北美的管道经验值得注意

北美的管道经验值得注意-写在西气东输二线开工之际今年1月11日，在冬季供气异常紧张的情况下，西气东输111号阀室因与主管道连接的上游侧旁通球阀连接法兰漏气而不得不进行封堵维修作业。这使人想起当时西气东输监理总部美国环球公司（UNIVERSAL ENSCO.INC）对西气东输工程提出的一些建议中，就曾经提到，按照北美的管道经验：“北美的行业惯例是用焊接的方式连接阀门和管道，避免使用法兰连接，这样做的目的是确保高压气体和管道系统全部是密闭的金属容器，从而避免可能出现的法兰泄漏”。使人担心的是，仅西气东输干线138个阀室旁通线两侧与主管道连接的球阀全部是法兰连接，随着时间的推移，法兰漏气的概率还会增加，法兰连接点将成为永远的风险点。环球公司推出的北美经验，应该引起我们的高度重视。众所周知,北美洲是世界上天然气资源最丰富、天然气消费量最大的地区之一。美国第一条天然气管道年就开始建设，至今已经有130多年历史。到90年代初,北美洲共有天然气干线管道53.5万km,为全球140多万km输气干线的38%,其中美国为45.8万km、加拿大6.4万km、墨西哥1.3万km;全球554座地下储气库中,北美就有424座,占76%。2005年，全世界生产天然气2.76万亿立方米，仅美国就消费了6335亿，占全球消费量的33% 正因为北美地区的天然气管道建设时间长、建设规模大，加之政府对管道安全有完备的监管标准，北美地区也积累了丰富的管道建设和运营经验。日前，中石油投资的干、支线全长 9000 多公里，途经 14 个省区市西气东输二线已经开工建设，值此之际重温美国环球工程公司2006年就我国天然气管道建设提出的一些建议，希望能够引起同行的注意：1. 分输计量站不必使用旋风分离器在北美，只要管线清扫和干燥达到了规范要求，且用于接收气体进入管线的计量设施配备有防止液体进入管线的监控设施，就没有必要在分输计量站同时安装旋风分离器和过滤分离器。而在中国，分输计量站都安装了旋风分离器和过滤分离器。美国环球公司建议：在分输计量站只安装过滤分离器。2.不必建造干线阀室（盖房子）在北美，输气管线的干线阀都是埋在地下的，不使用密闭的建筑物。密封的阀室通常被认为是危险的天然气聚积区，还是水、潮气和昆虫或动物们的聚集地，而它们都妨碍管线的安全操作。为保障阀门的安全，通常使用围墙，大门上锁。在西气东输管道工程中，干线阀周围修建了砖砌的建筑物，将设备围堵起来。这不仅产生了安全问题，而且还需要安装不必要的天然气检测设备。美国环球公司建议：不要在干线修建阀室。为保障阀门的安全，可建造围墙或围栏，大门上锁即可（此条不符合中国国情，笔者注）。 3. 管线上的焊接阀门在北美的天然气管线中，行业惯例是用焊接的方式来连接阀门和管道，避免使用法兰连接。因为一旦法兰泄漏，就需要停输管线来修补泄漏。这样做就保证了高压气体和管道系统全部都是密闭的金属容器，一直到该系统的第一个绝缘节点为止。该行业惯例还确保了主管线上不使用法兰，从而避免了可能出现的法兰泄漏。在西气东输工程中，在每个干线阀上的两个放空阀的管线一侧，都安装有一个法兰连接。一旦连接处的密封垫出现泄漏，就必须停输管线，并放空整个管段，才能对泄漏处进行修理。美国环球公司建议：所有连接到管线的阀门在管线一侧都使用焊接连接。 4.支线管道的最大允许操作压力在北美，最近几年，输气管线的支线压力已设计为与主干线压力相同，并已经过了测试。该设计避免了在支线与主干线的连头处安装昂贵的、但不必要的调压设备。