中卫—贵阳输气管道的创新设计研讨

第 2 8卷第 5期 2 0 1 0年 1 O月 天 然 气 与 石 油 Nat ur al Gas An d Oi l V0 1 28 No 5 0c t 2 01 0 【 l 】 卫一 贵阳 输号管垣的创新设计研讨 向 波 ， 陈 静 ， 杨 帆 ， 向熠 星 ( 1 中国石油集 团 1 ： 程设计 有限责任公 司西南 分公司 ， 四川 I成 都 6 1 0 0 1 7 ； 2 西南 油 大学 ， 四川 I成都 6 1 0 5 0 0 ) 摘要： 中卫一 贵阳输 气管道是 中国石油正在设计 建设 的叉一骨干管道 ， 管道从北向 南将 通过秦岭和大娄 山区， 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 。中国石油集团工程设计有 限责任公司西南分公 司在承担初 步设计过程 中， 牢记设计龙 头责任 ， 在并行管道敷设 、 复杂山区输 气管道的工艺设计 中创新设计 思路 和优化设计方法 ， 合 理处理 了不 同类型油气管道并行敷设的相 关难题 ； 突破传统布站方式的束缚， 优化 了复杂山区 段 的压气站布局 ， 方便 了大型站场的建设和运行管理。研讨 了并行敷设 油气管道线路 、 山区输 气管道工艺优化设计的做法 ， 其创新的设计思路 和优化方法可为类似 工程的设计 建设提供借 鉴 。 关键词： 并行敷设管道 ； 输 气工艺； 创新设计 文章编号 ： 1 0 0 6 - 5 5 3 9 ( 2 0 1 0) 0 5 0 0 0 1 0 5 文献标 识码 ： A 0 前 言 中卫一贵阳输气管道起 自宁夏 中卫 ， 经甘肃 、 陕 西、 四川 、 重庆 ， 止于 贵州贵 阳， 干线全长1 6 l 3 k m， 其中中卫一南部段 9 0 3 k m， 南部一贵 阳段 7 1 0 k m。 该管道在 中卫与西气东输一 、 二线及陕京线 系统连 接 ； 分别在南充市南部县、 南充市嘉陵江区 、 重庆市 潼南县 、 重庆市江津 区与川 I 渝 管 网的北 外环 、 北干 线 、 北内环 、 南干线东段连接 ； 在贵 阳 与中缅天然气 管道连 接。中卫一贵 阳管道 设计 输气 能 力 1 5 0 X 1 0 1 1 a ， 设计压力 1 0 MP a ， 管径 1 0 1 6 1 l I l l ， 全线设 输气站场 1 4座 ， 其 中压气站 6座。 该管道从北 向南将通过秦岭和大娄山区 ， 并与 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 。中国石油集团工程设计有 限责任公司西南分公 司在承担初步设计过程 中， 牢 记设计龙头责任 ， 在并行管道敷设 、 复杂 山区管道的 输气工艺设计 中创新设计思路和优化设计方法 ， 合 理处理 了不 同类 型油气管道并行敷设的相关难题 ； 突破传统布站思维 的束缚 ， 优化取消 了复杂 IJ I 区段 的压气站布局 ， 方便 了大型站场 的建设和运行管理 。 本文结合中卫一贵 阳输气管道工程初 步设计 成果 ， 对其创新的设计思路 和优化设计方法进 行 了 研 讨 和介绍 。 1 并行敷设油气管道的创新设计思路 和方法 1 1 概 述 中卫一贵阳输气管道从北至南分 3大段共与两 条在役管道和两条拟建管道发生并行关系。在同心 县河西乡一 固原段将 与在役 的西二线输气 管道并 行 ； 在甘肃省礼县小河 子一四J I 省广元市朝天 区石 押沟段与拟建的兰成原油管道并行 ( 同时与在役的 兰成渝成品油管道在 同一走 向) ； 在贵州省 习水县 寨坝镇一息烽县青山苗族乡段与拟建 的中缅输油管 道并行 。设计中根据不 同的并行管道属性 、 通过的 地形地貌单元特点 、 管道 的建设进度安排 、 管道 的维 护抢修要求 、 减少建设 占地及对土地利用 的影 响等 分段进行 了优化。