高压天然气管道方案设计

1、XXXXXXXX有限公司XXCNG加气母站专供管线方案设计设计单位：XXXXXXXX有限公司日 期：2014年09月15日15 / 17目 录1总论11.1工程背景和方案12工程设计指导思想、编制原则及自然条件22.1指导思想22.2编制原则22.3编制依据32.4沿线自然条件43工艺技术方案描述43.1方案内容43.2管道计算53.3线路工程83.4阀室部分134建议144.1线路走向建议144.2线路沿途平安爱护措施145附图151总论1.1工程背景和方案工程背景自然气是国家大力提倡的清洁燃料，这将对优化我国的能源结构，有效解决工业生产能源供应平安、生态环境爱护的双重问题，实现经济和社会的

2、可持续发展发挥着重要作用。对菏泽而言，充分把握国家西气东输战略和能源结构调整战略实施的机遇，利用资源优势发展自然气工业，通过发展自然气压缩工业，能够使XX市的自然气资源得到充分利用，从而变资源优势为经济优势。随着工业的快速发展和国家评估标准的逐步提高，大气污染治理压力大、形式严峻。自然气在燃烧过程中基本不排放二氧化硫，因此，主动推动城市气化，自然气汽车，扩大自然气的利用范围和领域，对于改善城市大气环境，创建绿色中国具有主动意义。目前XX县燃气应用方式以液化石油气及CNG减压供气为主；只依托济宁华润加气母站CNG气源供气；本项目可通过陈集分输站引入平泰线管道气源，保证XX县近远期实现管道自然气供

3、应。近期供应XX县自然气气量0.6亿Nm3/年，远期供应XX县自然气气量1.2亿Nm3/年。依据压缩自然气的运输半径，XXXXXXXX有限公司XXCNG加气母站依托该管道气源建成投产之后可以辐射XX市一区八县，该站日压缩实力达20万Nm3，可满意该区域压缩自然气的需求。XXCNG加气母站的建设不仅能更好的满意本地区及周边地区对自然气能源的需求，也是解决山东地区自然气扩大利用的志向途径。自然气加气站经济效益可观，在促进XX县经济增长的同时，对拉动本地区运输业、制造业等相关产业的发展，促进城市水平的提高，都将发挥重要的作用。本项目作为连接陈集分输站和XXCNG加气母站的自然气专供管线，为XXCNG

4、加气母站的顺当投产所必不行少的组成部分。项目简介本工程为XXXXXXXX有限公司XXCNG加气母站专供管线，管线气源为平泰线陈集分输站，终点为菏泽成功XXXXXXXX有限公司XXCNG加气母站，管道设计压力10.0MPa，管径为DN200，全长约为2km，年输送自然气0.73×108Nm3，管线走向详见附图1、附图2。气源概况平顶山泰安自然气高压管线（平泰线）平泰线是由西气东输二线干线的鲁山分输压气站分输，经河南省平顶山、许昌、郑州、开封、商丘和山东省菏泽、济宁、泰安等8市，和位于山东省泰安市境内冀宁联络线泰安分输站相联络，管道设计压力10.0MPa，管径1016mm，全长约为556

5、km，年输送自然气30.8×108Nm3。平泰线于XX县北部陈集镇区域穿过，在XX县高速连接线西侧建有陈集分输站。2工程设计指导思想、编制原则、编制依据及自然条件2.1指导思想依据国家的长远安排和地方政府对该地区的近期和长远规划及有关的政策法规，综合考虑管线道路走向布局。2.2编制原则1）严格遵守国家、行业及当地的有关法规政策，严格执行国家及本行业的有关设计规范、标准及规定，同时参照国外先进适用的标准和技术。2）工程建设项目在设计上做到投资合理，充分发挥工程的经济效益和社会效益。3）优化工艺输送方案，确保管道系统均衡、平安、平稳的供气。4）工程设计符合实际状况，既确保本工程技术先进，

