企业培训_输气管道设计培训

输气管道设计与施工介绍 主要内容 第1页 1 设计前期 2 设计深度 3 施工 1 压力 管径确定2 管材选择3 选线与勘查 1 可研深度2 初设深度3 施工图深度 项目施工所有阶段全面介绍 设计前期任务 第2页 设计压力的选择 第3页 设计压力考虑因素 起点场站供应压力 设计重点 确定管道设计压力 是否是城市规划区域 部分专用管线根据用气压力需要 结合储气 输气能力综合比较 1 上游压力 2 沿线区域 3 用户需求 4 经济比较 综合考虑所有影响因素确定 设计压力的选择是输气管线设计的基础 输气及储气能力 第4页 输气能力 GB50251 2003 1 2 3 储气能力 GB T50680 2012 管道储气的定义 在系统的最大运行压力下 通过管道内压力的变化储存燃气的方式 计算 输气能力 用高 中 压管道水力计算公式或软件计算长燃 郑重 与哈工大联合开发DOS版水力计算软件 已经不常用兰州燃气 沈阳煤气热力 甘肃正天科技合作软件川东开发公司工艺设计计算软件中国市政工程西北设计研究院黄珍的天极水力计算软件储气能力 长输管道末端储气计算公式 自编excel文件 管径选择与壁厚计算 以外环天然气高压管网为例 第5页 壁厚计算中应注意的几点 第6页 PD 2 s Ft 公式中腐蚀余量等均已考虑在内 只有无缝钢管12 5 负偏差需考虑 当量应力校核和管道稳定性校核最小壁厚 GB50251 GB50028 注 最小壁厚只是规范组当时提出的极限值 建议在选择壁厚时要比最小壁厚大1 2个级别 最小管壁厚度 mm 当量应力校核 以外环高压管网为例 第7页 对于埋地管道必须进行当量应力校核 校核条件为 受约束热胀直管段 按最大剪切应力强度理论计算的当量应力必须满足下式要求 e h l 0 9 s式中 e 当量应力 MPa h 管内压引起的环向应力 h Pd 2 MPa 其中 P 设计压力 P 4 0MPa d 管子内径 d mm 管子壁厚 按最小考虑 11 9mm l 内压和温度引起的轴向应力 l h E t1 t2 MPa 其中 泊桑比 0 3 E 钢材弹性模量 E 1 94 105MPa 钢材线膨胀系数 1 112 10 5 t1 管道下沟回填时温度 0 按保守考虑 t2 管道的工作温度 最高温度取压缩机出口处温度60 s 管子规定的最小屈服强度 360MPa 对三级地区 使用温度较高的最不利管道进行强度校核 取 t1 0 管道施工最低温度 t2 60 天然气压缩机站的最高出站温度 经计算 e 170MPa 0 9 s 324MPa 经对不同地区等级采用的钢管进行强度校核 用管均能满足强度要求 管道稳定性校核 以外环高压管网为例 第8页 为保证刚度要求 输气管道的壁厚均满足GB50251 2003 输气管道工程设计规范 中最小公称壁厚的要求 并经计算分析 管径与厚度 813 11 9 68 比远小于140 因此 在本项目中钢管不存在圆截面失稳问题 满足管道稳定性的要求 长春市外环高压输气管道全长115km 沿线地区地震烈度均为7度 设计基本地震加速度值为0 05g 设计地震分组为第一组 设计特征周期值为035s 按照石油天然气行业标准 输油 气 埋地钢质管道抗震设计规范 SY T0450 97 的规定 管道通过此地区是安全的 可不采取特殊的抗震措施 注 GB50251 2003中5 1 4条规定 当管道埋设较深和外载荷较大时 应进行管子圆截面失稳性校核 要求钢管水平方向最大变形量不应超过管子外径的3 详见5 1 4中计算公式 弯头及弯管的管壁厚度计算 第9页 弯头和弯管的管壁厚度应按下式计算 弯头或弯管的管壁计算厚度 mm 弯头或弯管所连接的直管段管壁计算厚度 