多,随之而来的是并行敷设的安全性和经济性问题。如何处理好并行敷设管道在建设中的关系,确保并行段管道的施工及运营安全,合理规划管线及站场用地,同时为可预见的油气管道做出合理预留及衔接,已经成为并行管道研究工作的重点。

1 国内建设实例

西部原油成品油管道工程西起乌鲁木齐,东至甘肃兰州,全长3 690 km,总投资近150亿元,是我国目前输送路程最长、设计压力最大、年输量最多、自动化程度最高的输油管道之一。原油管道与成品油管道同步建设,为节约建设投资和便于运行管理,对两条管道中的近千米管段进行同沟敷设,两条管道的净间距为1.2 m;在通过公路、铁路穿越的地段,净间距不小于0.5 m。

中卫—贵阳联络线输气管道工程起于宁夏中卫,经甘肃、陕西、四川、重庆,止于贵州贵阳,干线全长1 598 km,管线输气能力达到150亿m3/年。中卫—贵阳输气管道是中国石油设计建设的又一骨干管道,与西气东输二线、兰成原油管道、兰成渝成品油管道、中缅原油管道并行敷设。

兰成原油管道起于兰州,途经广元、绵阳、德阳,终于成都,全长882 km,设计年输量1 000万t。该管道是罕见的大落差、高压输油管道,所经之处地质地貌复杂,包括黄土湿陷地区、地质灾害频发的秦巴山区以及人口稠密和水网纵横的四川地区。此外,该管道与多条在役和在建高压油气管道并行。其中,与兰成渝管道并行129 km,与兰郑长管道并行14 km。

2 油气管道并行敷设研究

国内外对管道并行敷设正在深入研究,获得了大量研究成果。像俄罗斯、美国和加拿大等,均出台了相应设计规范,但考虑到我国特有的土地政策和技术水平,这些规范并不能直接应用到我国管道建设中。国内大量学者和工程技术人员针对我国管道建设具体情况,从各种角度进行了油气管道并行敷设研究。

2.1 管道安全间距

罗宁等[2]总结国内外相关标准和规范,提出大型油气管道伴行距离的确定原则和思路:新建管道施工时,尽量利用现有交通等设施,不对已建管道运行构成不良影响和破坏;管道运行中,某条管道发生事故不对其它管道造成破坏。以上原则缺乏管间距对并行管道敷设施工和运行管理影响的定量分析,并且没有提出具有指导意义的管间距。

代以斌等[3]深入分析影响管道安全间距的施工、维抢修、阴极保护、管道爆炸等因素,提出长输油气管道并行敷设合理间距:采用机械化施工的一般地段其合理间距为施工间距;无法采用机械化施工的地段其合理间距为维抢修间距;局部难点段在采取安全措施后可以采用同沟敷设。

许砚新等[4]考虑了热传导效应、带压封堵操作空间、输气管道破裂失效等对管道的影响,结合沿线地形特点,给出了两条管道并行敷设的间距要求:开阔谷地、黄土丘陵及低山地段,间距不小于10 m;坡积地的狭窄沟谷地段,间距不小于6 m;空间受限,一侧傍山(高山陡坡)、一侧邻河的V形沟谷地段,净间距不小于1.5 m。

牛振宇等[5]参考国内外已建管道经验,针对河西走廊在役运行油气管道及规划建设的油气管道,从管道的运行管理、现场施工、防腐性设计及交叉角度等方面对多条管道并行间距进行了研究论证,提出多条管道并行敷设的可能性,并给出了有关管道并行敷设的合理建议。

上述对于并行敷设管道间距的研究,逐渐从对现有规范的思考和探索,走向对各种影响管道安全间距的因素进行分析。然而,以上研究并没有关于同沟敷设和对多条油气管道并行敷设管道间距确定方法的探讨。

