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油气管道并行敷设技术研究现状

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油气 管道 并行 敷设 技术研究 现状
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第 30 卷 , 总第 175 期2012 年 9 月 , 第 5 期《 节 能 技 术 》30, 1752012, 5油气管道并行敷设技术研究现状赵燕辉 , 吴 明 , 张纯静(辽宁石油化工大学 石油天然气工程学院,辽宁 抚顺 113001)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;管道施工中图分类号 : 献标识码 : A 文章编号 : 1002 -6339 ( 2012) 05 -0447 -04il 13001, on of of of of in in in of of of in to be ey 012 -05 -09 修订稿日期 2012 -06 -17作者简介 : 赵燕辉 ( 1985 ~ ) , 男 , 硕士 , 研究方向为油气管道输送技术 。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·744·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 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 管线输气能力达到 150 亿 。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 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 与兰郑长管道并行14 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·844·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 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 。参考文献[ 1] 张华 , 赵新伟 , 陈娟利 , 等 . 并行管道风险因素与事故交互作用分析 [ J] . 管道技术与设计 , 2010( 5) : 52 -55.[ 2] 罗宁 , 彭旭 , 李璞 , 等 . 大型油气管道伴行间距的确定 [ J] . 天然气与石油 , 2007, 25( 4) : 5 -7.[ 3] 代以斌 , 赵忠德 , 孙春良 , 等 . 长输油气管道并行敷设合理距离分析 [ J] . 中国特种设备安全 , 2009, 26( 1) : 6 -9.[ 4] 许砚新 , 马学海 , 庞宝华 , 等 . 天然气管道与原油管道并行敷设的安全间距 [ J] . 油气储运 , 2011, 30( 11) : 816 -818.·944·[ 5] 牛振宇 , 李倩 . 河西走廊多条油气管道并行敷设的探讨 [ J] . 石油和化工设备 , 2011, 14( 11) : 37 -38.[ 6] 叶栋文 , 王岳 , 杜明俊 , 等 . 同沟并行管道周围土壤温度场的数值模拟 [ J] . 辽宁石油化工大学学报 , 2010, 30( 4) : 26 -29.[ 7] 田娜 , 陈保东 , 何利民 , 等 . 季节性冻土区同沟原油成品油管道的周围土壤温度场 [ J] . 节能技术 , 2011, 29( 2) :113 -117.[ 8] 吴琦 , 陈保东 , 饶心 , 等 . 同沟敷设中热油管道停输过程模拟分析 [ J] . 油气田地面工程 , 2011, 30( 3) : 22 -24.[ 9] 王乾坤 , 宇波 , 孙长征 , 等 . 两种不同并行敷设热力影响对比研究 [ J] . 工程热物理学报 , 2011, 32( 5) : 787 -790.[ 10] 徐春明 . 长输管道并行石方段爆破施工间距的思考 [ J] . 油气田地面工程 , 2008, 27( 8) : 64 -65.[ 11] 马学海 , 许研新 , 董浩 . 并行油气管道保护措施研究 [ J] . 石油工程建设 , 2010, 36( 6) : 33 -35.[ 12] 姜斌 . 并行管道穿越巷道施工技术在 的应用 [ J] . 内蒙古石油化工 , 2010( 11) : 94 -95.[ 13] 张志强 . 在役管道近距离并行管沟的爆破施工技术 [ J] . 石油工程建设 , 2011, 37( 1) : 36 -41.(上接第442 页)由图 4 可以看出 , 热油在冬夏季土壤中的径向扩散速率不同 , 原因在于热油在冬季冻土中向四周扩散时 , 扩散区域前锋热油迅速发生相变后凝固 , 继续向四周扩散需要后续热油不断将温度向前补给以来融化前锋固相原油 , 冬季土壤温度低造成所需要的热量多于夏季工况 , 最后致使热油在冬季冻土中的扩散速率比夏季低约 3%。3 结论根据热油在冬夏季两种土壤中泄漏扩散过程的传热与传质耦合数值计算结果可知 : 泄漏前 , 热油管道冬夏季长期运行所形成的径向稳态温度场等温线分布呈近似的对称状态 ; 泄漏发生后 , 热油凝点以上的液相热影响区域冬夏季等温线分布相似 , 均是以扇形区域逐步向四周扩张 , 固液两相区外围的热影响区冬季冻土中的温度梯度大于夏季泄漏工况 ; 热油在冬季冻土中的扩散速率比夏季低约 3%。参考文献[ 1] 庞鑫峰 . 寒区地下输油管道泄漏热影响区域温度场数值模拟 [ J] . 油气田地面工程 , 2008, 27( 6) : 31 -33.[ 2] 王喜 . 汽油在土壤中运移规律研究 [ D] . 北京 : 中国地质大学 , 2009: 15 -16.[ 3] 袁朝庆 , 庞鑫峰 , 张敏政 . 埋地管道泄漏三维大地温度场仿真分析 [ J] . 西安石油大学学报 : 自然科学版 , 2007, 22( 2) : 166 -168.[ 4] 马贵阳 , 杜明俊 , 付晓东 , 等 . 管道冬季泄漏土壤热波动及原油渗流数值计算 [ J] . 西南石油大学学报 : 自然科学版 , 2010, 32( 6) : 169 -174.[ 5] 田娜 , 陈宝东 , 何利民 , 等 . 季节性冻土区同沟原油成品油管道的周围土壤温度场 [ J] . 节能技术 , 2011, 29( 2) :113 -117.[ 6] 翟云芳 . 渗流力学 [ M] . 2 版 . 北京 : 石油工业出版社 , 2003.[ 7] 卢涛 , 姜培学 . 多孔介质融化相变自然对流数值模拟 [ J] . 工程热物理学报 , 2005, 26( : 167 -170.[ 8] 卢涛 , 佟德斌 . 饱和含水土壤埋地原油管道冬季停输温降 [ J] . 北京化工大学学报 , 2006, 33( 4) : 37 -40.[ 9] 贝尔 J. 多孔介质流体动力学 [ M] . 北京 : 中国建筑工业出版社 , 1983.[ 10] 林瑞泰 . 多孔介质传热传质引论 [ M] . 北京 : 科学出版社 , 1995.·054·
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