mm m 弯头或弯管的管壁厚度增大系数 R 弯头或弯管的曲率半径 mm D 弯头或弯管的外直径 mm 管材选择主要考虑因素 压力 使用地区 介质特性 温度 技术经济比较 钢管 良好的韧性 钢管管材应具备 良好的焊接性能 管材选择执行标准 第11页 石油天然气工业输送钢管交火技术条件 GB T9711 GB T8163 GB5310 GB6479 化肥设备用高压无缝钢管 输送流体用无缝钢管 高压锅炉用无缝钢管 常用管材 第12页 直缝电阻焊管 ERW 螺旋埋弧焊管 SSAW 直缝埋弧焊管 LSAW 无缝钢管 中国最早生产 应用范围最广 生产机组最多 国内2000多家 产量占国内焊管80 左右 规格20 610mm 因其投资少 见效快 应用范围广而发展迅猛 随着板材生产工艺的发展 为其提供了低成本 质量可靠的原料 这部分产品已由流体输送 结构领域向无缝管应用领域的油井管 管线管发展 设备投资较少 因采用价格较低的窄带 板 卷连续焊接生产大口径 直径1016至2400mm 焊管 生产工艺简单 运行费用低 具有低成本运行优势 目前 中国油气输送螺旋焊管已形成了以石油系统所属钢管厂为主的基本格局 采用低残余应力成型等先进技术和严格质量控制的螺旋焊管在质量上可与直缝焊管相媲美 是中国油气长输管道工程采用的主要管型 直缝埋弧焊在中国是较晚发展起来的先进制管技术 直缝埋弧焊管质量可靠 广泛应用于油气高压输送主干线上 该焊管机组由于投资相对较大 使用的原材料为成本较高的单张宽厚板 工艺较复杂 生产效率低 产品成本较高 无缝钢管是用钢锭或实心管坯经穿孔制成毛管 然后经热轧 冷轧或冷拨制成 热轧无缝管外径一般大于32mm 壁厚2 5 200mm 冷轧无缝钢管处径可以到6mm 壁厚可到0 25mm 薄壁管外径可到5mm壁厚小于0 25mm 冷轧比热轧尺寸精度高 钢管壁厚精度 与管坯的加热质量 各变形工序的工艺设计参数和调整参数 工具质量及其润滑质量等有关 管材钢级 第13页 L245 APIBL290 X42L320 X46L360 X52 GB T9711 GB T8163 GB5310 GB6479 常用牌号 10 20G Q345 Q390 10MoVNb 12CrMo 15CrMo 12Cr2Mo 常用牌号 10 20 Q295 Q345 常用牌号 20G 20MnG 25MnG 15MoG 20MoG 12Cr1MoVG 15CrMoVG 12Cr2MoG 12Cr2MoWVTiB 12Cr3MoVSiTiB L390 X56L415 X60L450 X65L485 X70 注 目前已投入生产的X80 L556 级管线钢质量也达到了国际先进水平 X100级及X120管线钢已经研制出来 尚未投入批量生产 选线的基本原则 第14页 选线是长输管道勘察设计中的一项重要工作 线路的走向 长短和通过的难易程度 对整个输气管道工程的材料消耗 投资和施工都有很大影响 1 2 大型穿 跨 越地点和输气站址的确定是选线中最重要的工作之一 可以认为 一条输气管线就是起点 终点 输气站址和各穿 跨 越点之间的连线 所以 大型穿 跨 越点和输气站址的选择应服从线路的总走向 在这个前提下 线路的局部走向应服从穿 跨 越点和站址的确定 线路勘查 第15页 注 较小的管道或沿线自然条件简单或工期紧迫时也可简化为踏勘与详细勘察两个阶段 管道设计阶段主要内容 第16页 可行性研究是分析 评价各种建设方案和生产经营决策的一种科学方法 它要对新建 扩建项目的一些主要问题 如市场需要 资源条件 燃料 动力供应条件 建设规模 以及设备选型等 从技术 经济和工程等方面进行调查研究 分析比较 