参 照 中石 油集 团公 司科 研课题 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 7 - 0 2 基金项 目： 中国石油天然气集 团公 司重点工程资助项 目( $ 2 0 0 9 5 0 ) 作者简 介 ： r 口 J 波 ( 1 9 6 3 一 ) ， 男 ， 重庆人 ， 教授级高工 ， 学十 ， 主要从 事天然气储运1 - 程设计 与管理工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 天 然 气 与 石 油 2 0 1 0 g - 并行敷设管道关键技术研究 的成果和 并行管 道安全间距及保护措施研究 的推荐 做法， 按照 油气管道并行敷设设计规定 的要求 ， 创新油气 管道并行敷设 的设计思路和优化设计方法 ， 提 出了 不同条件下油气管道并行敷设 的做法 ， 较好地处理 了不同类型并行敷设油气管道的设计建设难题。 1 2同心县河西乡一固原段 1 2 1 基 本情 况 在同心县河西乡一 固原段 ， 约有 1 0 6 7 k m长线 路将与已经建成的西二线管道并行敷设于清水河谷 地内， 所经地区的地形开阔平坦 、 交通方便 ， 社会经 济比较发达 、 人 口密度较大 、 建构筑物多。 1 2 2 优化设计所考虑的主要 因素 a 正确处理新建管道与在役管道 的关系 ， 包括 建设期对在役管道 的影响， 以及运行期两条输气管 道 的相互 影 响问题 。 b 该管道施 工建设 中不影响西二线运行安全 的合理间距 。两条高压输气管道事故状态下， 避免 相互破坏的最小安全间距确定 。 c 尽量减少对沿线规划和土地利用 的影响 ， 满 足地方对并行管道建设的要求 。 d 并行管道 的水工保护等 附属设施 的优化布 局等。 1 2 3 设计优 化 的成果及 主要 特 点 1 2 3 1 设计优化的成果 并行敷设段的管道 ， 间距推荐为 6 2 0 m之间。 在地形条件受限地区， 管道间距为 61 0 m； 地形条 件允许地区， 管道间距为 l 0 2 0 m。 1 2 3 2主要特点 a 上述设计优化的成果在全面考虑并行敷设输 气管道各种 因素 的基础上 ， 结 合了 并行敷设管道 关键技术研究的最新研究成果 ， 优化处理 了河谷 地区与在役管道并行敷设的设计建设难题。 b 根据 油气管道并行敷设设计规定 的要求 ， 结合 并行管道安全间距及保护措施研究中所介 绍给出的类 同高压输气 管道破 裂影响安全间距数 据， 管道间距为 6 m以上时， 一条气管道破裂不会对 另一条气管道造成损坏 ， 而且管道所经过地 区具有 保持该间距的自然环境条件。 c 并行敷设段管道 的管沟全部为土方段 ， 根据 地形条件 的情况， 管道 的间距保持为 61 0 、 1 0 2 0 m两种情况， 既满足了新建管道的建设需要 ， 同时可 最大限度地减少对规划和土地利用 的影响。6 2 0 m间距对于土方地段( 一般为农 田) ， 也便于实施联 合水工保护和农 田复耕。 1 3 礼县 小河 子一 广 元 市朝 天 区石押 沟段 1 3 1 基 本情 况 在礼县小河子一朝天石押沟段， 约有 2 2 9 k m线 路与拟建的兰成原油管道 同走向， 并 与在役的兰成 渝成品油管道 相距不远。管道通过秦岭西麓 山区 ， 山高谷深 、 地形复杂 、 植被茂密、 交通困难 ， 沟谷 内人 口比较密集 ， 建构筑物较多。两条新建的油气管道 在如此复杂的外部环境进行设计建设 ， 面临极大的 困难和挑战。 为 了同时优化两条新建油气管道的设计 、 同步 完成建设 ， 中国石油管道建设项 目经理部安排两家 设计单位共 同开展 了并行敷设段的优化设计工作。 