2.2 管间热力影响

叶栋文等[6]对成品油管道与热油管道的能量传递过程进行研究。研究表明,随着地表温度周期性变化,冷成品油管道对热油管道周围土壤温度场影响程度不同,且对远离冷成品油管道一侧的热油管道周围土壤温度场影响较小,随运行时间增加,冷成品油管道的影响减弱。该模拟没有考虑土壤中水分迁移及冰水相变对土壤温度场的影响。计算结果与实际有一定偏差,有待进一步研究。

田娜等[7]研究了土壤中水分冻结发生相变对同沟敷设原油和成品油管道周围土壤温度场的影响。分析发现:冻结开始很长时间内,土壤中水分冻结释放大量相变潜热,土壤温度高于无相变时土壤温度,管道散热损失比无相变时小;冻结后期,土壤导热系数增加,出现与上述相反的情况。该研究对同沟敷设原油和成品油管道在冬季安全、经济运行有重大的指导意义。

吴琦等[8]对同沟敷设中热油管道停输过程进行了模拟分析。数值计算结果表明,对于西部管道的土质环境及敷设方案,2月份停输72 h无输送危险;敷设间距为1.2 m时,成品油管道对原油管道停输温降的影响较小。计算中多次进行简化,对某些物性参数及地质气象等采用统计处理,均为一般性结果,需进一步掌握实测数据修正上述结论。

王乾坤等[9]以热油管道与输气管道和热油管道与冷油管道并行敷设为例,对比分析不同工况的热力分布情况。分析可知:两种敷设方式下,热油管道最大温差变化相差不大。但受输送介质物性和管径差异影响,冷油管道对热油管道温降的影响,在管距较小时,较输气管道对热油管道温降的影响要大,而在管距较大时要小。

对于管间热力影响,上述研究多采用数值模拟对管道及周围土壤温度场进行计算,对所建模型进行大量简化,模拟计算结果与实际有一定偏差,并且主要是研究原油管道和成品油管道同沟敷设,对输气管道和输油管道同沟敷设的研究则很少。

2.3 管道施工与维护

徐春明[10]详细叙述了西部原油成品油管道的爆破试验成果,标志着管道建设实施爆破技术向更规模、更科学的方向迈进,具有相当的权威性。由此引出对施工爆破间距的思考。他指出在管道设计中,应根据岩石的土石工程分级,进行精确计算,只要采取必要的爆破措施,爆破作业可以适当减小与已建管道的间距,且不会对管道安全产生威胁,由此可采用缩小石方段爆破间距的方法。

马学海等[11]以中卫—贵阳天然气管道与兰州—成都原油管道并行段为例,对并行管道保护措施进行研究,分析并行管道失效的原因及失效形式,从同沟敷设段设置、施工要求、预防第三方破坏、地质灾害治理等方面提出了安全措施,为其他并行管道设计提供了参考。

姜斌[12]针对某LNG天然气并行管道巷道穿越工程,通过对比分析目前三种主要的管道穿越巷道施工方法,提出了一种工序简单且成本较低的施工方案,对管道预制、巷道填沙、管口封堵、管道试压及巷道两侧封堵等进行了分析和阐述,强调了施工过程中需注意的事项,为今后巷道及隧道穿越积累了宝贵的施工经验。

张志强[13]结合西气东输二线工程,研究了在役管道近距离并行管沟的爆破施工,对爆破作业的方式选择、参数确定、技术措施和安全要求、爆破网路连接等爆破作业技术要领进行了总结,为今后类似爆破作业提供了有效的理论和实践参考。

以上研究主要针对并行敷设的具体施工和管线维护问题进行了分析和探讨,给出了一些合理的建议和应当注意的问题,提出了许多新的施工方法和保护措施,为今后油气管道并行敷设的施工和维护打好了基础。

3 存在的问题与发展趋势

我国学者与工程人员对管道并行敷设探索与研究后得出大量结论和成果。许多结论与成果被应用到工程建设(例如中卫—贵阳天然气管道、兰州—成都原油管道等)中,在实践中得到了检验,取得经济和社会效益的同时暴露出不足并逐渐得到补充和完善。