并对项目建成后可能取得的技术经济效果进行预测 从而提出该项目可否建设和如何进行建设的意见 为项目决策提供可靠的依据 要求提交可行性研究报告 根据可行性研究报告及其审批意见编制设计任务书 设计任务书是编制设计文件的主要依据 可研 初设 初步设计是在工程项目确立后 根据设计任务书的要求 结合实际条件所做的工程具体实施方案 它是安排建设项目和组织工程施工的主要依据 深度应满足项目投资包干 招标承包 材料与设备订货 土地征购和施工准备等要求 并能据以编制施工图和总概算 初步设计编制的总概算是控制工程项目总投资的主要依据 设计单位应严格保证设计质量 每项设计要作多方案比较 合理地确定设计方案 设计必须有充分和准确可靠的基础资料 施工图 施工图勘查是在初步设计批准后 施工图设计前进行 主要是根据批准的初步设计和上级审批意见 对全线进行复查 修改 定线和地形测量 并做工程地质和水文地质勘察 尤其要进行输气站和穿 跨 越点的地形测量和地质勘察 取得有关资料 作为施工设计的依据 可研勘查测绘成果 第17页 1 线路遥感正射影像图 2 2线路走向断面图 2 1线路走向示意图 3 岩土工程可行性研究勘察报告 线路遥感正射影像图 线路走向断面 线路走向示意图 线路走向示意图 第22页 1 3 4 5 6 7 8 2 管道中线成果图 线路走向正射影像图 线路纵断面图 DLG DOM 纵断面图和管道线路地质描述多信息一体数字摄影测量成果 带状数字线划地形图 DLG 数字正射影像图 DOM 站场地形图 数字正射影像图 大中型穿跨越数字正射影像图 地形图 纵断面图 初步设计阶段数字摄影测量产品 注 输气管道初步设计勘察可以不写专门的综合报告书 有关内容可编在初步设计的总说明部分 GIS辅助设计系统 GIS辅助设计系统 GIS辅助设计系统 GIS辅助设计系统 GIS辅助设计系统 GIS辅助设计系统 GIS辅助设计系统 施工图勘查 定测 带状地形图 定测成果 勘察之后应交付综合勘察报告 主要内容包括 管道及穿跨越点的纵断面图 输气站场工程地质勘察报告 输气站的地形图等 局部成果展示 设计深度 第31页 可研详细按 输气管道工程项目可行性研究报告编制规定 执行 初步设计详细按 油气管道工程初步设计工作内容及深度规定 第一版 执行 施工图设计线路施工图深度没有统一规定穿越部分按 油气管道穿越工程设计文件编制规定 执行 输气管线设计中石油系统有很完善的设计编制规定 输气管道施工过程 1 设计交桩 由设计单位向施工单位交代线路中线桩 输气管道施工过程 2 测量放线 确定沿线管道实地安装的中心线位置 并划出施工带界限 具体工作内容有 复查设计标桩位置和高程 移桩 打百米桩 作出线路分界点和施工干扰标记桩 放出施工带界限和曲线管段放线 施工单位不得自行改变线路走向 标志桩包括 挖深 变坡点 防腐等级变化点 变壁厚位置 转角位置等 干扰标志包括 地下电缆 管线 障碍物等 输气管道施工过程 3 施工带清理 清理沿线施工作业带 为管道安装作业和现场运输创造条件 主要工作内容有 清理施工带内的石块 杂草 树木 填平沟坎 加固桥涵 做好施工排水工作 防止产生水土流失 输气管道施工过程 4 管子运输 把管子从预制厂装运至施工现场 输气管道施工过程 5 弯管预制 根据设计要求和现场条件 预制各种曲率和角度的弯管 输气管道施工过程 6 现场布管 把管子一根接一根的摆布在管道安装作业线上 输气管道施工过程 7 管道组装 把待焊的管子按要求对口 并点焊固定 输气管道施工过程 输气管道施工过程 8 管道焊接 把单根管子焊接成管道 输气管道施工过程 防风棚及流水作业 输气管道施工过程 在下列任何一种环境中 如未采取有效防护措施不得进行焊接 1雨雪天气 