地面管道（共6篇）
地面管道 篇1
随着社会的发展与进步, 人们对生活空间的舒适度要求越来越高, 地热采暖被广泛的应用于住宅、宾馆、商场及游泳池等工程中, 因此研究其加热管的选择也尤为重要。目前适合地暖使用的管材主要有:聚丁烯管 (PB) 、交联聚乙烯管 (PE-X) 、耐热聚乙烯管 (PE-RT) 、无规共聚聚丙烯管 (PP-R) , 以及铝塑复合管中的部分产品 (如PAP、XPAP或RPAP) 。文中就以上几种管材, 结合一些工程的实际案例经验, 对选择中需了解与注意的问题, 提出了自己的观点和意见。
1 地暖常用管材的种类及性质
1.1 聚丁烯管 (PB)
聚丁烯管, 是由聚丁烯-1树脂添加适量的助剂, 经过挤出成型的热塑性管材。聚丁烯 (PB) 具有较高的分子量和结晶度, 是一种高性能的树脂材料。在几种常用的塑料管中, 聚丁烯 (PB) 管的安全性最高, 许用环应力值最大, 耐高压、耐热、耐寒, 质地柔软, 易于弯曲, 可以在-30℃~100℃的温度范围内长期使用达50年以上。
聚丁烯 (PB) 管环保性能良好, 无毒、无害、无化学反映, 即使燃烧也不会产生有害气体等优点, 但是价格却比其它塑料管材高出许多。
1.2 交联聚乙烯管 (PE-X)
交联聚乙烯管 (PE-X) , 是密度大于等于0.94g/cm3的聚乙烯或乙烯共聚物, 添加适量助剂, 通过物理或化学方法, 使线型大分子交联成三维网状的大分子结构的塑料管。聚乙烯或乙烯共聚物只有经过交联处理后, 才具有耐热、耐压性能, 因此, 管材的优劣取决于生产工艺与交联度的高低。交联聚乙烯管 (PE-X) 不脆、不裂, 安装时可根据现场情况任意弯曲或调直, 尤为适用于做地暖的加热管或暗埋于地面上的采暖供回水管道, 也可用于建筑的给水、热水、空调等管道系统, 在常用的几种塑料管中, 价格比较便宜。
交联聚乙烯管 (PE-X) 没有热塑性, 在常用的几种塑料管中, 这种管材的线膨胀系数最大, 暗埋于填充层内的加热管, 其伸缩可受到混凝土的约束, 不能热熔连接, 暗埋于地下的加热管, 必须使用整根的管道。施工时要特别注意防护, 一旦因损坏造成渗漏, 修复工作将十分困难。明装管道连接需采用专用的铜制卡套式管件。明装时, 则需预留足够的伸缩空间, 不宜露在明处垂直安装。
1.3 耐热聚乙烯管 (PE-RT)
耐热聚乙烯管 (PE-RT) 主要由乙烯和辛烯的单体经茂金属催化共聚制成的特殊的线型中密度乙烯共聚物, 添加适量助剂, 经挤成型的热塑性管材。具有较好的热稳定性和抗液压强度, 其弯曲弹性模量与交联聚乙烯管 (PE-X) 相似, 易于弯曲并且可采用热熔连接, 损坏后修复比较方便。PE-RT管, 是目前唯一不需交联就可用于热水的聚乙烯管材, 价格比交联聚乙烯管 (PE-X) 略高。
1.4 无规共聚聚丙烯管 (PP-R)
以丙烯和适量乙烯的无规共聚物, 添加适量助剂, 经挤出成型的热塑性管材。PP-R管耐热、保温、卫生、无毒、不腐蚀、不结垢, 可长期用于70℃以下的热水管道。生产工艺简单, 边角碎料清洗、破碎后可直接用于制造管材, 当回收碎料不超过10%时, 产品质量不受影响。
注: (1) 表中所列使用条件等级的管道, 同时应满足20℃、1.0MPa下输送冷水具有50年使用寿命的要求。 (2) 在我国, 地面辐射供暖系统按4级选择管材, 已非常安全。 (3) 3级基本上已不采用。
PP-R管可采用热熔连接, 与其他管材或部件连接时可采用专用管件, 操作简单, 使用可靠, 连接部位的强度均高于管材本身。PP-R管适合于室内敷设, 在长期日光照射的情况下, 易于老化。
1.5 铝塑复合管
铝塑复合管是以焊接铝管为中间层, 内外层均为聚乙烯塑料, 采用专用热熔胶, 通过挤出成型方法复合成一体的管材。铝塑复合管的种类越来越多, 大致分为搭接焊和对接焊两种, 具体分类如下:
(1) 搭接焊分为:a) 聚乙烯/铝合金/聚乙烯 (PAP) ;b) 交联聚乙烯/铝合金/交联聚乙烯 (XPAP) 。
(2) 对接焊分为:a) 聚乙烯/铝合金/交联聚乙烯 (XPAP1) 一型铝塑管;b) 交联聚乙烯/铝合金/交联聚乙烯 (XPAP2) 二型铝塑管;c) 聚乙烯/铝/聚乙烯 (PAP3) 三型铝塑管;d) 聚乙烯/铝合金/聚乙烯 (PAP4) 四型铝塑管;e) 耐热聚乙烯/铝/耐热聚乙烯 (RPAP5) 五型铝塑管。
2 地暖常用管材的特点与应用
2.1 材质成分相同的塑料管, 性能变化一致
常用的几种塑料管, 有一个共同特点:随着温度的升高及承压时间的延长, 承压能力急剧下降。当塑料管的工作温度低于60℃、工作压力在0.8MPa以下使用时, 上述几种地暖常用塑料加热管的寿命, 一般均可长达50年左右。
2.2 质地坚实而有韧性
以上几种管材在20℃时的环应力一般不小于12MPa;95℃时的环应力一般不小于3.5 MPa;无规共聚聚丙烯管 (PP-R) 与铝塑复合管 (XPAP) 的力学性能相对较高, 不易弯曲, 可视为“半柔性”管, 可以明装;交联聚乙烯管 (PE-X) 和耐热聚乙烯管 (PE-RT) 易于弯曲, 可视为“柔性”管, 适合暗敷。
2.3 化学性能稳定, 不霉、不锈
常用的几种管材符合卫生要求, 无毒、无害、无污染、不滋生细菌, 不但可输送冷、热水, 还可输送多种化学药品, 也可用于饮料、酒类、牛奶或饮用水的输送。塑料管材的内壁比较光滑, 阻力小、无积垢, 导热率低, 绝热好, 一般情况下可以不做保温。搬运、安装省时、省力。可冷弯, 管件少, 连接简单, 使用可靠。但塑料管材的阻氧性能较差, 在有阻氧要求的系统中使用时, 应当选用带阻氧层的塑料加热管。