(1)油气管道并行敷设技术研究中,对管道安全间距的确定原则、管道热力影响分析及管道施工与维护方案等,考虑并不全面,许多因素的综合影响没有被考虑,一些结论是从单一角度研究后所得的成果。

(2)许多研究在建立模型后大量简化,例如将三维流动视为一维流动,将油品的各项参数视为某一截面上的平均值,等等。这使得所建模型与实际相差较大,得出的结论自然不能与实际完全相符。

(3)油气管道同沟敷设比单管敷设有显著的优势,其应用和研究也就更加受到人们的重视。目前,多数研究主要针对液液同沟敷设,而对气液或气气同沟敷设涉及并不多。输气管道一般压力较高,发生事故时对与其同沟敷设的管道有很大危害性,应对此作进一步的相关研究。

(4)多条油气管道并行敷设甚至同沟敷设时,由于各管道输送流体性质不同,其敷设位置关系及相邻管道间距的确定将会非常复杂,如何对其进行优化布局,亦将成为该领域的又一研究课题。

未来几年,我国油气管道建设将进入大发展时期,形成密集的油气输送管网。作为一项发展和完善中的管道技术,管道并行敷设技术将会在其不断的应用中突显出高效性、节能性以及环保性。随着对油气管道并行敷设技术的深入研究,并行管道技术在设计、施工和运行管理方面将会得到长足发展。

管道并行敷设 篇2

1 我国的相应标准及相关规定

1.1 管道并行敷设

我国的GB50251-2003和GB50253-20003对输油管道的并行管道敷设间距提出具体要求, 规定当输油管道与其他管道同时进行并行敷设时, 其之间的距离要符合SY0007-1999文件中的相关规定。在其中GB50253-2003中还规定, 同沟的并行敷设管道与管道之间的距离不应小于0.5米。

1.2 管道交叉敷设规定

在我国对于交叉敷设的标准是以GB50521-2003、GB50253-2003和GB/T21447-208规定为主, 主要是以规定管道与管道之间相互交叉时, 其输油管道与其他管道之间的距离不应小于0.3米。其中, 输油管道与其他管其他电缆、建筑物进行交叉敷设时, 其相间的距离也不应小于0.5米。

1.3 管道施工维护的间距标准

我国发布的《石油天然气管道保护条例》中第十五条、第十六条规定, 所有管道以中心线为基础向两侧各延伸5m的范围, 严禁动用土地。管道以中心线为基础向两侧各沿至50米的范围严禁使用易燃易爆物。并且, 在管道以中心线为基础, 向两侧各沿50-500米, 可进行爆破事件, 但是, 要先征求管道企业同意并安排相应的保护措施。

2 输油管道并行敷设间距的影响因素

2.1 热传导效应

以中贵管道设计和兰成输油管道设计为例, 其中, 中贵管道设计压力的设计在10MPa, 输油管道的管径为1016毫米。兰成石油管道的设计压力在8-13MPa, 其输油的管道直径为610毫米。这两种管道再近距离敷设时, 由于热传导的作用不同的管道所带有的温度场就会进行相互之间的影响。如果两条管道之间的距离太小就会严重的影响管道之间的温度。因此, 对于中贵管道和兰成管道就要建立原油管道与天然气管道之间的并行段, 在对其温度场进行并行敷设的影响分析, 确定两条管道并行敷设时热力之间的相互影响和安全间距。随着管道之间的距离增加, 并行敷设的原油管道与单管原油管之间的温度差就会减小, 反之则者会增加。所以, 在输油管道进行并行敷设间距时应大于1.2米, 如果不能达到此距离就要采取保温隔热措施。

2.2 输油管道的带压封堵空间

在管道的运行维护过程中, 对管道进行带压堵的转换工作时就要对其间距进行预留, 根据SY/T6150.1-2003规定, 在换封堵管道作业时, 其作业的坑度应大于2.6米, 其中包含管径的宽度, 从而推算出管道之间的最小距离间距为1.3米。