优化设计 中听取 了管道运行管理单 位的意见 ， 使新 建的两条油气管道与在役的兰成渝管道保持了足够 的距离， 确保新建管道不对兰成渝管道的正常运行 造成任何影响。 1 3 2 优化设计所考虑的主要 因素 8 确处理复杂 山地新建管道与在役管道 、 新 建油气管道之间的关系。包括建设期 、 运行期 的相 互 影 响问题 。 b 山区地形 、 复杂多变 的工程地质条件对两条 并行管道布设间距的影响， 以及施工的可行性。 C 尽量减少对沿线规划和土地利用的影 响， 减 少对植被的破坏 ， 有利于水工保护等附属设施 的优 化 布局 。 d 考虑原油管道加热输送工艺的特殊性 ， 管道 因温差变形可能对运行和维护抢修的影响等。 1 3 3 设 计优化 的成 果及 主要特 点 1 3 3 1 设计优化的成果 a 新建油气管道与在役的兰成渝管道保持 了足 够的距离， 避免了干扰和影响。新建的油气管道在 尽量保持间距 、 避免相互影响的前提下 ， 大部分地段 采取了并行敷设等方式满足复杂山地 的管道建设需 要 。 b 新建的 中贵 、 兰成 油气管道 ， 在地形条件允 许的地段 ， r ”贵管道选择 了 与兰成原油管道分离敷 设 ， 分离 敷设段共有 3段 ， 总长 为 4 1 2 k m。其余 1 8 7 8 k m线路 ， 中贵输气管道选择与兰成原油管道 并行敷设 ， 其 中并行问距在 6 2 0 m的有 7 5 8 k m 2 0段 ； 其余段 由于受地形地质条件 限制 ， 需要 与兰 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第2 8卷第5期 向 波 ， 等： 中卫 贵阳输气管道 的创新设计研讨 3 成原油管道采用共用 隧道方式或 同沟敷设方式 ， 其 中共 用 隧道段 4 2 9 9 k in 4 0座 ， 同 沟 敷设 段 6 9 k m 3 7段 。 i 3 3 2主要 特点 a 上述设计优化 的成果在全面考虑复杂 山区、 多条管 道建设 的各 种影 响 因素 的基础 上 ， 结合 了 并行敷设管道关键技术研究 的最新研究成果 ， 听 取 了管道运行管理单位 的意见 ， 两家设计单位联合 互动 ， 优化处理 了山区 、 多管道 、 多工况油气管道设 计建设的世界级难题 。 b 三条管道走 向大致相同 ， 但两条新建管道 与 在役的兰成渝管道保持 了足够距 离， 既避免 了新建 管道对兰成渝管道运行的影响 ， 又可尽量利用其 已 建成的伴行道路等设施 ， 方便建设和管理。 c 两条新建的油气管道安排 同步建 设， 对 于地 形条件稍好 的共 7 5 8 k in 2 0段 线路采用保 持 6 2 0 I T I 间距敷设方式避免油气管道事故的相互影 响。 按照 并行敷设管道关键技术研究 的成果 ， 油气 管 道并行敷设时 ， 输气 管道破 裂是最 主要 的危 害影 响 因素。按照 油气并行敷设管道设计规定， 并行敷 设段的管道净间距大于 5 2 n l以上时 ， 可有效避免 中贵输气管道破裂对兰成输油管道的影响。 并行敷设可 以减少对地貌的破坏及地质灾害对 管道 的危 害， 可以减少对山区植被 的破坏 ， 可以最大 限度地减少了对规划和土地利用 的影 响 ， 也便于实 施管沟的水工保护和农 田复耕 。 d 为 lr减少 同沟敷设段 长度 ， 对地形 条件小满 足并行敷设问距要求 ， 但油气 管道可以选择 同通 道的共 3段约 4 1 2 k m 长线路采 取 了分 离敷设 方 式 ， 尽 可能避免两条管道在安全 、 运行管理方面的相 互 影 响 。 e 对于特殊困难地段共约 6 9 k m线路采取 同 沟敷设方式 ， 根据 油气管道并行敷设设 计规定， 同沟敷设段 管道 的最 小间距不应小 于 1 5 m。1 5 m的问距考虑_ r施工及投资 、 温度变形影响 、 维抢修 作业等因素 ， 同时也满足 了 兰成热油管道 同沟敷 设温度场影响研究 从输油工 艺的角度所提出的 1 3 n l 间距 的要求 。 