3 地暖加热管的选用方法及程序
3.1
根据委托单位的意向初选管材
3.2 确定管材的使用条件等级
根据工程使用条件、运行水温及其作用周期等条件, 确定管材的使用条件等级。表1是国标《冷热水系统用热塑性塑料管材和管件》 (GB T18991) 规定的使用条件等级。一般按下列规定确定:
(1) 生活热水供应系统:使用条件等级采用1级。
(2) 供水温度ts≤60℃的地面辐射供暖系统:使用条件等级采用4级。
(3) 供水温度60℃
3.3 确定管材的 (S) 值。
管材系列S值, 是管材环应力δ (MPa) 与管内壁承受压力P (MPa) 的比值, 仅与管道的尺寸有关, 当管系列按使用条件4级和设计压力选择时, 管系列 (S) 值可参照表2表确定。
3.4 管材系列和管材壁厚的确定
各种管材的管系列范围见表3。
按照工程性质、投资、介质的操作温度、操作压力等因素, 选择管道的使用条件等级、管系列S值, 确定管道材质, 依据产品样本初定管道壁厚。
考虑到施工和使用中的不利因素及管材生产中可能产生的缺陷, 选择的管道壁厚尚应满足以下要求:对管径大于或等于15mm的管材壁厚不应小于2.0mm;对管径小于15mm的管材壁厚不应小于1.8mm;需进行热熔焊接的管材, 其壁厚不得小于1.9mm。
4 结语
综上所述, 每种管材都有其优势和劣势, 因此在实际的工程设计中, 应根据工程的使用年限要求、使用条件等级、热媒温度和工作压力、系统水质要求、材料供应等条件, 经综合比较合理选择地暖使用的管材。
参考文献
[1]陆庆主编《实用供热空调设计手册》中国建筑工业出版社2008 138-145.
[2]建设部工程质量安全监督与行业发展司、中国建筑标准设计研究院编《全国民用建筑工程设计技术措施》建筑产品选用技术暖通空调·燃气.中国计划出版社2004 RC43-RC44.
[3]中华人民共和国建设部.《地面辐射供暖技术规程》JGJ 142—2004中国建筑工业出版社14-16.
地面管道 篇2
关键词：封闭式地面火炬;安全设施设计
1 概述
为保证天然气长输管道站场的正常生产和紧急事故状态下的安全排放，一般设置高架火炬，用来收集和处理天然气。随着天然气长输管道的快速发展，高架火炬由于辐射热影响范围较大，征地范围大，造成的征地困难问题也越来越严重。为节约用地，同时考虑到环保、安全等方面的优势，国内已开始使用封闭式地面火炬作为天然气长输管道站场的排放处理装置。
2 国内外放空火炬的应用情况
2.1 高架火炬。高架放空火炬在国内天然气长输管道项目的站场中广泛应用，技术已非常成熟，其中包括已建的西气东输、川气东送等大型的输气管道工程，均使用高架放空火炬系统作为输气站场的点火放空措施。
2.2 地面火炬。上世纪70年代初，国外开始进行地面火炬的研究和开发，制造出多种地面火炬排放系统，主要分为大排量多级多燃烧器开放式地面火炬和封闭式地面火炬。全世界十几个大型乙烯项目、一些大型的炼油生产和天然气开采项目都采用了多级多燃烧器地面火炬，国内也有一些企业采用了开放式和封闭式地面火炬。
目前封闭式地面火炬在天然气长输管道站场放空中的应用较少，因此其安全设计尤为重要。
3 封闭式地面火炬的特点
封闭式地面火炬主要由地面燃烧炉、燃烧器组、防风墙以及点火系统等组成，可保证气体需要排放时能够及时、安全、可靠地放空燃烧，保证在运行过程中实现低噪音无烟燃烧。
封闭式地面火炬有以下特点：
①地面火炬采用自动分级燃烧控制系统，根据压力自动逐级打开燃烧器，以适应不同的排放流量，处理范围广。
②地面火炬及其附属流程占地面积小、检修方便，仅入口阀及总管需常规检查与检修，而该部分位于防风墙外;燃烧炉内的火炬头可以在装置的开停车期间进行检修。
③封闭式地面火炬炉壁内部衬有耐火耐高温的陶瓷纤维，减少向四周扩散的热辐射，防风墙外热辐射值≤1.58kW/m2，同时可以起到降噪效果。
④封闭式地面火炬及其附属流程对周边的防火间距要求比高架火炬小。
⑤最大限度地减少了对周围环境的空气污染、光污染和噪声污染。
4 事故状态下封闭式地面火炬可能存在的风险
①事故状态下长明灯熄灭，点火失败，造成大量可燃气体从地面火炬排出，与周围空气混合成易燃易爆混合物，在扩散过程中如遇到点火源，可能发生爆炸。
②分级燃烧时，二、三级燃烧支路阀门故障无法开启，放空天然气不能快速泄放，可能导致站场内憋压。
③由于天然气站场运行压力较高，放空时节流温降加大，可能析出液态烃，造成炉膛内燃烧温度过高。
④空气供应不足，可能导致天然气燃烧不完全，产生黑烟，造成环境污染。
⑤封闭式地面火炬与天然气站场的安全间距与高架火炬相比要小的多，由于距离站场较近，如站内工艺装置区发生泄漏，在特定气象条件下，地面火炬可能将其引燃而发生火灾甚至爆炸。
5 封闭式地面火炬的主要安全设施设计
针对天然气长输管道站场放空特点，建议进行以下安全设计：
①封闭式地面火炬的设计处理能力及处理范围。天然气长输管道站场内放空量及放空时间等工况多变，事故紧急放空时气量大、压力高，正常运行时站内设备检修放空气量小、压力小。封闭式地面火炬的设计处理能力考虑满足事故状态时峰值泄放量的排放要求，同时按照不同的放空气压力设置分级燃烧，一级放空设为常开，满足站内检修等放空气量小、压力低的排放要求，放空气量及放空压力增加时，陆续开启后续各级燃烧，满足排放需求。
②火炬系统采用独立的PLC控制系统