6、又做到经济合理、平安牢靠。5）工程设计中对设备、材料等的选型要做到设备性能牢靠、技术先进、便利运行及便于修理。优先选用国内的先进设备，降低运行费用，对于国内尚无法满意而工艺上又必需的部分设备、材料拟从国外引进。6）线路走向力求线路顺直，尽量靠近或沿线有道路敷设，尽量削减穿越道路、冲沟，避开沿线不良工程地质段和居民住宅、果林等地区，以削减工程量和确保管道长期平安运行。7）相关协助生产设施尽可能依托地方以削减投资，降低运行成本。8）充分考虑节约占地和节约能耗。9）简化管理体制，在满意一线生产须要的前提下，尽可能削减操作人员，降低运行管理费用，提高管理水平。2.3编制依据中华人民共和国石油自然气管道

7、爱护法马路平安爱护条例(国务院令第593号)山东省石油自然气管道爱护方法(政府令第214号) 关于处理石油管道和自然气管道和马路相互关系的若干规定（试行）输气管道工程设计规范GB50251-2003石油自然气工业管线输送系统用钢管GB/T9711-2011工业金属管道工程施工规范GB50235-2010工业金属管道工程施工质量验收规范GB50184-2011现场设备、工业管道焊接工程施工规范GB50236-2011现场设备、工业管道焊接工程施工质量验收规范GB50683-2011石油自然气钢质管道无损检测SY/T 4109-2013埋地钢质管道阴极爱护技术规范GB/T 21448-20082.

8、4沿线自然条件本段管线全线在XX市XX县境内，XX县地质构造属于鲁西中台隆的菏泽地垒的东南边缘，和东部的成武地堑相联。西部有兰考聊城张性大断裂经过，东部又有曹县定陶大断裂，故县内新构造活动剧烈。XX县地处黄泛平原，属黄河冲积扇类型。由于黄河多次决口泛滥，受地形、流速等诸因素的影响。形成了凹凸起伏困难的微地貌。依据建筑抗震设计规范附录A，项目所在地区地震烈度为7度，工程按7度地震基本破坏烈度设防。XX县属温带季风型大陆性气候，冬冷夏热，四季改变分明。春季，多西南风，气温回升快，蒸发量大，降水量少，空气干燥，同时，由于受寒潮的侵袭，常出现霜冻和倒春寒天气。夏季燥热多雨，常有潮湿闷热天气出现，有时因

9、暴雨成灾，有时也可能因降水稀有而出现夏旱。秋季，天高气爽，日照足够，常发生秋旱现象。冬季，气候干冷，多偏北风，降水(雪)稀有，个别年份出现冻害。3工艺技术方案描述3.1方案内容3.1.1线路走向管线由陈集分输站接出后，沿朱集村东侧高速路连接线（路西布管）向北敷设，途径朱集村、晨露农业高新产业园，穿越长江东路至XXXXXXXX有限公司XXCNG加气母站，然后沿母站南墙向西转至母站西墙向北穿墙进入站区敷设至母站工艺装置区后，详细详见管道线路走向图（附图1、附图2）。XXXXXXXX有限公司XXCNG加气母站设在XX县陈集镇日兰高速和长江东路交叉口东北角处，计量交接点在陈集分输站内，气源点陈集分输站

10、出站压力为8.28.3MPa，输气干线管径为DN200，依据近远期供气量计算母站进站压力，计算结果见表3.1-1、3.1-2。起点压力计算 供气量：10×104Nm3/d （近期） 表3.1-1序号日供气量（104m3/d）高峰系数高峰小时供气量（104m3/h）管径（mm）分输站压力（MPa）母站进站压力（MPa）1101.650.83 DN2008.28.192101.650.83DN2008.38.29起点压力计算 供气量：20×104Nm3/d（远期） 表3.1-2序号日供气量（104m3/d）高峰系数高峰小时供气量（104m3/h）管径（mm）分输站压力（MPa）

11、母站进站压力（MPa）1201.651.67DN2008.28.172201.651.67DN2008.38.273.2管道计算3.2.1管材及壁厚（1）钢种等级选择输气管道所运用的材质应具有较高的强度，良好的焊接性能，其化学成分和机械性能应符合有关规定要求，以确保输送平安。针对目前国内制板实力，输气管道材质要求和目前国内输气管道要求和目前国内输气管道钢材选用状况，选用L290、L360、L415三种钢材进行比较，设计系数按三级地区考虑，结果见表3.1-5。材质比较表（D219.1） 表3.1-5材质 壁厚（mm）地区等级L290L360L415计算值选定值计算值选定值计算值选定值三级地区7.