2大气相对湿度大于90 3低氧型焊条电弧焊 风速大于5m s 4酸性焊条电弧焊 风速大于8m s 5自保护药芯焊丝半自动焊 风速大于8m s 6气体保护焊 风速大于2m s 7环境温度低于焊接工艺规程中规定的温度 管道焊接应符合下列规定 1管道焊条电弧焊时 宜采用下向焊 2根焊完成后 应修磨清理根焊道 3焊道接头点 应进行打磨 相邻两层的接头点不得重叠 应错开30mm以上 4各焊道宜连续焊接 焊接过程中 应控制层间温度 5填充焊应有足够的焊层 盖面焊后 完成焊缝的横断面应在整个焊口上均匀一致 6层间焊道上的焊渣 在下一步焊接前应清除干净 7在焊接作业中 焊工应对自己所焊的焊道进行自检和修补工作 每处修补长度不小于30mm 8在焊接作业时 根据气候条件 可使用防风棚 9使用的焊条 丝 直径 焊接极性 电流 电压 焊接速度等应符合焊接工艺规程的要求 焊缝应先进行外观检查 外观检查合格后方可进行无损检测 焊缝外观检查应符合下列规定 1焊缝外观成型均匀一致 焊缝及其热影响区表面上不得有裂纹 未熔合 气孔 夹渣 飞溅 夹具焊点等缺陷 2焊缝表面不应低于母材表面 焊缝余高一般不应超过2mm 局部不得超过3mm 余高超过3mm时 应进行打磨 打磨后应与母材圆滑过渡 但不得伤及母材 3焊缝表面宽度每侧应比坡口表面宽0 5 2mm 4咬边的最大尺寸应符合下表中的规定 5电弧烧痕应打磨掉 打磨后应不使剩下的管壁厚度减少到小于材料标准允许的最小厚度 否则 应将含有电弧烧痕的这部分管子整段切除 焊缝返修 应符合下列规定 1焊道中出现的非裂纹性缺陷 可直接返修 若返修工艺不同于原始焊道的焊接工艺 或返修是在原来的返修位置进行时 必须使用评定合格的返修焊接工艺规程 2当裂纹长度小于焊缝长度的8 时 应使用评定合格的返修焊接规程进行返修 当裂纹长度大于8 时所有带裂纹的焊缝必须从管线上切除 3焊缝在同一部位的返修 不得超过2次 根部只允许返修1次 否则应将该焊缝切除 返修后 按原标准检测 输气管道施工过程 9 焊缝探伤 用各种检测手段检查现场环形焊缝的质量 X射线探伤X射线是一种波长比紫外线还短的电磁波 它具有光的特性 例如具有反射 折射 干涉 衍射 散射和偏振等现象 它能使一些结晶物体发生荧光 气体电离和胶片感光 X射线通常是将高速运动的电子作用到金属靶 一般是重金属 上而产生的 X射线源即X射线发生器主要由三部分组成 发射电子的灯丝 阴极 受电子轰击的阳极靶面 电子加速装置 高压发生器 输气管道施工过程 超声波 纵波探伤示意图探头发射和接收超声波 发射的超声波是脉冲波 脉冲超声在工件中遇界面反射超声波 超声再在探头中换成电信号经放大后显示 显示屏上横座标表示超声波在工件中传播的时间 纵座标表示反射的超声波声压 与反射面积大小对应 超声波检测技术等级 第52页 适用于承压设备有关的支承件和结构件焊缝检测母材厚度为8 46 用一种K值探头在工件的单面单侧进行检测 一般不要求进行横向裂纹检测 适用于一般承压设备对接焊缝检测母材厚度为8 46 用一种K值探头在工件的单面双侧进行检测 母材厚度为46 120 采用一种K值在工件的双面双侧进行检测 条件不允许时可在工件的双面单侧或单面双侧采用两种K值的探头检测 母材厚度 120 用两种K值在工件的双面双侧检测 两种K值的探头折射角相差不小于100 应进行横向缺陷的检测 焊缝余高要磨平 适用于重要承压设备对接焊缝检测应将焊缝余高磨平 探头扫查经过区要用直探头检测 母材厚度为8 46 一般用两种K值探头在在工件的单面双侧进行检测 两探头的折射角相差不小于100 其中一个为450 母材厚度为46 400 一般用两种K值探头在在工件的双面双侧进行检测 