为进一步提高输气管道 的安全可靠性 ， 同时也 提高通过山地复杂地 区管道抵御地质灾害 的能力 ， 设计推荐同沟敷设段的输气管道全部采用二级地区 的用管 ， 从而也增强了同沟敷设段油气管道的安全。 f 设计 中油气管道 大量利用 共用隧 道 ( 4 2 9 9 k i r k 4 0座 ) 方式来通过复杂特殊山区。利用 同一 山 岭隧道进行油气管道 的敷设符合 油气 并行敷设管 道设计规定 的要求 ， 便于节省投资、 减少对 自然环 境的破坏 。考虑到输气 管道 的破裂 是 主要影 响因 素 ， 设计采取比油气 管道穿越设计规范提高一级用 管壁厚来增加输气管道 的安全可靠性 ， 通过加强运 行维护等措施 ， 从 而达 到确保 隧道及管道安全的 目 的 1 4 习水县寨坝镇一息烽县青山镇段 1 4 1 基本 情 况 贵州省习水县寨坝镇一息烽县青山 族乡段总 长约 2 4 3 k m， 管道通过大娄 山区及云 贵高原 ， 中贵 输气管道整体走 向与拟建 的中缅 原油管道基 本一 致 。该段管道通过地区 ， 具有山高谷深 、 岩溶发育 、 地形复杂 、 植被茂密 、 交通 困难 ， 沟谷 内人 口比较密 集 ， 建构筑物较多等特点。 为了统筹 中国石油管道的建设 ， 共用路 由和设 施 ， 减少对沿线 自然环境 的破 坏 、 方便运行维护 管 理 、 合理降低建 没投资 ， 中国石油管道建设项 目经理 部组织两家设计单位 ， 先后 多次 长达半年时问开展 了两条油气管道并行敷设的方案研究 。 】 4 2 优化设计所考虑的主要 因素 a 正确处婵 复杂 l l J 地新建 油气管道 之问 的关 系， 包括油气管道 的工艺特点 ， 建设期安排 ， 建设期 和运行期的相互影响等问题。 b 山区地形 、 复杂多变的工程地 质条件对两条 并行管道布设间距的影响 ， 以及施工 的可行性。 c 尽量减少对沿线规划和土地 利用 的影 响， 减 少对植被的破坏 ， 有利 于水工保护等 附属设施的优 化 布局 。 1 4 3设计 优化 的 成 果及 主要特 点 1 4 3 】 设计优化的成果 设计推荐采用并行敷设 、 共用隧道 、 共用跨越等 多种方式来处理复杂 山区油气管道的建设和安全运 行要求 ， 并建议同步统筹安排油气管道并行段 的建 设 。油气管道并行 总长度 2 4 3 k m， 其 中： 共用 山体 隧道 8 1 9 k in 1 0座 、 共用跨越 0 3 9 k in 2处 ， 同沟 敷设 1 1 5 3 k in 1 3段 ， 绝大部分地段油气管道保持 6 2 0 m间距并行敷设。 1 4 3 2主要 特点 a 两条拟建的油气管道按照吲期建设开展并行 管道优化设计 ， 可以最大 可能地实现路 由资源的共 用 ， 减少对植被的破坏 ， 节省投资等 目的。 b 没计中大量采用了并行敷设方式 ( 总长达到 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 天 然 气 与 石 油 2 0 1 0年 2 2 3 k m， 间距 6 2 0 m) ， 解决油气管道通过复杂 山 区的需要 ， 满足了 油气并行敷设管道设计规定 对 最小间距应保持 5 2 m 以上的要求 。 e 尽量减少 同沟敷设段线路长度 ， 减小管道事 故可能产生的相互不利影响。当地形受限局部段采 用同沟敷设时 ， 管道的间距保持 1 5 m以上 ， 并对输 气管道采取适当增加用管壁厚等措施。 e 油气管道尽量共用隧道通过特殊复杂山地 ， 降低管道的建设和管理难度 ， 节省投资。对通过隧 道的输气管道采取提高一级用管壁厚等方式确保安 伞 2 山区输 气工 艺优化设 计的创新 思路 和方法 2 1 概述 中贵输气管道在可研设计 阶段 ， 通过对不 同管 径和压 力 工 艺技 术 方 案 的优 化 ， 确定 推 荐 了 1 0 1 6 m m、 1 0 M P a的总体工艺技术路线。