12、5126.1125.312管材总重（t）（壁厚按选定值）169.4169.4169.4管材投资（万元）81.384.789.8表中管壁厚度依据输气管道工程设计规范GB50251-2003，按下式计算：=PD/2sFt式中：钢管计算壁厚（mm）P设计压力（MPa）D钢管外径（mm）s钢管最低屈服强度（MPa）焊缝系数t温度折减系数F设计系数一级地区 F=0.72二级地区 F=0.6三级地区 F=0.5三种管材相比，L290管材投资最少，比L360少投了3.4万元，比L415少投了8.5万元，L415管材投资最高，不符合节约投资原则；L290管材和L360相比，虽然投资较少，但其可焊性、韧性、延长

13、性不如L360，为保证管道运行平安，举荐采纳L360管材。依据水力计算，该输气干线公称直径为DN200，举荐运用直缝高频电阻焊接钢管，钢级为L360，制管标准按现行国家标准石油自然气工业管线输送系统用钢管（GB/T9711-2011）执行，由于管线和其西侧建筑物及东侧高速连接线水平距离较小，本设计考虑全程管线规格采纳D219.1×12，并实行其他相应的有效爱护措施。3.2.2管道强度和稳定性校核（1）管线的刚性管子须要有肯定的刚性，否则在装卸、运输、堆放、下沟、回填等过程中会使管子严峻变形，一旦发生这种情形，管段即报废。管子的刚度和材料强度无关，而和材料的弹性模量、直径和壁厚比（D/

14、）有关。因各种等级钢号的弹性模量都是一样的，故只考虑直径和壁厚比（D/）即可。同直径的管子壁厚越厚，D/就越小，管子刚性越好。依据输气管道工程设计规范GB50251-2003第5.1.3节要求，DN200的管子需满意的最小公称壁厚为3.5mm，故此次设计管线的刚度均是足够的。（2）径向稳定性验算据输气管道工程设计规范GB50251-2003第节，管道径向稳定性较核应符合下列表达式的要求。当管线埋设较深或外载荷较大时，应按无内压状态较核其稳定性。下面以管线最不利情形（壁厚最薄，埋深最大考虑极限温差）进行应力计算和当量应力较核。式中：x钢管水平方向最大变形量（m）；Dm钢管平均直径（m）；W作用在

15、单位管长上的总竖向载荷（N/m）；W1单位管长上的竖向永久载荷（N/m）；W2地面可变载荷传递到管道上的载荷（N/m）；Z钢管变形滞后系数，取1.5；K基床包角，按规范取0.103；E钢材弹性模量（N/m2），2.06x1011 N/m2；I单位管长截面惯性矩（m3/m）；n钢管公称壁厚（m）；Es土壤变形模量（N/m2），取2.8。计算得出：对D219.1：W1=V=9914N/m（考虑为管线埋深处土壤载荷），x0. 03D。故管线不会失稳。3.3线路工程（1）设计原则依据管道线路走向，在满意有关规范要求的状况下，线路特别地段全部采纳定向钻穿越方式，在小型穿越段首选开挖沟埋方式。将穿越工程的

16、平安牢靠性放在首位。力求节约投资，便利施工和维护管理。穿越三级以上马路时，一律采纳定向钻穿越；对于一般低于三级道路，采纳挖沟埋设方式穿越。穿越位置不宜选在地震活动断层上。（2）管道敷设管道以埋地敷设为主，依据地形地貌，管道分别实行自然弹性弯曲、现场冷弯弯管和预制弯头，以适应管道在平面和竖向上的走向改变。穿越长江东路时采纳定向钻穿越，穿越时尚应满意管道和马路相互关系的有关规定的要求。（3）敷设方式管道采纳直埋和定向钻穿越的方式。管道通过一般地段时，考虑到地面荷载对管道强度及稳定性的要求，管顶覆土深度为2.5m。特别穿越地段，允许覆土深度有改变，但不得小于2m。管道和马路交叉时，按关于处理石油管道

