天然气长输管道工程设计研究

王青峰

四川泰源工程咨询有限公司

摘要：长输管道的设计是确保管道安全运行和合理、高效利用清洁能源的关键。在管道工程设计中，要合理遵循现场选线原则，坚持创新、优化的基本原理，从管线、输气工艺等几个方面来确定工程设计的基本要素，同时要为长输管道的设计提供保证，包括严格遵循国家相关法律、标准的前提下，结合工程实际，确定设计参数，运用数字设计系统，制定合理的施工工艺，优化设计质量管理流程等。

关键词：天然气；长输管道；工程设计

长输管道是实现远距离输送天然气的一种重要途径。然而，考虑到长输管道在运行过程中所面临的自然环境、管材质量及其它人为因素的影响，必须进行设计理念的创新，才能有效地解决现有管线设计中设计质量参差不齐，项目管理资源相对匮乏，设计理念墨守成规，设计质量管理相对落后等一系列问题，确保天然气长输管道工程的质量。

一、天然气长输管道工程设计的原则

1.1现场选线原则

长输管道的铺设应以生态安全为基本原则，另外，还要确保土地资源能够集约使用，维持一定的安全防护距离，避免造成土地的无序分割。在设计阶段，要做到技术合理、经济可行，方便后续的维修、检测工作。

1.2创新原则

创新原则是指在长输管道的设计过程中，以基本的方针、政策和指导要求为出发点，按照自动化、先进化和合理化的要求，运用新的工艺和设备，同时要对国外的长输管道工程设计进行持续的研究，并积极地应用比较成熟的技术方案，确保高质量的施工工程。

1.3优化原则

优化原则就是在设计天然气长输管道工程的时候，应该根据项目的设计意义、设计初衷和设计需求，采用招标的方式，邀请具有相应资格的设计机构来共同提出工程项目的方案，然后，通过横向和纵向的比较，选出一个最优的方案，或者将不同的设计方案结合起来，得到一种新的设计方案，从而使设计的方案符合工程的实际情况、参数要求和目标效益。

二、确定天然气长输管道工程设计的重要模块

2.1设计管道线路

长输管道的设计要考虑到工程所在地的地理位置、行政区划、人口密度、经济发展情况、地形地貌、工程地质、水文气象等方面。或者，要弄清楚输气干线和支线都要经过什么样的地质条件，然后按照低影响、低社会风险、高安全标准来选择线路，这就要求路线要尽可能地与已有工程和已有地形相结合，最大限度地降低与已有障碍物的交叉，线路要尽可能地接近沿线的用气大户或者是公路，以方便长输管道的建设与管理。在确定最后的线路前，还要对各种方案进行比较、分析、优选，从中选出一条能使管道投资最大化、经济效益最大化的技术路线。

2.2选择输气技术

首先，要对这条长输管道的基本资料有一个基本的认识，例如，要知道各个阶段的输气量，按照输气量来设计整个管线的设计压力，然后按照设计压力的选取，比如钢管内壁的粗糙度等，来决定供气压力和年最大输气量。

其次，基于天然气热物性计算、水力分析基本公式等，对管道体系进行再次优化，满足不同时期对供气需求，为下一步施工计划提供依据。比如可以考虑在一期长输管道上增设一台天然气压缩机，为下一期管线的输气量达标作好准备。

最后，对该技术方案的可行性进行建模或分析，例如根据接收站控制进管压力，对不同方案下的夏、冬两季用气恒定值、用气高峰时管网管径及各站入口压力等，分析已有方案在管线中所担负的特定调峰职责能否满足用户要求。同时，开展多个典型事故情景下的管道设计方案能否有效地解决电厂同时停电、事故电厂无法同时发电等问题。在此基础上，设计管道自救装置，测定不同自救时间、不同工况下的燃气流速，并综合比较压力、储气工艺及燃气用量等因素，对管道自救体系进行调节。