两探头的折射角相差不小于100 对单侧坡口角度小于50的窄间隙焊缝 增加对与坡口表面平行缺陷的有效方法 应进行横向缺陷的检测 检测时将探头放在焊缝及热影响区上作两个方向的平行扫查 A级 B级 C级 超声波检测特点 第53页 面积型缺陷检出率高 体积型缺陷检出率低 超声波检测特点 适合较大厚度工件的检验 材质晶粒度对检测结果有影响 输气管道施工过程 10 防腐绝缘 完成管道的外防腐层 输气管道施工过程 11 防腐补口 完成管道现场环焊缝的防腐绝缘层施工作业 输气管道施工过程 防腐 注意事项 1 防腐层的外表面应平整 无漏涂 褶皱 流淌 气泡和针孔等缺陷 防腐层应能有效地附着在金属表面 聚乙烯热收缩套 带 聚乙烯冷缠粘胶带 以及双组分环氧粉末补伤液 补伤热熔棒等补口 补伤材料应按其生产厂家使用说明的要求施工 2 管道锚固墩 穿越段管道 阴极保护测试线焊接处的防腐 应在检查合格后方可进行下一道工序 阴极保护测试线焊接处的防腐材料应与管道防腐层相匹配并与测试线外皮粘接良好 3 管道出 入土的防腐层应高出地面100mm以上 应在地面交界处的管外采取包覆热收缩套或其他防护性措施 热收缩套搭接处应平缓 无破损和漏点 输气管道施工过程 12 检漏 防腐绝缘层电火花检查 漏电处按要求将其修补好 输气管道施工过程 13 管沟开挖 完成埋地管道土石方开挖作业 输气管道施工过程 14 管道下沟 把管子或焊好的管段吊放在管沟内安装埋设的位置上 输气管道施工过程 注意事项1 管线的焊接 无损检测 补口完成后 应尽快下沟 一个作业 机组 施工段 沟上放置管道的连续长度不宜超过1Okm 2 下沟前 应复查管沟深度 清除沟内塌方 石块 积水 冰雪等有损防腐层的异物 石方或戈壁段管沟 应预先在沟底垫2OOmm厚细土 石方段细土的最大粒径不得超过lOmm 戈壁段细土的最大粒径不得超过20mm 对于山区石方段管沟宜用袋装土做垫层 3 管道下沟宜使用吊管机 严禁使用推土机或撬杠等非起重机具 吊具宜使用尼龙吊带或橡胶辊轮吊篮 严禁直接使用钢丝绳 起吊点距管道环焊缝距离不应小于2m 起吊高度以1m为宜 吊管机使用数量不宜少于3台 输气管道施工过程 注意事项1 管线的焊接 无损检测 补口完成后 应尽快下沟 一个作业 机组 施工段 沟上放置管道的连续长度不宜超过1Okm 2 下沟前 应复查管沟深度 清除沟内塌方 石块 积水 冰雪等有损防腐层的异物 石方或戈壁段管沟 应预先在沟底垫2OOmm厚细土 石方段细土的最大粒径不得超过lOmm 戈壁段细土的最大粒径不得超过20mm 对于山区石方段管沟宜用袋装土做垫层 3 管道下沟宜使用吊管机 严禁使用推土机或撬杠等非起重机具 吊具宜使用尼龙吊带或橡胶辊轮吊篮 严禁直接使用钢丝绳 起吊点距管道环焊缝距离不应小于2m 起吊高度以1m为宜 吊管机使用数量不宜少于3台 管道下沟吊点间距 输气管道施工过程 4 管道下沟前 应使用电火花检漏仪检查管道防腐层 如有破损或针孔应及时修补 检测电压应符合设计或现行有关标准的规定 5 管道下沟时 应注意避免与沟壁挂碰 必要时应在沟壁突出位置垫上木板或草袋 以防止擦伤防腐层 管道应放置到管沟中心位置 距沟中心线的偏差应小于250mm 管子应与沟底妥帖结合 局部悬空应用细土填塞 6 管道下沟时 应由专人统一指挥作业 下沟作业段的沟内不得有人 应采取切实有效的措施防止管道滚沟 7 管道下沟后应对管顶标高进行复测 在竖向曲线段应对曲线的始点 中点和终点进行测量 输气管道施工过程 15 管沟回填 把沟内就位的管道掩埋起来 输气管道施工过程 管沟回填 注意事项 1 一般地段管道下沟后应在lOd内回填 回填前 如沟内积水无法完全排除 在完成回填时 应使管子不致浮离沟底 