a长明灯控制。燃烧炉炉膛内设置若干长明灯，以确保任何气量的放空气通过燃烧器火嘴时都能实现燃烧，避免未燃烧的放空气与空气混合形成爆炸性环境。一般采自动控制点火方式控制长明灯燃料气阀、点火枪燃料气阀、点火器。为确保火炬的燃烧稳定，整个封闭式地面火炬在排放过程中必须保持长明灯常燃。在事故状态下，长明灯熄灭，在人工确认安全可控的前提下，可通过中控室内的强制点火按钮实现人工手动强制点火。
b火炬气排放阀控制。为了保证工艺装置泄放的气体在燃烧器组的烧嘴处满足最佳燃烧的压力条件，按照不同的放空压力，设置多级燃烧控制。每一级设置不同数量的燃烧器烧嘴，依据烧嘴的设计参数，通过PLC系统自动控制分级管路切断阀的开或关来调整放空气通过哪一级或哪些级投入燃烧，以使放空气得以充分燃烧。
c通风口控制进风量实现无烟燃烧。放空气在燃烧器火嘴处与空气充分混合，实现充分无烟燃烧，燃烧后的高温烟气在抜力的作用下通过燃烧炉顶部排出，燃烧器火嘴处形成局部负压，空气通过燃烧炉与防风墙之间的通风口进入燃烧炉，如此循环，实现放空气的完全无烟燃烧和排放。同时，在燃烧炉外围设置挡风墙，防止侧风直吹燃烧炉底部的燃烧器火嘴，确保燃烧火焰向燃烧炉中心集束，避免火焰偏斜。
③氮气吹扫。设置氮气瓶及氮气吹扫系统，用来对各级排放阀后管路进行氮气吹扫，以维持排放管道的微正压，防止空气倒流入放空管道。
④可燃气体检测报警装置。封闭式地面火炬燃烧炉下部及防风墙外围的附属流程工艺装置区设置多个可燃气体检测报警装置，各个报警装置互为备用，避免放空管路或阀门泄漏导致产生爆炸性气体环境。
⑤针对雷雨天气，封闭式地面火炬燃烧炉外壁为钢结构，炉体完全接地。
⑥阻火设计。燃烧炉炉膛内设若干长明灯，保证放空气在任何一级燃烧器火嘴处排放时均能实现燃烧，同时在各个长明灯的燃料气管线上设置阻火器，在常开的一级燃烧支路上设置阻火器，防止回火。
⑦防憋压设计。除一级燃烧支路之外，其余各级燃烧支路切断阀设置爆破片旁通，防止切断阀故障时放空系统憋压。
⑧封闭式火炬前设置分液罐，将由于节流温降产生的液态烃分出，防止炉膛内燃烧温度过高。
⑨封闭式地面火炬的配套电气、仪表均采用防爆设计。
⑩地面火炬周围设置各种指示、警示作业安全、逃生避难及风向等警示标志。
6 结语
封闭式地面火炬与高架火炬相比有较多优势，但在国内天然气长输管道站场的应用还没有普及，相关规范标准的制定比较滞后。因此，在封闭式地面火炬的设计中应充分考虑各种因素，参考国外相关标准及先进的设计经验进行安全设施设计，最大限度地确保封闭式地面火炬的安全、稳定运行。
参考文献：
油气田地面建设管道安装技术探析 篇3
当前限制我国油气田开发的因素主要是地面建设管道安装技术的改进。管道安装技术必须满足工程设计标准, 创新管道安装技术, 并掌握油气田地面建设管道安装的关键技术, 保证管道安装质量。本文基于油气田地面建设管道安装技术的重要地位, 对管道安装技术进行研究。
1 油气田地面建设概述
对管道安装技术进行分析要基于油气田地面建设, 油气田是将一个系统同时安装在一个封闭空间内, 在同一面积内包括油藏、气藏、油气传输管道、控制系统、检测系统等等, 地面建设只用于油气储藏和运输的为气田, 只用于油藏的为油田。油气田是石油和天然石油气的聚合。在我国的各大油田中, 一般包括多个油田和天然石油气田, 油气田地面建设的一个重要功能就是实现石油与石油气的分离, 这是实现石油与天然石油气双向开发的目的, 这也是我国双向开发的战略目标。在实际的油气田地面建设分类中主要分为地面基础建设和管道油气输管道建设, 不同的油气田具有不同的特性, 因此在进行油气田地面建设的工程设计中采用专项设计, 专项评估标准, 以适应当前的油气田基础建设生产安全性与稳定性的要求。成熟和成功的油气田地面管道建设具有可借鉴性的意义。
2 油气田地面建设管道安装的工艺技术
在油气田地面建设工程技术中最重要的是管道的安装技术, 是质量检测中最重要的技术要求之一, 首先油气田地面建设管道安装技术的最低标准是能够实现油气的稳定通畅传输, 同时能够避免在油气田管道安装中出现泄露的状态, 在油气田地面建设管道安装的工艺技术中最重要的是配合的严密性, 同时要根据不同油气田的工作环境设计工程参数, 相关工作和技术人员的配备, 需要专项培养, 避免在不同油气田施工中造成思维定势。在充分考虑油气田环境工作因素之后, 还要在油气田地面建设的工程设计中要设计多个建设方案, 并进行比较和讨论, 最终决定油气田的建设方案。每个建设方案的实施必然有侧重点和薄弱点, 需要系统平衡决定, 杜绝一刀切的现象。例如在进行油气田的储存设施的工程施工设计时, 要考虑系统配套设施的完善性, 实现功能的全面性。
3 油气田地面建设管道安装技术
工程设计和施工安装都有一定的技术标准, 也具有一定的共性, 油气田在建设中有一个共同的特定就是封闭性与稳定性, 油气田储存和运输的都是气体和液体, 因此在管道安装技术中要求最高的是稳固性。油气田的特征不同对管道建设工程施工的要求会有所不同, 但是基本的参数标准, 与安装流程是相似的。保证油气田地面建设管道的质量是实现其它功能的基础, 属于油气田地面基建工程, 油气的储藏与分离需要密闭性和稳定性良好的传输管道, 稳定的油气传输时避免油气泄露的先决条件, 避免油气泄露对环境的污染以及增加安全隐患。
油气田属于易燃易爆的危险储藏领域, 因此对油气田地面建设管道安装的基本目标就是能够保证管道质量, 对此一定要用合理的、科学的安装技术。
3.1 管道安装技术分析