尤为重要的是，这样的设计可利用“管道充填量”来满足支线用气高峰段的调峰需求。此外，一旦市场条件发生变化或者将来需要供应新的用户，该设计还可提供额外天然气的发展空间。需要说明的是，为了满足该设计，需要增加资本成本，以提高法兰和阀门的ANSI（美国国家标准协会）等级以及管线的等级，但是许多管线系统已证明：相当于较高的管线设计压力带来的利润，这些费用简直微不足道。在西气东输管道工程中，支线管道的设计压力比主干线低，这就需要在支线与主干线连接处安装额外的减压站，这样就限制了高峰时间所需天然气的“管线充填量”，也限制了将来发展新用户的潜力。美国环球公司建议：支线管道的设计压力应与主干线一样。 5. 防腐补口材料的选择在北美的大管径管道工程中，由于安装收缩套的难度较大，管道公司都不使用收缩套进行现场防腐补口。他们一般使用比较简便的焊口防腐涂料，如液态环氧树脂涂料和聚氨酯涂料。在西气东输管道工程中，业主要求使用收缩套进行防腐补口。为了满足规范要求，施工单位在使用收缩套的过程中不断遇到问题。美国环球公司建议：将来进行大管径施工时，研究和选择在现场进行防腐补口所用的液态涂料。尤其需要指出的是：美国环球公司建议不要在水平定向钻穿越中使用收缩套。 6.减少热煨弯管的数量在北美，由于厚壁钢管的要求以及现场热煨弯管的生产、检测、防腐和发运所产生的额外费用，施工单位在管道工程中都尽量减少热煨弯管的使用数量。热煨弯管主要增加了连头焊口的数量，生产厂家也需要较长的供货时间。对于垂直弯管的设计，可相应改变土方工程并采用现场弯管。而对于水平弯管的设计，绝大多数位置可利用多个现场弯管来改变方向。在西气东输管道工程中，如上所述，业主对设计进行审核后允许用较高比例的现场冷弯管代替热煨弯管。据美国环球公司了解：由于黄土地区的某些区域安装了重要的水工保护措施，所以应考虑到尽量减少土石方工程。美国环球公司建议：在将来的管道工程中，对热煨弯管提出要求之前，应与具有西气东输施工经验的承包商一起进行详细的热煨弯管设计，其中包括对所有的热煨弯管位置进行现场勘察。7. 干线阀的设计在大多数西方国家，天然气是从放空阀直接排放到空气中的，并不需要将其引入放空火炬进行燃烧。使用放空火炬系统会增加干线阀安装的成本和难度。另外，干线阀的放空管线上还有一个额外的放空阀，这在北美的设计里是没有的。除此之外，不允许在主干线上连接小口径的管线，因为一旦该小管线泄漏和破裂，就需要放空主干线来进行维修。美国环球公司建议：a、如果中国法律允许的话，应在偏远的、人口不密集的地区取消放空筒和火炬气燃烧，且应将天然气直接放空到大气中。b 、干线放空阀的管道一侧与干线放空阀相连的输气管线的直径至少应为2英寸，且带有一个截断阀，该输气管线在截断阀的管道一侧应与截断阀焊接连接。其它所有相连的输气管线都应从该2英寸口径的管线连接的对侧引出。在管道运行期间，可将该截断阀锁定在开启位置。C、去掉放空管线上通往放空火炬的多余阀门。8、直接焊接到管道上的结构支架国际法规和标准的管线施工规范都不允许将结构支架直接焊接到管线上，除非在特殊的情况下需要对运行设备进行加固和安装板材。在西气东输管道工程中，结构支架设计为直接焊接到跨越的管线上。美国环球公司建议：在将来的管道工程中，不要将结构支架设计为直接焊接到管线上。9、水力试压技术要求在北美，要求制管厂检测其制造的钢管达到100的最小屈服强度。施工结束后，许多公司生产的钢管在水压试验中都可达到100甚至110的最小屈服强度，这是一般的行业惯例。