山区易冲刷地段 高水位地段 人口稠密区及雨期施工等应立即回填 2 耕作土地段的管沟应分层回填 应将表面耕作土置于最上层 3 管沟回填前宜将阴极保护测试引线焊好并引出地面 或预留出位置暂不回填 4 管道下沟后 石方段管沟细土应回填至管顶上方300mm 细土的最大粒径不应超过1Omm 然后回填原土石方 但石头的最大粒径不得超过250mm 戈壁段管沟 细土可回填至管顶上方lOOmm 细土的最大粒径不应超过20mm 黄土塬地段管沟回填应按设计要求做好垫层及夯实 陡坡地段管沟回填宜采取袋装土分段回填 回填土应平整密实 5 管沟管道的端部 应留出30m管段暂不回填 6 管沟回填土宜高出地面0 3m以上 覆土应与管沟中心线一致 其宽度为管沟上开口宽度 并应做成有规则的外形 管道最小覆土层厚度应符合设计要求 输气管道施工过程 16通球扫线 管段或全线通球清扫管内污物 发球筒及收球筒 发球筒及收球筒 清管器 清管器 清管器 清管器 清管器 清管器 输气管道施工过程 现场实物 输气管道施工过程 临时收发球筒现场实物 输气管道施工过程 打开清管器发射装置的快装盲板 装入一枚直板清管器 关闭快装盲板启动空压机发出清管器 清管器运行速度应控制在3km h 6km h为宜 工作压力宜为0 05Mpa 0 2Mpa 在确认清管器接收装置收到清管器后 停止运行空压机 等管线内压力下降到大气压力时 打开接收装置取出清管器测量清出残渣的量 当清管器受阻时 可逐步提高压力 但最大不超过2 4Mpa 经现场监理鉴定确认合格后准备进行测径作业 否则继续进行清管 根据清出的固体物质的量 可选择毛刷清管器和混合清管器 在每个清管器前面所收到的固态物质的数量应该从体积和重量方面加以评定 并显示体积减少的趋势 继续清管作业 逐步将管道内的水 泥土 杂物清除 记录清管的开始和结束时间 以及压力变化 记录清出的残渣量 所有记录形成表格并得到现场监理的证实和确认并保存 输气管道施工过程 17管道试压 利用液体或气体介质 将设计规定压力施加于被试管道上 并持续一段时间 以检验管道的承压能力和其它缺陷 输气管道试验压力及合格标准 水压试验压力要求 输气管道施工过程 试压排水 输气管道施工过程 倒水或排水结束后 拆除试压头 在试压段两端重新安装清管收发球筒 发射清管器 直至清管器到达收球筒的时候 清管器前没有流动的水 用皮碗清管器排水后 再使用泡沫清管器 直到泡沫清管器在接收时干燥 清管器在发射前和接受后进行称重 连续两个新泡沫清管器增加的重量应小于 1 5DN 1000 kg 即1 8kg 便扫水合格 输气管道施工过程 气压试验 试验介质 1 位于一 二级地区的管段可采用气体或水作试验介质 2 位于三 四级地区的管段及输气站内的工艺管道应采用水作试验介质 3 当具备下表全部各项条件时 三 四级地区的管段及输气站内的工艺管道可采用空气试压 三 四级地区的管段及输气站内的工艺管道空气试压条件严密性试验应在强度试验合格后进行 用气体作为试验介质时 其试验压力应为设计压力并以稳压24h不泄漏为合格 输气管道施工过程 18恢复地貌 清理和恢复沿线原地貌 输气管道施工过程 19线路标志 沿线设置里程桩 转角桩 标出施工参数 输气管道施工过程 20管道穿跨越过河 过路的方法不外乎架桥跨过去 称为 跨越 及从河或路的底下穿过去 称为 穿越 两种 跨越很明显 就是把管道架在桥上 然而管道更多的选择是在河床 道路下部的稳定地层中穿过去 箱涵穿越 输气管道施工过程 导流开挖穿越在河中水流量不太大的情况下 在正常河道的一侧另挖一条水道 把水引到水道中 然后筑一道围堰将原河床段穿越的区域围起来 使水淹不到穿越的区域 在围堰中开挖管沟 同时要不断