首先, 在进行管道安装与支架的确定选材上, 一定要结合环境因素, 保证油气田的施工方案与地理环境相符, 保证管道不被侵蚀和损坏。另外要合理设计油气管道的结构, 对于跨度大的油气管道, 要采用强度高的管道, 同时进行支架间隔的设计, 对于铺设施工作业, 要根据地理环境进行调整, 保证施工作业的严格性, 避免出现管道施工的质量问题。
3.2 油气管道的安装
油气管道的安装技术是油气田地面建设管道施工的重要组成部分, 也是管道安全性的保障。在安装人员的配备上, 要采用专业的安装人员进行安装, 保证管道安装的质量, 同时也避免不良事件的发生。在管道的焊接安装上, 要采用合理的施工方案, 管道的焊接是管道安装中最重要的环节, 更是薄弱环节, 因此焊接技术决定了管道安装整体的质量, 为保证油气管道的施工质量, 必须实现焊接人员与监管人员的专项配置, 采用先进的安装技术, 提高油气田地面建设管道的质量。
4 结语
高质量的油气田地面管道建设工程, 对油气田的标准化、安全化、模块化生产具有保障作用, 对安装技术的分析和优化是所有油气管道安装工程中的重点和难点, 关系到长期的生产安全, 需要对质量进行严格把关。
参考文献
[1]朱喜荣.吉林油田建设公司前60区块地面建设工程项目管理研究[D].吉林大学, 2013.
[2]梁晓宁.吉林油田公司油气田地面工程建设项目竣工验收规范流程的设计[D].吉林大学, 2011.
[3]李欣艳.长庆油气田地面建设项目管理模式研究[D].西安石油大学, 2011.
地面管道 篇4
1 分析油气储运施工中的地面管道的施工情况
伴随着我国能源过程建设的快速发展，我国在油气能源方面的工程建设也在不断地加快步伐。在油气能源储运的管道施工工程方面也是不断地加快建设。我国现在在油气能源的管道建设上，已经把管道铺设在了全国各地。油气管道行业作为世界范围内发展最快的行业之一，在我国也有着非常好的发展前景。我国的油气能源储运现在利用最多的储运方式就是管道储运，因为管道储运在运输和储藏的途中无论从安全性，经济性还是破坏性上来讲，都是最优化的储运方式。管道储运油气的方式具备了储运过程安全性能高；经济成本小及对周边的生态环境破坏力低的特点。管道运输和储藏油气工程在我国的油气能源储运工程中已经有了不少成功的工程案例，例如西气东输工程，陕京油气运输工程等，这些油气运输工程的成功，直接促进了我国在油气管道储运中的管线钢生产及设计能力的提高，在这一方面缩短了我国和世界的差距。随着我国对于能源需求消费的不断提高，油气的储运管道工程必然是未来我国的发展方向，尤其是从生态环境的保护和清洁能源的角度来讲，这种油气的储运方式都是最优选择。
2 简单介绍油气储运中的地面管道施工
文章从三个方面对油气储运中的地面管道施工进行介绍，这三个方面分别是：油气能源储运工程中的地面管道的组成；油气能源储运工程中的地面管道的施工特点和油气能源储运工程中的炼油管道的监测及维护。下面就针对这三个方面进行详细的叙述。
2.1 油气能源储运工程中的地面管道的组成简介
在油气能源储运用的管道施工中，输油气管、防止油气泄漏的专用安全阀、连接各个输油气管的连接件及在管道高压输气中起到过滤作用的过滤器及其附属的过滤分离装置等，这些部件都是管道施工中的组件，由它们组成了整个油气储运管道。在油气能源的储运中，储运管道承受了巨大的油气压力，所以在油气储运的管道施工中一定要采用抗压防漏的管道，只有这样才能确保油气储运管道的安全运行。在施工中使用抗压防漏的专用管道才能将管道中的油气安全运送到指定的地点，前文所提的西气东输油气工程就是采用了这样的抗压防漏的管道，使用的效果也经得起时间的考验。通常情况下，在油气储运管道施工结束以后，还不可以马上进行储运油气的工作，必须要通过相关的一系列的抗压防漏试验，只有通过了这方面的测试，才能确保油气能源在储运的过程中不会出现管道爆裂或者泄漏的情况。这两种情况的出现，随时都可能造成巨大的生产事故灾难，一定要认真严格的执行相关的监测。在进行抗压试验的过程中，我们要选择和油气能源具有相同特性的物质来充满整个管道，然后对管道一点点升压，使管道内的压力值达到规定的数值，这样就可以检验管道的抗压性能和防漏性能。
2.2 油气能源储运工程中的地面管道的施工特点
油气能源储运工程中的地面管道在施工中具有很多特点。（1）储运油气的管道的安装量大，所涉及到的材料多，其中的材料材质就有不锈钢材质、合金钢材质及碳素钢材质等；（2）油气储运管道在焊接作业时有很大的难度，因为管道具有密封性，不利于焊接工人进行管道内焊接；（3）油气储运管道的阀门施工较多，因为在管道施工中，明确要求了在规定的距离范围内安装一个阀门，这种阀门的用途是用来查看管道内油气的流速及流向；（4）在储运管道的施工中施工工艺规划的易燃易爆工序比较多，特别是酸性气体等，这些气体对施工人员的身体会造成伤害，所以在施工管道的过程中，对于管道的防漏要求比较高；（5）在管道中的油气的温度偏高，这要就要求管道要具备高温运输的功能。以上五个特点就是管道施工中存在的施工的关键点，掌握好这五个施工关键点，就能使管道施工得施工质量达到规定的要求。
2.3 油气能源储运工程中的炼油管道的监测及维护
关于油气能源储运工程中的炼油管道的监测及维护，文章从管道的润滑安装和管道的清洗两个方面进行阐述。（1）在油气储运管道的润滑系统的选择上，通常情况下，我们选用独立强制润滑系统。润滑系统的润滑油在施工过程中，也具体分为了多道工序，例如：施工用的润滑材料的监测；润滑材料的预制和焊接作业等，这其中，最主要的环节还是加压试验；（2）油气储运管道在施工中就要保持管道内的清洁，及时清理管道内的施工垃圾；在管道施工完成后，要对管道通体做一次清洁工作，确保管道内没有异物，确认完成后，再进行管道安装工作的下一步工作。