2.3 输油管道的破裂

根据我国石油管道的相关研究, 在管道进行并行敷设时管道的破裂失效的后果会影响相邻的输油管道的正常运输, 从而增加失效的可能性。而造成输油管道失效破裂的情况主要是因为输管道的破裂渗漏, 它是由于周边的土地不断出现压力, 使得相互临近的输油管道的径向发生失稳, 也可能是由于输气管道的爆破造成邻近的管道失去覆盖物, 从而直接受到热的敷设而发生的损坏。

3 输油管道并行敷设间距确定的原则

为了要将新建的石油管道与已建的其他管道并行敷设段之间的相互关系就要对两条管道之间的距离进行确定, 并遵循以下原则。首先, 在新建的管道施工过程中, 不能对以建好的管道结构产生影响和破坏。其次, 其他的空间要按照要求合理的进行规划, 并利用现有的设施减少新建管道的工程量和投资量。最后, 在运行使用的过程中, 若一条管道发生了事故, 也要对其他任何管道不造成破坏。根据CSAZ662-2007规定, 当可确定的两条埋设的并行管道在任何方向的距离上的间距设置都要考虑对其它管道是否产生损坏影响。

4 结语

我国的输油管道并行敷设所遵循的规定有两种, 对管道并行间距并没有明确的距离。所以, 在管道的设计时, 人员要根据影响管道并行敷设的间距因素借鉴国外的成果, 参考国内的建设项目, 从而确定合理的适合我国发展的并行敷设间距。在采用这种管道的建设方法时, 要以安全为前提, 如果遇到一些无法解决的问题就要在技术允许的条件下, 不违反国家的相关规定, 采取联合保护的形式加强管道的厚度, 防止腐蚀, 加强管道建设的维护。

参考文献

[1]邓生存, 刘伟, 方书军.油区结算水表的选型/设计/安装与国家相关标准探讨[J].中国给水排水.2009年10期.

[2]吴玉国, 陈保东.输气管线摩阻系数的影响因素以及减阻的主要方法[J].管道技术与设备.2011年05期.

管道并行敷设 篇3

关键词：SPE管,“车槽式”发射架,“圆弧型”托管架,悬挂式“反S形”管道铺设

1工程概况

南日岛深水跨海管道供水工程为福建省莆田平海湾供水工程 (福建省重点工程) 的跨海管段, 长度9.6km, 最大海水深达36.7m, 输水规模远期1.5万m 3/d, 近期0.75万m 3/d。通过经济、技术、工期等比选后[1], 该工程选用管径500mm SPE管、单根长度48m且采用电热熔连接方法, 具有投资更省、施工更易、运行更可靠、维护更方便等优点。

工程区最大波高7.5m, 出现最多的是2～3级浪, 频率87.3%, 最大风速31m/s, 多年平均风速6.9m/s, 最大潮差6.30m, 平均潮差4.61m, 实测最大涨潮平均流速为92.4cm/s, 最大落潮平均流速为82.3cm/s。工程区水深 (居国内供水工程之最。本工程实施前, 国内已建跨海供水工程最大水深仅22m) 、风大、浪高、线路长, 工程环境复杂、恶劣, 特别受气候条件约束, 施工期短, 采用何种铺管方法与工艺是保证管道顺利铺设之技术难点, 也是技术重点。

2管道敷设方法比选

海底管道的铺设主要有飘浮法、牵引法 (又称拖管法) 和铺管船法等。经比选本工程选用铺管船法[2,3]。

2.1飘浮法

管段按照事先拟定的方法就位、下沉至要求敷设的位置, 管段之间接头部分在水下进行。本工程水深、管长, 不仅潜水员在水下的作业时间很短, 水下接管操作困难, 而且沉管过程受海流及风浪的冲击安装就位困难等因素制约, 施工困难、进度慢、成本高, 所以不适用于本工程。

2.2拖管法

管道在陆地制管场制造加工, 并焊接成数百米 (也有更长的) 的管道, 然后利用牵引设备 (绞车、绞车船等) 沿海底、离底、潜水和海面牵引管道。该方法要求海底地形、地质条件变化小, 且需要完善的管道下水滑道, 有足够牵引能力的牵引设备。本项目跨海距离长, 地形起伏、跨越两条港道, 拐点多, 且在风大、浪高、流急的海域, 铺管就位难、拖管施工应力大, 此方法也不适用于本工程。