按照常规 的等压 比布站方式 ， 通过对不同压 比工艺方 案的对 比， 初步确定全线设置 7座压气站 、 压 比为 1 5的布 g 1逅 站方案。该 中间结果导致有 2座压气站分别位于秦 岭 山区和大娄山区范围， 压气站周边 山高谷深 、 空间 狭小、 交通不便 、 社会依托条件差 ， 不利于压缩机站 的建设和长期的运行维护 。 初步设计 中突破了传统的等距离或等压 比布站 的思维和做法 ， 创新开展 了工艺系统优化工作 。综 合考虑压气站建站条件 、 方便运行管理， 机组优化配 置 、 压气站建设和运行 的经济性等因素， 对压气站布 站方案进行 了优化调整， 科学、 合理地解决了工艺系 统的优化设计问题 ， 使压气站 的设置避开 了两处 山 区， 并以其结果优化调整了本工程的可研最终成果。 其做法和成果突出表现 了以人 为本的设计理念 ， 展 示 了设计统揽全局的地位和作用。 2 2 输气工艺设计的主要参数 设 计输 量 ： 1 5 0 X 1 0 m a ； 线路实长 ： 1 6 1 3 k m； 设计压力 ： 1 0 MP a ； 管径 ： 1 0 1 6 IT I I I 1 ； 管内壁粗糙度 ： 1 0 tx m( 管道采用 内涂层) 。 管道沿线高程数据见图 1 。 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 00 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 l 2 0 0 l 3 00 1 4 0 0 1 5 0 0 l 6 0 0 里程 k m 图 1 管道 沿线 高程 图 2 3 优化 设计 方法及 考虑 的主要 因素 a 压气站站址选择尽量避开秦岭山区和大娄山 区， 采用工艺优化计算与现场选址相结合、 初步设计 与可研工艺方 案调整相 结合 的优化 方法 ， 利用 了 T G N E T和 S P S两个 国际知名软件进行对 比验证来 保证计算准确性。 b 各压气站压 比控制在较为合理的范围， 便于 机组选 型 。 e 压气站选择在地形 、 交通 、 供 电条件好 ， 尽量 靠近城镇的地方 。 d 各压气站 外部供 电条件均尽量满足采用变 频电驱动压缩机组的要求。 e 压气站选址兼顾周边市场 的分输供气要求 ， 兼顾与川渝管网的联络建站需要。 2 4 设计优化的成果及主要特点 2 4 1 设 计优 化 的成 果 经过优化， 设计推荐全线共设置 6座压气站的 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第2 8 卷第5 期 向 波， 等： 中卫一贵阳输气管道的创新设计研讨 5 工艺系统方案 。推荐压气站布置见表 1 ， 压气站工 艺计算成果见表 2 。 表 1 全线压气 站设 置表 2 4 2主要 特 点 a 压气站的设置避开了秦岭及 大娄 山区， 方便 了压气站的建设和管理 ， 节省了建站费用。 b 由于压气站 的设 置均 避开了复杂 山区， 压气 站的外部供电条件均可以满足采用变频 电驱动压缩 机组的要求。全线采用 电驱 动机组后 ， 可 以将宝贵 而有限的优质天然气更好地满足下游用户 的需要， 节省投资和运行费用 ， 方便 了操作管理。 c 压气站 的总 数量 比等压 比布站 方案 减少 1 座 ， 总功率略有减少 ， 初步设计与可研最终工艺方案 保持一致。 表 2 压气站工艺计算 成果表 d 各压气站的压 比在 1 51 6 8范围， 差异不 大， 便于实现机组选型的统一 ， 节省投资 ， 方便管理 。 e 各压气站的设置均临近城 镇和川渝管 网， 兼 顾了向城市分输和与现有管 网的联络。 3 结论