17、和自然气管道和马路相互关系的若干规定、中华人民共和国石油自然气管道爱护法、马路平安爱护条例(国务院令593号)、山东省石油自然气管道爱护方法中的有关条款执行。管道水平转角或竖向变坡处，当条件允许时应优先采纳弹性敷设，以保证较好的工艺条件。弹性敷设困难时，优先采纳曲率半径R=40D的冷弯管，在其次采纳热煨弯管。（4）马路穿越依据原石油和交通部制定的关于处理石油管道和自然气管道和马路相互关系的若干规定，管道穿越马路时尽量在路基下穿过，以尽可能不破坏路面为原则。若因地质条件必需破坏路面时，应同马路管理部门协商，按其要求复原地貌。对于干线马路、沥青马路、车流量较大、大开挖困难的马路，优先采纳定向钻穿越

18、。一般碎石马路则大开挖穿越。本管道需穿越长江东路1处，穿越无名小路3处。（5）管道焊接焊接方式及材料管道的焊接接口采纳手工下向焊接或半自动焊接工艺，手工焊焊条采纳AWS A5.1-91 E6010纤维素焊条，焊接执行钢质管道焊接及验收（SY/T 4103-2006）。焊接检验方法及要求结合本工程高压管道经过的地区特点以及当地有关部门的要求，对管道全线环焊缝进行100%超声波探伤和100%射线照相检查。焊缝质量标准本工程对管线环焊缝进行100%超声波探伤和100%射线照相检查，超声波探伤应符合石油自然气钢质管道无损检测SY/T 4109-2013中的级质量标准，射线照相应符合石油自然气钢质管道无

19、损检测SY/T 4109-2013中的级质量标准。（6）管道试压依据输气管道工程设计规范GB50251-2003中第10.2条：清管和试压条款有关内容要求，输气管道必需进行强度试验和整体严密性试验，同时经试验合格的管段间相互连接的焊缝经射线照相检验合格，全线接通后可不再进行强度试压。穿（跨）越道路的管段，应进行单独试压。本工程依据沿线的实际状况，结合地区等级的划分，本项目位于三级地区的管道试压介质采纳水。依据输气管道工程设计规范GB50251-2003要求，本项目位于三级地区的管段不应低于设计压力的1.5倍。（7）清管依据输气管道工程设计规范GB50251-2003和工业金属管道工程施工规范G

20、B50235-2010有关要求，管道在压力试验合格后，应进行管道吹扫或清洗工作。管道吹洗前，不应安装孔板、法兰连接的重要阀门、仪表等，对于焊接的上述阀门和仪表，应实行流经旁路或卸掉阀头及阀座加爱护套管措施。当采纳空气进行吹扫清管时应满意下列要求：吹扫压力不得超过容器和管道的设计压力，流速不易小于20m/s；空气吹扫过程中，当目测排气无烟尘时，应在排气口设置贴白布涂白漆的木制靶板检验，5min内靶板上无铁锈、尘土、水分及其他杂物为合格。当采纳清管器进行清管时应满意下列要求：清管次数不应小于两次；应设置临时清管器收发设施和放空口，不应运用站内设施；输气管道在投入运用前应进行干燥清管，必要时可注入吸

21、湿剂。（8）管线附属设施水工爱护工程穿越现有的带扩砌的沟渠，施工完毕后复原原貌。对于破坏的马路路肩要分层夯实并用砌石护砌。管道标记为了驾驭阴极爱护的状况，随时测定沿线阴极爱护有关数据，从管道起点每隔1km距离，设置一个阴极爱护测试桩兼做里程桩。固定墩管道出入土端、重点穿跨越点均应设置固定墩。（9）管道防腐自然气高压管道的涂层防腐包括管道内防腐和管道外防腐，内防腐既可以延长管道的运用寿命，又可以削减管道内阻，提高输气实力、节约能源。因为本工程高压管道所输气体为经过净化的自然气，几乎不含水，含H2S极微，介质的腐蚀性很弱，同时本设计不要求削减管道阻力，故管道内壁不作内防腐，只作管道外防腐。1）管道