2.3铺管船法

使用设备专门的铺管船及附属运输船。管道由供应船向敷管船供应, 在敷管船上焊接, 这样随着管道接长进行敷设, 管道每敷设一段, 前进一段距离, 见图1。适用条件及范围遇有大风浪或特殊情况可以中断作业, 敷管船可以离开敷设地点, 待天气转好再返回敷设地点继续作业。适用于离岸较远的长距离管道, 管道越长, 优越性越显著;适应性好, 可中断作业;施工方便, 工期短, 对季节的适应性比较强。

考虑本工程的海域情况、工程规模, 经分析计算, 选择铺管船法。实践证明, 该方案投资最省, 工期最短, 海上铺管工作109天完成了铺管任务。

3铺管船施工方法与管道敷设工艺

3.1铺管船施工方法

3.1.1 主要施工设备

本工程主要施工设备由表1给出。

3.1.2 铺管作业程序

①通过运输船将管段运到铺管现场, 通过铺管船上的起重机械, 将以上管段卸到铺管船的管道堆放区;再利用铺管船上的起重设备, 将48 m长的管道移位到发射作业区的滑道上。

②在发射作业区的热熔工作站, 对“48 m” 长的管道与“下海”管道进行电熔连接;并且将配重块安装到管段的指定位置上。

③经连接检验合格后, 开始绞锚铺管。铺管作业时依据敷设和安装的需要, 通过收、放锚缆移动船位, 一边移船, 一边放管, 保持放管的速度与移船的速度协调一致, 移动的距离约48 m, 使管线在整个铺管过程中始终处于安全的状态。

④管线在恒张力系统的控制下, 使管线按照预先设计的曲线, 沿着滑道和托管架下滑, 安全着于海床上。根据管线计算, 不同水深有不同的恒张力, 恒张力系统可通过调整电压来控制恒张力。

⑤铺管船采用DGPS系统。铺管作业时在DGPS系统监控下, 通过调整船位, 使管线能按设计要求准确就位。

3.1.3 后挖沟方案

该工程的挖沟工作 (除炸礁段以外) 采用先铺管后挖沟的施工方法。并使用专用“后挖沟机” (见图2) 跨在已铺设的管线上开挖管沟。其作业原理和施工步骤在文献[1]中已作详细介绍。

3.1.4 弃管与回收作业程序

在海底管线正常敷设期间, 因天气或其它意外原因使铺管作业不得不终止时, 要进行弃管作业, 弃管作业与回收作业的方法和程序如下。

①在恶劣天气条件下准备弃管时装上“拖拉封头”, “恒张力绞车”钢丝绳与“拖拉封头”接好, 慢慢将管线放在海床上后, 松开钢丝绳并切断, 钢丝绳端部系上“标记浮标”;然后铺管船才起锚移船。

②当天气好转并具备继续开始敷设管线时, 铺管船要重新抛锚就位, 开始管线回收作业, 主要工序如下:

