天然气长输管道工程设计策略

王海月

北京石大东方工程设计有限公司东营分公司山东东营257000

摘要：天然气作为重要的发展战略资源，对整个社会经济的发展有着重要作用。为满足社会生产生活对天然气的应用需求，就需要加强对天然气长输管道的研究，确保其整个传输过程的安全性，提高对外界因素的抵抗力。天然气长输管道的建设需要综合考虑多项条件，基于实际情况来制定科学合理的设计管理方案，有目的、有计划的开展设计工作，推动整个建设的顺利进行，避免遗留下安全以及质量隐患。基于此，文章首先分析了影响天然气长输管道运行质量与安全的因素，然后提出了具体的优化设计方法，以供参考。

关键词：天然气；长输管道；设计方法

1影响天然气管道工程的主要因素分析

1.1设计工作质量影响

天然气长输管道工程的设计规划与施工水平直接关系到了后期使用过程中天然气的安全输送，通过对以往天然气长输管道运行中的安全事故案例进行分析，由于长输管道设计及施工问题所导致的安全隐患和事故占据较大比重，由此可见设计与施工环节对于天然气长输管道的运行安全至关重要。在对天然气长输管道进行设计时，缺乏全面统筹与整体规划的意识，过于重视长输管道工程的成本，而忽视了线路设计的合理性，使得天然气长输管道设计中存在着强度计算不足、管线规划不合理、管道柔性不佳、管道防腐蚀设计欠缺等问题，给后期的施工和运行管理埋下了安全隐患。

1.2自然环境影响

天然气长输管道的覆盖范围较广、铺设距离较长，在长距离输送的过程中受自然环境、地质、气候等方面的影响，也会对天然气能源的稳定输送带来一定的干扰。例如，在一些地震、泥石流、山体滑坡等地质灾害频发的地区，天然气长输管道容易受到自然灾害的破坏，影响管道的安全性；此外，外界的环境还会与天然气长输管道发生化学反应，使得管道性质发生改变，容易引起腐蚀而降低长输管道的使用寿命，给天然气的输送埋下一定的安全隐患。

2天然气长输管道工程的优化设计策略研究

2.1优化天然气长输管道的线路设计

天然气长输管道的设计质量既关系到了天然气安全高效的输送，也关系到了后期管道的维护与检修的便利性：在设计环节，管道线路设计是至关重要的，设计人员需从以下方面入手进行优化设计：首先，在平地管道的设计中，需要考虑长输管道的高程。一般而言高点铺设的管道不容易受水流影响，管道运行的安全系数较高；横向低洼以及纵向低洼地带由于水流以及汇水沟影响会对管道运行造成一定的危害应当尽可能加以规避。第二，在有河流穿过的管道设计中，应当结合河流的流向以及管道与河流交叉的情况，考虑河流对管道的冲刷情况。一般而言如果长输管道铺设的位置处于河流穿越段并且与河道呈现垂直关系，受河流冲刷较小，管道运行的安全性较高；如果长输管道铺设的位置与河道呈现倾斜交叉的关系，容易受河道冲刷降低运行安全，并且随着河道冲刷时间以及冲击力的不断增强，很容易会长输管道造成一定的损坏，引起严重的后果。第三，在山区管道的设计中，需要考虑山区流水对长输管道的影响。一般而言，如果沿山梁位置铺设长输管道，不容易受到水流的影响，管道运行的安全性较高；而山坡、山角、汇水沟等区域容易受到水流冲刷，对长输管道造成一定影响，需要重点加以注意。

2.2选择输气工艺

输气工艺是保证天然气长输管道工程运行质量的重要依据，也是影响到整个工程设计走向、设计投资的部分，在选择输气工艺时要从几下几方面进行参考：其一，要了解本长输管道工程的基础资料，如确定几期工程的输气量，根据输气量设计管道全线的设计压力，再根据设计压力选择如钢管内壁粗糙度，确定供气压力和管道年最大输气量。其二，要根据天然气热物性计算、水力分析基本方程等得出的数值进行管线系统的再一次优化，使之达成不同工期的用气量要求，并可以为后续工期方案奠定基础。如可以考虑在一期天然气长输管道工程的沿线输气站中增加天然气压缩机，目的是为二期管道工程用气量要求达到标准做铺垫。其三，要进行水力计算和调峰分析，如一二三期工程需要考虑到城市门站和电厂用气需求之后再确定管道系统方案，目标是要考虑到用气高峰时段和用气大户高峰用气时段的实际天然气用气需求，具体可以选择通过调整接收站每日23点至次日上午7点期间的天然气小时流量比例，按照1∶2、1∶4、1∶5的方法分析不同方案中钢管壁厚度、管线系统操作压力、用钢量等之间的关系。其四，要确定压缩机，管道、支干线、支线管径、干线管径，如已经得出水力计算和调峰相关数据，遵循着投资少、钢量省的基本原则，在选择主干线管径时将其分为不同的管段，每一个管段再根据不同时段的天然气流量确定相邻的管径条件，得出对比表格，根据最终的费用现值选择投入最少的管径组合。管道支干线、支线管径在选择时就需要在满足运输要求和门站压降的前提之下尽量优化成本。压缩机同样根据此原则进行配置。最后，需要对整个工艺方案的可行性进行模型推演或分析，如按照接收站控制进入管道系统压力分析不同方案之下夏季、冬季用气常量、用气高峰时管道系统的管径和各站进口压力的情况，分析现有方案在管线线路中所承担的具体调峰责任是否满足用气需求。同时，需要进行模拟演练，看发生不同典型事故情况下该管线设计方案是否可以解决如电厂同时停止发电、电网事故电厂不能同时发电所带来的管道首站、输气末站、进站等相关问题。另外，需要设计管线中的自救系统，确定不同自救时间、不同工作条件下的天然气流量，综合对比压力、储气过程和城市用气数量，调整管线自救系统。

2.3确定输气站工艺

天然气长输管道工程中涉及到包含首站、分输站、末站等不同输气站，二三期工程还需要预留输气站接口，所以在确定输气站工艺时应根据不同输气站的供气压力、供气需求将设计重点放在选择设备、确定管道方面。输气站的天然气分离器、过滤器选择标准是具备较高的除尘效率、有较强的耐磨损性和较长的使用寿命，分离器、过滤器能配合供气压力使用，保证天然气机械杂质低于规定要求。计量装置应当遵循准确、稳定、范围广、占地面积小的原则选择如气体超声流量计、气相色谱分析仪。流量控制阀应当在保证压差适应范围大、自主调节性能好、安全可靠的前提下进行选择和配置。流程阀则适宜选用球阀和气动球阀两种类型。在确定输气站管道时需要考虑到输气首站天然气的温度和天然气对于管道的腐蚀情况，再根据沿线地质、水文、行政等相关资料优先选择安全可靠性更强的钢管钢级。如管线需要穿越地形复杂的路段则适宜选择直缝埋弧焊钢管，最终形成不同分输站、首末站不同管径、不同钢级以及不同要求的管道设计方案。另外，还需要根据线路穿越情况设计管道外防腐蚀的相关方案，避免如灌木、鱼塘、内沙碎石或潮湿多雨天气对基岩露头管道线路的腐蚀影响。

结语

综上所述，天然气能源是人们日常生产生活必不可少的重要能源，也关系到了国家的建设与经济的发展。在天然气长输管道的建设过程中，容易受到多种因素影响会增加长输管道的运行风险。这就要求相关单位必须要深入分析天然气长输管道的危险因素，优化设计方案，提高施工水平，加强运行管理，有效规避长输管道运行中的潜在风险，保障天然气长输管道安全可靠的运行。

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