22、外防腐涂层的确定管道外覆盖层的作用是将腐蚀介质和被爱护金属表面隔开，在埋地管道防腐工程中，覆盖层占有重要的位置，对延长管道的运用寿命、维持正常运用及增加运行平安性都有非常重要的意义。因此，合理选择管线外防腐材料，是保证工程设计经济合理至关重要的技术关键。作为埋地管道外覆盖层应具备下列性能：良好的防潮、防水性；较强的机械强度（包括抗冲击强度、耐弯曲性、耐磨性、针入度等指标）；良好的耐阴极剥离性能；防腐层对钢材表面有良好的粘结性；良好的电绝缘性能；较好的耐化学性能和抗老化性能；易于施工，易于补口、补伤；经济合理。目前，常用防腐材料有：聚乙烯三层复合结构防腐层（简称三层PE）、熔结环氧粉末（FBE）

23、、煤焦油瓷漆、聚乙烯胶带、环氧煤沥青等。各种防腐层的主要优缺点见表3.2-1。表3.2-1 常用涂层对比表涂 层优 点缺 点熔结环氧和钢管粘结力高、耐化学介质浸泡绝缘性能好、运用温度范围宽，磨擦系数小，和阴极爱护协作好。涂层太薄，装卸、运输、施工极易受伤，补口、补伤工艺困难三层结构PE和钢管粘结力高，机械物理性能好，耐化学介质浸泡、绝缘电阻高、修补便利。预制工艺困难、造价较高，补口质量达不到三层结构PE的质量要求煤焦油瓷漆防腐性能好、耐化学介质浸泡，不怕植物根扎，修补便利绝缘电阻不高、机械性能差，低温发脆、易污染环境、修理工作量大聚乙烯胶带易于机械化施工、绝缘电阻较高机械性能较差、不耐机械损伤

24、石油沥青造价低，施工技术成熟，修补便利绝缘电阻不高，机械性能差，不耐细菌侵蚀、植物根系易穿入、运用寿命不长、维护工作量大、易污染环境。环氧煤沥青具有环氧树脂优良的物理、化学性能和煤焦油沥青优良的耐水、抗生物性能。双组分，施工质量不易保证。二层挤塑聚乙烯机械性能好，化学稳定性高、绝缘电阻高，抗人为损坏和运输损伤实力强，易于修补，价格较便宜。一旦粘结剂和钢管表面脱落，脱落处又破损，电介质从破损处浸入，易造成夹缝腐蚀。双层熔结环氧和钢管粘结力高，机械物理能性好，耐化学介质浸泡，绝缘电阻高，现场补口、补伤，可保证和管线涂层的一样弯曲性较差，价格高考虑XX县夏季雨量比较足够，土壤湿度较大，土壤电阻率较低

25、，腐蚀性较强，管道必需选择性能好、寿命长的外防腐层。依据以上防腐层的性能比较，并结合实际应用阅历，钢制燃气管道防腐采纳三层结构聚乙烯防腐层，防腐等级采纳特加强级。穿路套管等进行密封绝缘处理。管道弯头及补口采纳无溶剂环氧涂料加热收缩套防腐。防腐主要工程量见表3.2-2。防腐主要工程量表 表3.2-2序号名称单位数量备注13PE特加强级防腐Km22热收缩套补口个167按12m管计2）阴极爱护采纳涂层爱护埋地敷设的钢质燃气干管同时采纳阴极爱护，以确保埋地钢质管道的运用寿命。市区外埋地敷设的燃气干管，当采纳阴极爱护时，宜采纳强制电流方式，由于本项目管道长度较短，本工程采纳牺牲阳极爱护，其设计应符合国家现行标准埋地钢质