a) 船在DGPS定位系统引导下靠近管端区, 抛锚就位。

b) 潜水员在水下连接“恒张力绞车”钢丝绳至水下管线上的“拖拉封头”上 (弃管时切断的且接在“拖拉封头”上的钢丝绳弃用) 。

c) 启动“恒张力绞车”, 保持一定张力, 向艉部方向移船, 回收海底管线。

d) 当管线“拖拉封头”通过“张紧器”后, 启动“张紧器”, 夹住海底管线。

e) 进行张力转换, 以“张紧器”代替“恒张力绞车”向管线提供张力, 释放“恒张力绞车”。

f) 继续回收管线, 使“拖拉封头”达到对接工作站。

g) 切割“拖拉封头”、打磨坡口, 重新开始正常敷设作业。

3.2 “车槽式”滑道设计

SPE管道必须配重下水, 亦即下水前, 需将配重块安装好, 而传统的管道下水滑道, 多为间隔布设滚轮, 管道直接与滚轮接触, 不便于配重的安装和具有配重块管道的下滑, 这就对下水滑道设计提出了更高的要求。结合以上工艺要求, 为了确保施工的可行性和合理性, 精心研究和探讨, 最终确定在铺管船甲板上, 设置一条SPE管道的拼装滑道, 滑道上布置有两条小车滚动槽, 即承载小车与滚动槽相结合的发射架滑道设计方案, 简称“车槽式”发射架滑道, 见图3所示。

管道下水步骤如下:

(1) 拼装SPE管道前, 先将若干小车间隔一定距离沿小车滚动槽布置好;

(2) 再将48 m长的SPE管道吊上拼装滑道, 小车将SPE管道垫起, 便于按设计要求安装配重;

(3) 按设计要求安装铸铁配重块;

(4) SPE管道热熔对接;

(5) 待配重安装和SPE管道热熔对接完毕后, 利用小车在滚动滑槽内的向下滚动, 将联结好的SPE管道输送下水。

通过实践证明, “车槽式”发射架滑道具有工艺简单、合理和安全可靠等特点, 很好地解决了配重块安装和SPE管道下滑之间的矛盾, 大大地提高了铺管进度和效率。

3.4圆弧型滑道悬挂式“反S形”管道铺设

在长9.6 km管线的施工海域, 水深变化为2～36.7 m, 针对以上特点, 在确定管道下水托管架的长度时, 原则上整个托管架着床, 对管道海上铺设最为有利, 但因为水深变化幅度大, 调节困难, 托管架太长, 对起重机械等配套设施要求过高, 而太短就可能严重影响到管道铺设的安全, 故托管架长度既不宜太长又不能太短。

针对此问题进行深入研究, 以确定托管架长度和滑道形式。通过对SPE管材性能的深入了解和管道海底铺设的经验分析, 充分考虑最大水深和管材容许曲率半径等因素, 认为管道沿托管架下水到着床, 其弯曲变形多为“反S”形, 故把托管架滑道设计成圆弧型, 采用圆弧型托管架滑道进行悬挂式“反S”形管道铺设。在托管架设计时, 首先必须满足管材下水的弯曲半径大于容许值, 模拟管道最深水的下水情况, 将托管架内的滑道设计成圆弧形, 其曲率半径略大于管材的容许弯曲半径, 托管架长度略过两个“反圆”的相切点, 根据以上模拟, 托管

架的长度为40 m满足施工要求, 托管架与铺管船以绞接的方式连接。见图4所示。

为保证管道在水深大于铺管船设计吃水深度3.4 m (水深小于3.4 m的登陆端浅滩段采用拖管法) 的海域在不同水深的情况下在施工过程中保持一定的曲线形态, 根据曲线计算结果来调整托管架的斜率, 并在作业过程中保持不变。托管架的斜率可通过扒杆上的滑轮组来进行调整。

通过实践证明, 采用圆弧型托管架滑道进行悬挂式“反S”形管道铺设, 托管架滑道的型式和架构合理, 克服了水深变化幅度大和最大水深达36.7 m的困难, 工艺简单、安全且经济高效, 保证跨海管道的顺利铺设。

4结语

(1) 在长距离深水跨海供水管道敷设中选择铺管船法投资最省, 工期最短。

(2) 本工程的施工方法以及采用“车槽式”发射架滑道、“圆弧型”托管架滑道进行悬挂式“反S形”管道铺设等施工工艺, 很好地解决了深水跨海供水工程施工中的技术难题, 可供类似海域条件下跨海供水工程借鉴。

参考文献

[1]黄国雄, 林国华, 林建辉, 等.钢丝网骨架塑料 (聚乙烯) 复合管在跨海供水工程中的应用.水利科技, 2008; (2) :41—42

[2]美国石油学会.海洋管道规程.李秀明, 译.北京:石油工业出版社, 1985