一般情况下，最小试压压力不得小于92的最小屈服强度。这点被普遍接受，因为管道用钢管一般比规定的钢管厚，管道的实际屈服强度也总是比规定的的最小屈服强度（SMYS）大。此外，大口径管道的试压管段的长度一般限制在30公里左右，但如果条件允许的话，可以长一些。在考虑地区分级以及钢管的壁厚和钢材等级的基础上，高差应限制为：不仅在最高点满足最小试压压力，而且在最低点满足最大允许试压压力。在被高差和试压压力所限制的试压管段上，在标高较低的地区短距离的使用厚壁钢管，可调节压力，以便大幅度的减少试压管段的数量。在西气东输管道工程中，规范里要求的最大长度和最大高差对于大管径管道和山区而言是不合理的。在某些山区，在标高较低的地段使用一级和二级钢管增加了试压管段的数量。美国环球公司建议：对将来的管道工程进行设计时，应检查地区分级、标高和上水情况，以便确定不同管厚和等级的钢管的位置，从而尽最大可能减少试压管段的数量。此外，环球公司还建议：要求制管厂生产的钢管在测试中至少达到100的最小屈服强度，并达到已建管线的100的最小屈服强度。 10、干线阀室和站场的选址在北美，选择干线阀室和站场的场地时，一般采用选址标准，要考虑的因素包括：交通便利、公用事业方便、附近的居民和地形地貌、避开漫滩等，此外还要考虑到政府的规定和要求。在中国，由于洪水、进场道路差和靠近不稳定边坡等原因，许多干线阀室和站场都存在问题。美国环球公司建议：为所有的干线阀室和站场制定选址标准，在选址标准中明确规定临近的地形情况以及最低标高要求，并遵照执行。 11、站场设计压力的变化近几年在北美，计量站和减压站的天然气工艺管道都已设计为应达到站场所需的最高设计压力，且已经过了检测。即使压力降低了，也应按照最高的设计压力对管道、阀门和管件的等级进行设计、施工和试压。这样的设计不仅避免了安装安全泄压阀、避免了额外的水压试验、避免了对不同等级和壁厚的钢管进行额外的焊接，而且更容易维修和操作管线设施。比起较高等级的阀门、管线和管件所需的额外成本，这些好处要大得多。在西气东输管道工程中，计量站和减压站的天然气工艺管线在一个站场就有四种压力等级，这不仅需要多次试压，而且需要安装很多安全泄压阀。美国环球公司建议：计量站和减压站内的所有管线都使用同一个设计压力。12、站场设计问题12.1 施工和运行人员对设计进行审查大型工程的行业做法是：由富有经验的施工、运行和维护人员对站场的初步设计和平面布置图进行审查，以便发现施工和运行问题，并针对这些问题对设计进行修改。在西气东输管道工程中，美国环球公司认为施工前并没有对站场设施的施工和运行进行审查。美国环球公司建议：在完成最终设计之前，安排好时间，让施工和运行人员审查站场的初步设计和平面布置图。12.2、分支管道连接在北美，在高压的天然气设施上不直接焊短管，因为这些短管一般不能焊透，在震动下容易破裂。按照规定，应使用管件来加固焊口，这些管件包括：三通、鞍座型凸台、螺纹凸台和焊接凸台，以确保支线达到最大机械强度。大部分管道公司都有针对所有支线连接的设计指南和技术要求。在西气东输管道工程中，在高压的天然气管道上使用了直焊短管。美国环球公司建议：在所有的支线连接上使用加强焊口的管件。此外，环球公司建议：在将来的工程中，为所有的分支连接编制设计指南和技术要求。12.3 、阀门的手轮以及执行机构在北美，管道运行公司一般会规定：操作和维修所有的阀门、设备和仪表的最佳安全工作高度约为1.2米。