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          管道研究

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          油氣管道線路設計和管道運營保護

          來源:《管道保護》雜志 作者:史航 時間:2018-7-6 閱讀:

          史航

          中國石油管道公司副總工程師

          管道線路走向對管道工程來說,是做好項目的重要基礎,它賦予管道整個壽命期最基礎的條件,確定了沿線經過的區域自然條件、地形、地質條件、高程及穿過河流、鐵路公路、敏感點等等,決定了管道工程量的大小、輸送條件的優劣、施工難易程度及管理維護難易程度。因此,線路設計對管道的運營保護至關重要。

          1  引言

          管道線路設計包括路由選線、管道敷設方案、選材計算、施工技術要求等,其中敷設方案包括穿越、跨越工程設計和防護工程設計,管道線路設計直接確定了施工條件和投產運營條件。管道線路經過各類自然和社會條件,其保護條件差異很大,因此管道線路設計不但要符合法規和規范要求,而且重點要使各段管道處于無干擾或干擾最小、可獲得良好保護的狀態。這個理念應貫穿設計的各個階段,直到施工、投產。

          2  管道選線與周邊建構筑物距離和管道保護的關系

          2.1 線路工程的復雜性

          長輸管道線路工程要適應各種自然條件和社會條件:

          自然條件:地理環境、地形、地質、水文、氣象、生物等;

          社會條件:法律、社會、風俗、經濟、基礎設施(工業、交通、電力、水源、通信),

          區域的限制條件(環境、軍事、城市方面的敏感區域);

          管道項目本身的條件:線路長度、管徑、壁厚、材料、工期和投資因素等。

          不同的管道項目和上述所有不同因素的組合,構成了線路工程的極端復雜性,與管道站場有很大不同。

          2.2 管道選線的重要性

          管道線路走向對管道工程來說,是做好項目的重要基礎,它賦予管道整個壽命期最基礎的條件,確定了沿線經過的區域自然條件、地形、地質條件、高程及穿過河流、鐵路公路、敏感點等等,決定了管道工程量的大小、輸送條件的優劣、施工難易程度及管理維護難易程度。因此,線路設計對管道工程影響包括項目的安全、技術和建設條件的可行性、工程的經濟性等,對管道的運營保護至關重要。

          2.3 設計規范中有關距離要求的規定

          新版《輸油管道工程設計規范》(GB50253-2014)和新版《輸氣管道工程設計規范》(GB50251-2015)關于管道與建筑物、居民區、工廠的距離要求,與舊版規范有所不同,成為各方關注的焦點。

          新版《輸油管道工程設計規范》4.1.6條規定:埋地輸油管道同地面建(構)筑物的最小間距應符合下列規定:1  原油、成品油管道與城鎮居民點或重要公共建筑的距離不應小于5m;2  原油、成品油管道臨近飛機場、海(河)港碼頭、大中型水庫和水工建(構)筑物敷設時,間距不宜小于20m。

          新版《輸氣管道工程設計規范》4.1.1條第10款規定:埋地管道與建(構)筑物的間距應滿足施工和運行管理需求,且管道中心線與建筑物的最小距離不應小于5m。

          2.4 管道周圍距離限制與安全的關系

          舊版《輸油管道工程設計規范》(GB50253-2006)規定:原油、C5及C5以上成品油管道與城鎮居民點或重要公共建筑的距離不宜小于15m,因受條件限制采取有效措施后也不宜小于8m。

          舊版《輸氣管道工程設計規范》(GB50251-2003)沒有規定輸氣管道與建筑物的距離。

          對此,多年來的一個疑問是:為什么輸油管道有距離要求,輸氣管道反而沒有距離要求?

          20 世紀70 年代中期,我國相關規范制定時參照了美國國家標準ASME系列(ASEM B31.4、 ASME B31.8)規范 “以強度保證安全”的理念。其原則是:嚴格控制管道及其構件的強度和嚴密性,并貫穿從管道設計、管材冶金、制管、設備材料選用、施工、檢驗、運行、維護到更新改造的全過程(即管道全生命周期的完整性管理),用控制管道的強度和結構安全來確保管道系統的安全,從而為管道周圍公眾、建(構)筑物及其他設施提供安全保證。目前歐美各國多采用這種設防原則。按照此原則,管道設計采取的主要安全措施,是隨著公共活動的增加而降低管道應力水平,即增加管道壁厚,以強度確保管道自身的安全。世界上只有俄羅斯和一些獨聯體國家采用“以距離保障安全”的原則,雖對管道系統強度有一定要求,但主要是控制管道與周圍建(構)筑物的距離,以此對周圍建(構)筑物提供安全保證。