3 简单介绍油气储运中的地面管道施工的注意事项
针对油气储运中的地面管道施工的注意事项，文章从油气储运过程中的管段制作和油气储运过程中的焊接作业的要求这两方面进行阐述。
3.1 油气储运过程中的管段制作
在管道的管段制作过程中，我们要对进入施工现场的管道的相应的组件进行抽样检查，只有在管道组件通过了相应的质量及性能测试后，才会将管道组件送入下一道施工工序中。在油气能源管道的施工中，核心作业就是油气管道的安装作业。在施工前，现场的施工者要掌握管道安装过程中的技术要求，把其中的关键施工作业当做重点施工来进行，对管段施工的凹凸处和锈迹都要进行及时的处理，一旦管道安装的过程有所中断，要马上密闭处于敞口状态的管路，避免管路中油气的泄露。
3.2 油气储运过程中的焊接作业的要求
在管路的安装过程中，焊接是一项重要的施工作业，在焊接作业时，我们要求现场的焊接施工人员必须按照相关的焊接标准进行焊接作业，避免因为焊接质量不达标造成的油气泄漏问题的出现。
摘要：随着当前能源消费的日益增加,我国的能源的多样性急需完善,在当前的居民生活中,油气能源已经慢慢地成为人们生活中不可或缺的能源之一。但是我国当前的油气能源储备不足以满足人们逐渐增多的消费需求,因此,我国现阶段的油气能源开采的工程建设也渐渐增多,随着油气能源储运工程的兴建,我国西部地域的油气能源源源不断地运往全国各地,特别是我国的东部地区,这一种油气运输工程就是我国早些年提出的“西气东输”战略。众所周知,油气能源的运输主要靠的是管道运输。随着“西气东输”战略的实施,能源消费的问题得到了有效的解决,但是油气能源的储运管道问题悄然出现。基于油气能源管道储运对于整体的油气能源运输起着关键性的作用,所以文章就针对储运管道的施工做出相对应分析。
关键词：油气储运工程,地面管道施工,施工注意事项
参考文献
[1]王洋,石斌,满明石,等.输油管道腐蚀种类及防腐办法[A].2011全国压力容器压力管道技术发展与使用暨新技术新产品交流会论文集[C].2011.
地面管道 篇5
关键词：油气田,地面建设,管道安装,技术
油气田地面建设为工程建筑行业中一项重要的内容, 其管道安装技术, 直接决定着油气田地面建设的质量。由于管道安装注意事项较多, 稍有不慎, 就有可能导致油气的泄漏, 甚至给石油企业带来不可估量的经济损失。所以, 石油企业要加强油气田的地面管道建设, 确保安装工程的顺利进行, 为石油企业的健康、稳定发展奠定坚实的物质基础。
油气田地面建设的管道安装技术探究
在油气田的地面建设中, 管道安装是最重要的工程技术之一, 是工程质量管理的重中之重。要实现有效的管道安装, 最重要的是安装过程中各部门的严密配合, 并结合油气田的工程设计参数, 全方位考虑管道安装方案, 对安装过程中的薄弱环节加以重视, 完善安装配套设施, 确保管道安装的科学性、合理性, 以免油气在传输过程中发生泄漏, 而对周边环境造成较大的影响[1]。
(1) 安装前的技术分析。在油气田的地面管道安装前, 首先要对安装地点的实际状况进行全面考察, 并针对地形状况进行细致分析, 制定出科学的施工方案, 进行有效的管道安装。油气田的地面建设中, 管道的安装是整个工程最重要的一部分, 而管道路线的铺设, 是管道安装的重中之重。由于不同的施工地点, 会有不同的地质状况与气候条件, 因此, 不同类型的油气田地面建设中的管道施工要求也各不相同。在施工前, 除了对施工地点的实际勘察, 还要求施工负责人员对施工技术人员加强技术宣传, 让技术人员成为一种思维定式, 将油气传输安全这一问题牢记于心, 强化自身的施工工艺, 结合不同的工程特定, 对施工中的关键环节进行特殊处理, 确保管道安装效果。
(2) 管段质量监管。在油气田管道安装过程中, 安装人员首先要对管段质量进行严格检查, 坚决抵制不合规施工材料进入施工现场, 并协同监理人员进行二次质量审核, 只有在确保管段质量符合质量标准后, 才能够投入使用。在这个过程中, 安装人员应具备一定专业技能, 能凭借自身丰富的安装经验对管段质量进行检查与判断。油气田地面建设中, 管道通常安装在地下。因此一旦出现管道安装问题, 在地面难以被发现, 导致管道在投入使用后, 形成持续性的油气泄漏。所以, 在管段采购过程中, 就需要加强质量的检查, 从根源上控制管道质量。
(3) 高压集气技术。天然气极易受周边环境影响, 若在低温环境下, 温度达到某一低温点时, 油气便会形成水合物, 进而导致管道堵塞, 甚至引发管道破裂。所以, 在油气开采过程中, 为避免环境温度变化对油气管道造成较大的损伤, 导致天然气合成水合物, 需要在地面管道建设过程中, 采取必要的技术措施, 诸如高压集气技术来有效防止水合物的产生。在运用高压集气技术时, 施工人员应该注重集气半径的合理选择, 并结合设计方案与施工规范进行管道建设, 进而提高管道施工的质量安全。
(4) 焊接技术的控制。通常, 管道焊接技术的牢固性, 对管道的安装质量有非常重要的影响。相对来说, 油气田的管道焊接较为复杂, 有着较高的专业性要求, 尤其是在焊口处, 质量要求更高。因此, 在管道安装过程中, 还需要提高焊接人员的专业素养, 确保焊接人员具备扎实的操作技能, 严格遵守焊接规范, 对特殊工艺进行深入了解, 尽量避免误操现象的出现, 提高自身的焊接技能[2]。在每一环节的焊接过程中, 施工企业还要派专人对焊接质量进行检查, 针对焊接不合格的地方, 要进行及时的补救措施, 确保管道焊接的牢固性、安全性。