在西气东输管道工程中，各站场操作和维修设备、阀门和管线的高度都不一致，有的很低，有的很高（分输站分输管路安全阀建在地上管线上，安全阀的高度为2.7米，不利于维护检修，冀宁线分输管路的安全阀有所改善，安全阀建在埋地管线上，但安全阀的高度也还有2米，笔者注）。美国环球公司建议：在将来的管道工程的设计中，统一该高度，并尽量缩短通往阀门、设备和仪表的通道。12.4 分离器的试压压力小于站场的试压压力在国际工程中，行业做法是，对所有的设施都进行试压，其中包括厂家制造和试压过的设备，使其达到相同的试压压力。对于站场而言，试压压力一般为设计压力的1.5倍。在西气东输管道工程中，对旋风分离器和过滤分离器进行试压时，未达到1.5倍的设计压力。因此在对站场进行水压试验时，它们的试压压力是设计压力的1.25倍，而且必须与站场的其余设备分开试压。美国环球公司建议：制订支撑点技术规范，要求厂家在对用于站场的设备进行试压时，达到与站场相同的试压压力。 12.5 密闭输送计量设备的标准化建设在联盟（Alliance）管道工程中，天然气密闭输送系统的计量设备做到了标准化，即只使用一种类型的计量设备超声波测量仪。由于联盟管线是一个新型的管线系统，所以当初决定只使用一种类型的计量设备可降低操作和维护成本，并可简化管线系统的操作，因为无需操作和维护其它型号的计量设备。在西气东输管道工程中，管线的设计既有超声波计量设备又有涡轮计量设备。美国环球公司建议：设计应标准化，且在管道系统中只使用一种密闭输送计量设备。 12.6 计量站的放空火炬在北美，不要求在计量站安装放空火炬。由于放空火炬只能放空少量的天然气，所以这部分天然气可以直接放空到大气中。在西气东输管道工程中，计量站都安装了放空火炬。美国环球公司建议：计量站不需要安装放空火炬。 12.7 清管站的分离器在北美，特别是在联盟（ALLIANCE）管道工程中，在清扫和干燥天然气管线之前，要编制严格的技术规范。根据这一要求，在清管站和一些压气站，无需使用中间分离器。在西气东输管道工程中，只有轮南和靖边这两个天然气气源。只要使用了适当的分离设备和监控设施，就不会有潮湿的天然气或不洁净的天然气进入管道。此外，只要西气东输管道工程的主干线进行了准确的清扫和干燥，在已完成清扫和干燥的管道里，就不应该有杂质和残液存在。除非预先期望管道用于输送潮湿的天然气或不洁净的天然气。美国环球公司建议：不要在每个清管站都安装中间分离器。此外，对于需要安装在压气站的分离器，应进行严格的评估。12.8地上的钢管支架 在北美，行业做法是将钢管支架安装在管道下方，而不是阀门的下方，需要维修时，这样的设计可以方便地移动阀门。此外，使用的是可调节的钢管支架，如果混凝土基础发生沉降，可通过调节钢管支架解决沉降问题。在西气东输管道工程中，钢管支架安装在阀门下方，而不是管道下方。美国环球公司建议：钢管支架应安装在管道下方，而不是阀门下方，且应该使用可调节的钢管支架。12.9地下电缆当在地下管沟里安装电缆时，行业做法是把电缆铺设在电缆套管或导管里，以提供机械保护。此外，把混凝土护板铺设在中压和高压电缆上方，并把地下标志带放置在地下电缆和导管上方，以便进一步防止电缆被意外挖断。在西气东输管道工程中，电缆直接埋在地下管沟里，没有使用导管、护板或标志带。美国环球公司建议：为了进一步保护电缆，应把电缆安装在套管理，并设置混凝土护板和（或）标志带。13、与管道一起安装的光纤导管在北美，光纤导管或电缆都不与大管径的长输管道同时安装。最主要的原因是北美管道工程的劳动力成本太高。如果必须安装的话，可以在管道附近由小型的工程队稍后安装，这样就不算昂贵。除此