2.3确定输气站工艺

长输管道包括了首站、分输站、末站等多个输气站，因此，在制定输气管道的工艺时，要考虑到各输气站的供气压力和供气需求，把设计的重心放在设备的选择和管线的选择上。

在设计输气站管线时，要综合考虑首站天然气的温度以及天然气对管线的侵蚀程度，并结合沿线的地质、水文、行政等方面的资料，优先选用安全可靠的钢管。当管道要经过一些复杂的地形时，可以选用直缝埋弧焊钢管。最后，在不同的分输站、首末站，不同的管径、不同的钢级和不同的需求下，可以采用不同的设计方案。此外，应针对管线穿越条件，制定相应的防腐措施，以避免灌木、鱼塘、内沙、多雨、潮湿多雨等环境对管线的侵蚀作用。

三、天然气长输管道工程设计保障条件

3.1规范设计标准与体系

由于长输管道的设计数据量大、内容复杂、工期长，因此，必须建立一套标准化的设计标准，设计系统，确保整体设计过程通顺科学，设计方案具有时效性和可操作性，具体包含如下几点：

第一，要有符合实际的工程设计规范，包括勘察、测量、通信等方面的设计规范，要在不同的设计范围内，按照具体的设计内容，与现行的行业文件或规章制度相对接，不仅要有从线路穿跨越等衍生出来的标准设计图纸；还要有平面设计、立体结构施工流程展示和不同施工设备、材料的样本模型库。

第二，设计的规范标准还必须由专门的设计者来执行，因此，在制定设计标准和体系规范时，要选拔具有高专业素养和综合素质的设计人才，这方面的设计人员必须具备良好的理论知识。在长输管道的设计方面，要有一定的经验，并且要对长输管道的设计有独特的认知，能将地质、水文等有关数据进行安全、经济的分析与利用。

3.2应用数字化设计系统

运用数字化设计系统，既能保障设计的品质，又能提升设计的效率和数据共享的效率。在实际应用中，可以通过大数据设计平台、流程设计软件、仪器系统设计软件等，对与该工程相关的专业数据进行整合，让各个数据提供者可以在线共享、讨论和应用数据。

同时，在数字化设计系统中，还需有效地运用3D可视化技术，将线缆的位置、线缆的路径、障碍物之间的距离等信息精确地展现出来，也可以对3D系统下的数据方案进行仿真，通过对不同方案的碰撞试验，对不同阶段可能遇到的极端情况进行仿真，并对最优方案进行进一步的优化。

3.3确定合理工程技术

从长输管道的特性来看，在进行管道工程设计的时候，必须要优先考虑到国内外的一些先进或者成熟的技术，在进行技术分析和技术运用上，可以通过卫星遥感技术、安全排查与监控等技术，来加强设计或者是升级设计。例如，卫星遥感技术可以主要应用于长输管道工程的前期调查和数据采集，通过大数据终端系统、无人机、BIM技术等对地质状况进行勘查，从而达到节省设计周期，提升设计精度的目的。

与此同时，还可以通过大数据监测、排查等相关技术方法，与管道设立、安全隐患排查管理、长输管道维修与防腐建设等有机地结合起来，设计者可以在该系统中输入一系列的设计数据、运行规范，通过微检测、热成像等数据更新方式，使其能够及时地向相关的建筑工人或安全管理人员的终端装置发送警报，并与相关成像或监测装置结合，然后进行初步的分析，使建筑和工程投入更加数字化和高效。

3.4优化设计质量管理程序

通过对长输管道全过程的控制、制定设计规划、对各个阶段的设计方案进行分级评价，能有效提高工程质量。同时，也可使用人权利益方格模式来解决工程设计中的纠纷问题，方便进行方案设计交流，更快地获得设计意见。

四、结语

综上所述，规范化的长输管道设计能确保管道安全运行，因此，相关设计人员应不断学习国内外先进的天然气长输管道工程设计经验和成果，不断创新新技术，寻找最优方案，使设计方案最为合理，便于系统操作和管理，对解决纠纷，减少能源消耗，提高经济效益和社会效益，具有重大的实际意义。

参考文献：

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[2]李丽萍.天然气长输管道工程设计[J].油气田地面工程,2011,30(07):25-27.

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