(5) 管道的安装。在进行具体的管道安装过程中, 施工企业要制定出相应的安全防护措施, 并注重提高施工人员的技术水平, 对施工人员加强质量宣传, 让施工人员将施工质量放于第一位, 有意识在施工过程中加强质量的监控[3]。此外, 油气田管道安装还要注重选用先进的管道安装技术, 制定出严格的工程质量控制标准。而针对管道安装过程中出现的质量安全问题, 要进行及时的问题分析, 并制定出相应的解决措施, 严格安装施工标准进行施工, 并在管道安装完成之后, 进行反复的工程质量验收, 对管道焊接口质量进行多次检查, 确保管道安装质量合乎施工要求之后, 才能够真正投入使用。
综上所述, 在油气田的地面建设中, 管道安装的技术要求较高, 并具有一定分系统性, 涉及到多方面的专业知识。若在安装过程中, 不注重工程质量的控制, 不拥有扎实的安装技能, 很有可能导致管道安装质量不合规, 进而引起施工材料的浪费, 加大工程投资, 在管道投入使用之后, 还会诱发油气的泄漏, 使石油企业造成较大的资金亏损, 并对周边环境造成较大的威胁。因此, 在管道安装过程中, 施工企业要注重提高施工人员的专业水平, 对原材料进行严格的质量检查, 多采用科学、先进的安装技术, 对焊接质量加强重视, 进而提高整个管道的安装质量, 确保油气传输的顺利进行。
参考文献
[1]梁光川, 余雨航.油气田地面工程标准化设计探析[J].石油工业技术监督, 2015, (05) :21~25.
[2]王伏新, 肖冰.油气田工程建设项目监理工作旁站点的设置分析探讨[J].建设监理, 2013, (09) :22-23+46.
地面管道 篇6
1连续波动的传递模型1
1. 1钻柱内连续波动的传递模型
对于钻柱内波动压力信号的传递,可以用经典的Allievi水击方程组表示,方程组描述的是钻柱内单个压力波动发生后水头H和流速V在时间上和空间上的分布情况[5],具体的方程组如下
式中c ———波动的传递速度,m/s;
D——— 管道等效水力直径, m ;
f ——— 与摩擦阻力相关的系数;
H——— 水头, m ;
V ———流速,m / s。
目前,式( 1 ) 只有数值解,这不利于分析连续性压力波传递 。 由于钻井过程中压力很大,而且流量相对较小,波速很大,而流速也相对较小,因而可以认为x ; 同时由于也相对较小,因此如果 忽略掉式 ( 1 ) 中的小量,并将流速V用流量Q ( Q = A'V )代替,则方程简化为:
由于研究对象是连续变化的信号,可以将流量和水头波动看作是不变量和变化量的组合,因此可将流量Q和水头H表示为,其中Q' 和H' 表示在波动情况下流量Q和水头H的变化量则表示流量Q和水头H的不变量 。
其中,表示在f不变的前提下钻柱对稳定流动流体的阻力,可以将其称为平均阻力 。
通过对比水力循环和电力循环发现,二者有很多相似之处,如: 水头H是驱动管道中流体流动的原因,而电压V是驱动电路中电流流动的原因; 流量Q和电流I都代表了物质的流动; 管道对流体的阻碍作用和电阻也有相似的定义。这些相似性揭示了自然界的一些基本规律,因此二者的分析方法也应该是可以相互借鉴的。
电力线输电方程为:
将式( 4) 与式( 5) 对比可以看出,两式非常相似,只是由于流体受重力影响多出了Q' sinβ /A' 项,当波动传递方向在水平面时,此项为0,可以认为式( 4) 、( 5) 具有相同的形式和相同的规律。 因此,在研究钻柱中的连续压力波传递特性时可以借鉴电力传输的分析方法。在这里可以认为在单位长度上与电容C相当的水力参数是g A' /c2, 定义为流容; 与电感L相当的水力参数是1 /g A', 定义为流感; 与电阻R相当的水力参数是fQ珚2/ g DA2,定义为流阻。流阻是单位管长上的线性化阻力,代表了稳定流动的流体在管路中所受的阻力; 流容代表了单位管路对流体的存储; 流感代表了流体惯性对流动的影响。
前面使用的模型中研究的水力参数是水头H,它在钻井工程中很少使用,根据水头H和压力p的定义可知,虽然压力和水头定义不一样,但是在只计算变化量的情况下二者是一致的。将式 ( 4) 中第一式分别对x求导,第二式对t求导,根据水头与压力的关系,可以认为在只研究变化量的情况下二者的变化是相同的,用p'替换H'后可以推导出:
从而可以推导出:
式( 8) 是平均阻力下压力波沿钻柱传递的数学描述,说明压力波动p'是时间和位置的函数。 考虑施加于管路一端的压力波动为正弦形式,即p' = pxejωt,其中px是位置x处的压力波幅,是关于x的函数。根据p'的表达式可以写出p'关于x和t的一阶导数和二阶导数,将它们代入式( 8) 并整理后可以推导出:
因此,很明显式( 8) 的解的形式应该为:
式( 9) 中的c1和c2为常量,由边界条件决定,γ1和 γ2定义如下:
根据p'和H'的关系,将p'代入式( 4) 的第二式可以求出:
从而可以求出:
将式( 11) 和式 ( 11) 关于x的导数代入式 ( 10) 后整理得到:
根据 γ1和 γ2的定义,可以计算出 γ1/ γ2+ gsinβ / c2γ2= 1,γ2/ γ1- gsinβ / c2γ1= 1,从而验证了Q'的确是方程组的解。所以方程组的解是:
式( 12) 中px和qx只与x相关,代表的是x位置的压力和流量的波动振幅。从式( 12) 可以看出,任意位置的流量与压力波动可以看作是两列波动的叠加。
与输电理论中的传播常数类似,可以定义 γ1和 γ2为管道流体传播常数,当管道处于水平位置时 γ1= γ2。但是在钻柱中,明显 γ1≠γ2,分别代表了上行波动和下行波动的传递常数,这是由重力影响造成的,也就是说,波动信号从井下传递到地面和从地面传递到井下,衰减是不一样的。可以模仿电力传输中阻抗的定义方式定义流体管道中的流体的阻抗为:
如果将上行波和下行波看作是并联的两列波动,可以定义出大倾角下钻柱的特征阻抗为:
对于特定的钻柱,γ1和 γ2的值是不变的,Zc只与角频率 ω 相关。
利用边界条件可以计算c1和c2,若已知起始端x = 0处的压力波动幅值为p0,流量波动幅值为q0,根据式( 12) 中px和qx的定义可得p0= c1+ c2,q0= - g A'( c1/ γ2- c2/ γ1) /jωc2,从而计算出c1和c2:
可以写出钻柱中任意点x处的压力和流量的波动幅值:
将式( 15) 、( 16) 写成矩阵形式:
其中A、B、C、D分别是式( 15) 、( 16) 中p0和q0的系数,可以计算出| M | = AD - BC = eγ1x - γ2x≠ 0,说明计算是可逆的,可以由终端的压力和流量振幅计算始端的压力和流量振幅。同时说明波动信号在钻柱中的传递是有方向性的,井下波动传递到地面和地面信号传递到井下所受钻柱的影响是不一致的。在机械振动中,通常用矩阵来分析力和扭矩的传递[18~20],在流体管道中压力信号的传递也可以用传递矩阵来描述[19,21],可以利用矩阵的特性分析压力波动的传递。由于钻井液的循环回路是由多个不同直径和材质的管道串联构成的,可以写出每个串联管段的传递矩阵,然后利用矩阵的乘法得出整个钻井流体回路的传递矩阵。 采用这种方法,可以很方便地描述钻井过程中波动信号在钻柱中的传递情况。
1. 2地面管道中连续波动的传递模型
MWD波动信号不但在钻柱中传递,到达地面后还会在地面管道中传递,下面推导地面管道中波动信号的传递矩阵。
1. 2. 1地面水平管道中的波动传递模型
由于地面管道一般处于水平状态,从前面的推导可知管道处于水平位置时有 β = 0,因此 γ1= γ2= γ,此时特征阻抗可以表示为:
由于 ( eγx- e- γx) /2 = sh ( γx ) ,( eγx+e- γx) /2 = ch( γx) ,因此水平管道中任意位置x处的压力和流量波动的振幅可以改写为:
可以很明显地看出| M | = 1,说明连续波在地面时,信号传递没有方向性,信号源在管道的任意一端产生波动,在另一端得到的输出是一样的。
1. 2. 2带封闭分支管的地面水平管道的波动传递模型
如果在地面钻井液管路的某个位置安装有一段终端封闭的分支管段,如图1所示,L1和L2是串联的钻井液地面管道,L3是一分管。可以看出,在管路中有连续压力脉动时,在L3和管路连接部位是有液体流动的,但是在L3的封闭端流量为0,这种结构在实际的钻井现场经常可以遇到, 在压力上升时分支管吸收少量的钻井液,在压力降低时可以释放少量的钻井液,从而影响管路中的信号传递。
图1 带有封闭分支短管的管路
封闭的L3对于连续压力波的传递来说相当于一个带阻滤波器,下面来推导带封闭端分支管对连续波动信号的影响。假设L1、L2和L3的长度分别为l1、l2和l3,L1的左端为输入端,在此叠加波动信号,信号的流量振幅和压力振幅分别为qi和pi,在L1、L2和L3的连接点处,流量振幅和压力振幅分别是q1、q2、q3和p1、p2、p3; L2的右端为输出端,设输出端的流量振幅和压力振幅为qo和po,并且假定L1和L2具有相同的特征阻抗Zc。在连接点处,很明显有p1= p2= p3,q2= q1-q3。可以写出连接点的传递矩阵:
由于分支管L3上端封闭,很明显有qo3= 0 ,根据式( 19) 写出的L3的传递矩阵为:
由于qo3= 0,故有CL3p3+ DL3q3= 0,从而有:
其中,γ 为分支管L3的传播常数,Zc3为L3的特征阻抗。定义G = q3/ p3,可以将连接点的传递矩阵写为:
从而得到分支管对信号传递影响模型,模型可用图2所示的四端口模型来表示,pi和qi表示L1信号输入端的压力和流量波动振幅,po和qo表示L2信号输出端的压力和流量波动振幅。
同时写出带分支短管的管道的传递矩阵:
整理后,得到合并后的传递矩阵表达式:
可以看出,相乘后的传递矩阵的行列式值仍然为1,即A*LD*L- B*LC*L= 1,说明传递矩阵是可逆的,即便是带有分支管的管道,在知道任意一端压力和流量变化的情况下,即可计算出另外一端压力和流量的变化。
2连续波传递的频率幅值特性
在实际应用中,经过调制的正弦压力波动信号从井下传递到地面,如果发送端的压力波动为pi,接收端的压力波动为po,那么主要关心的是输出和输入压力波波动幅值的比值po/ pi,po/ pi越大说明在信号接收端能够检测到的信号越强。定义Ro= po/ qo为终端阻抗,从式( 17) 可以推出:
可以看出,在信号传递过程中,终端阻抗对信号的传递有很大影响,终端阻抗主要体现在地面的压力和流量上。实践发现同频率的信号,在不同的流量和压力下po/ pi是不一样的,一般可以认为整个钻柱对于MWD信号而言类似于一个低通滤波器,它对高频信号有非常强的抑制作用。
2. 1钻柱内的频率幅值特性
钻柱相当于一直管,如果认为摩擦力不变,取终端阻抗为5倍特征阻 抗,波速1 200m/s,直径0. 127m,流体粘度2. 5m Pa·s,可以依据式( 24) 绘制出如图3所示的3种不同长度钻柱的幅值频率特性。图3的横坐标应该是角频率,但绘图时用频率f代替了角频率 ω,它们的关系是 ω =2πf。
图3 不同长度钻柱的频率幅值特性
从图3可以看出,在低频段,输出端波动幅值一般大于输入端波动幅值,但是随着频率的增加, 输出信号的波动幅值整体呈波动衰减状态。这说明如果要使用压力波动传递调制信号,必须找出合适的频点,也就是po/ pi尽可能大的频点,才能让波动信号传递更远,更容易被检测。而且对于短钻柱来说,可以看到很明显的波动衰减,对于长钻柱波动衰减只出现在频率非常低时,当长度超过1 500m、频率超过30Hz时,po/ pi的值只有约0. 1,已经非常微弱。
2. 2带封闭分支管的地面管道频率幅值特性
在WMD过程中,信号主要在钻柱内传递,但是地面管道也会对信号产生影响,地面单一直管的影响可以依据式( 19) 计算。如果在地面管道某个部位有封闭分支管,则这些分支管会对信号传递产生影响,这种影响可以依据式( 23) 计算, 这种影响可能是抑制也可能是增强信号,利用这种特性,如果选择合适的分支管参数,可以有效消除钻井液管道中某些频率的波动信号,管道结构与图1相同。
针对图1所示的管路结构,在管道入口端流体上叠加正弦波动信号,根据式( 20) 计算出带有封闭分支管钻井液管道的传递矩阵,从而以式 ( 24) 为基础绘制此时管路的幅值频率特性。由于在封闭分支管中,钻井液基本不流动,摩擦力对流动的影响很小,如果忽略掉分支管摩擦力,并且由于 β = 0,则L3的传递系数 γ 可以简化为jω/c, 从而将式( 21) 中的th( γl3) 简化为jtan( ωl3/ c) , 从式( 21) 可以看出,在 ωl3/ c = π /2和3π /2时, | G |为无穷大,此时分支管的阻抗为0,对应于 ω 的波动频率全部会被滤掉。
假设L1长67m,L2长25m,封闭分支管L3长度为l3,绘制带封闭分支管的地面管道的频率幅值特性曲线,图4是分支管L3在3种长度时对信号传递的影响,可以看出,在频率比较低时,分支管基本上不影响信号传递,但是频率超过10Hz后,分支管对信号传递产生很大影响,从图中可以看出,不同长度的分支管能够滤除不同频率的信号。当l3为12. 3m时,频率为24Hz和73Hz的信号在经过分支管后会被完全滤除。同时可以看出,滤波效果只是集中在某几个使| G | = 0的频率点上,在其他频率影响就比较小了。所以通过调整l3就可以改变滤波频率,但是当l3的选择有一定偏差时,滤波效果就要差很多。
图4 不同长度封闭分支管的频率幅值特性
通过分析与仿真可知,地面钻井液管道的安装结构,对井下MWD信号的传递有很大的影响, 不合理的布局布管,有可能会导致信号传递的失败。
3实验与频谱分析
3. 1地面单一管道频率幅值实验
为了验证前面计算的频率幅值特性,设计用于测量输入输出幅值的实验,实验用长67m、直径27mm的管道传递压力波动,在管道尾端安装旋转阀板作为压力波发生器,另一端连接恒压水箱, 在旋转阀板附近安装压力传感器,将测量压力记为pi; 在管道上游安装同样型号的压力传感器,将测量压力记为po。两个传感器之间的距离为信号的传递距离,通过控制阀板的转动频率,在管道中产生从1 ~ 50Hz的压力波动,将pi的最大值和最小值之差记为 Δpi,po的最大值和最小值之差记为 Δpo; 以频率为横坐标,Δpo/ Δpi为纵坐标,绘制如图5所示的频率幅值图。将曲线与前面的计算结果进行比较,可以看出数据的变化与计算是一致的。说明模型能很好地描述钻柱内波动信号的传递情况。
图5 地面管道的频率幅值实验结果
实验发现,在上游端压力和流量保持恒定的情况下,下游的旋转阀板转速越高 Δpi越小,如果要维持 Δpi恒定,则需要在上游端施加更大的压力和流量。
3. 2地面分支管的滤波实验
在某次MWD钻井过程中,地面横管有一个三通接口,在距三通接口200cm处安装有一只压力传感器。实验主要分为两个步骤: 首先用封堵将三通管的侧面出口堵死,测量正常钻井过程中钻井液管道的压力信号,并分析信号频谱; 然后在三通管的侧面出口接一根安装有多个阀门的分支管,依次调整各阀门的开关状态,这个动作相当于调整分支管的长度; 测量钻井液管道的压力信号, 并进行频谱分析。在没有接入分支管时,压力信号如图6所示,图6的时域图是传感器测量信号, 采样数200点,频域图是各个频率的能量,可以看出,钻井液管内的压力信号比较杂乱,而且主要集中在50Hz以下的低频段。信号的复杂性导致了对于井下MWD信号识别的困难,从图中可以看出,23Hz的MWD信号比较弱。
图6 没有分支管时的地面横管压力信号与频谱
安装分支管,并将长度调整为18. 6m后,在同样排量下测量到的管道压力信号如图7所示, 对信号进行频域变换后可以看出,12Hz的波动信号得到了很大的抑制,对于其他频段的信号基本没有影响。实验过程中发现,需要的分支管长度要小于计算的分支管长度。分析误差,认为主要是由于钻井液成分复杂且粘度较大,导致实际波速小于计算波速所致。在实际应用中可以设置能够自由调节长度的分支管,根据实际情况进行调整,完成对干扰信号的滤除。
图7 带有封闭分支管时的地面横管压力信号与频谱
4结论
4. 1钻柱中周期性的波动信号在传递过程中,会因频率不同而呈现出不同的衰减特性,其衰减规律为波动衰减,总体趋势是低频衰减小 、 高频衰减大 。
4. 2地面钻井液管道的布局与布管对信号的传递有很大影响,主要体现在对不同频率信号的衰减上,合理的管道结构有助于提高MWD信号的传递 。