          我國采用類同北美地區的“以強度保證安全”的理念是合理的,因為油氣管道是易燃易爆的油氣產品輸送設施,油氣介質不像明火設備、高壓電線等本身對附近人群產生危險,只要管道自身的安全能夠保證,既管道不受到破壞,它對管道周圍公眾、建(構)筑物及其他設施是很安全的。如同鐵路列車和公路汽車運載各類易燃易爆、有毒的危險物品,只要運載車輛和容器安全,就不會對道路上其他車輛和周圍設施形成威脅。但油氣管道和危險品車輛都存在一定危險性,需要從提高自身安全、防止外力破壞兩方面保障正常運行。

          基于我國人口眾多、各類設施密集的實際情況,油氣管道與周圍設施保持較遠的距離是不現實的,如果要求的距離過大,許多地區管道將無法建設通過。但油氣管道作為能源通道必須建設。對于舊版規范規定輸油管道兩側15m的距離要求,在實際中是很難執行的。例如原石油天然氣管道保護條例規定“管道兩側50m范圍內不能修建大型建筑”,在執行中遇到了很大阻力。管道保護法則僅限制了管道兩側5m之內危害管道的活動。

          新版輸油、輸氣管道工程設計規范在距離要求方面做了大量的分析研究工作。新版規范的修改,充分考慮了管道的安全,發揮了埋地管道對地面設施干擾小、受其影響小的優點,又兼顧了管道安全保護的需要,將輸油、輸氣管道與周邊建筑物的距離嚴格限制在5m以外,這樣,輸油和輸氣管道與周圍距離要求不一致的問題也解決了,同時與管道保護法的規定也一致了。

          3  線路設計中應考慮的管道保護問題

          3.1 管道設計與管道安全保護的關系

          管道設計與管道安全保護的關系主要體現在以下方面:

          (1)設計中,管道安全是最重要的原則,要保證所設計管道的安全,就要使管道在正常工況下能夠得到保護、正常運行;對特殊工況有應急預案,特殊工況下能夠檢測、發現危險,并預計危害程度,有預防災害、風險的措施。

          (2)工程設計,能保證工程達到完善而良好的運行功能,能對建設活動起到良好的指導,從而提高施工、投運的質量,以保證管道的本質安全。另一方面,應對管道在各種條件下的保護有充分的考慮,對各種風險因素有應對和避險措施,從而對運營維護起到良好的保障作用。

          (3)管道工程運營期一般在30年或更長的時間,時刻都需要進行管道保護,設計人員對管道保護的重要性和長期性要有概念上的理解。

          (4)設計偏重于對新建工程、改擴建工程的考慮,對運營中的各種工況掌握不夠清楚。管道保護含有對于自然影響因素的保護,但重點還是對人為因素造成影響的保護,管道設計單位應加強與運營單位合作,通過對各種風險案例分析,在設計中采取針對性技術措施,使管道具有抗風險的能力,具備保護的條件。

          3.2 管道選線

          在設計前期盡量選擇優良線路、選好站場和閥室位置,對提升管道保護水平,實現管道安全、平穩運行極為重要。

          3.2.1 選線的要點

          設計文件中列出的選線原則大多為規范要求,歸納起來主要是:

          (1)滿足合規性;

          (2)使線路位于安全穩定、容易保護的位置;

          (3)人為因素方面;

          (4)與公路、鐵路、高壓線、河堤、水渠等保持合理距離;

          (5)盡量避開礦區;

          (6)不同管道項目特點選線方式不同;

          (7)選線設計的方法。

          選線設計主要靠經驗和資料掌握的多少及詳細程度,要認真調研、踏勘,從多方案中優選。關鍵要考慮管道的長期運營安全,注重管道保護的實際需要。

          3.2.2 設計與各項評價充分結合

          做好工程項目的各項評價和土地預審工作,滿足建設程序要求。做好了各項評價,設計方案中落實評價結論,不遺留問題,才能給今后的管道保護提供良好條件。

          需要注意的是,評價由專門的、有資質的單位進行,評價單位對設計、工程建設和運營不一定精通,因此要求設計單位與評價單位充分溝通、結合,及時通知因勘察資料變化、地方要求變化、設計輸入條件調整等造成的設計方案變化,使評價的線路、站場、穿跨越等與管道的實際條件相符。應堅決避免等到評價結束、評審通過后才發現設計無法解決的問題。

          3.3 線路定線及敷設方案

          3.3.1 線路定線關注管道的保護

          定線是選線方案的細化,具體線路走線落實在沿線的樁位上,一般在初步設計階段進行。設計的重點如下:

          (1)總體線路要順暢,地形和地質條件較好,能夠避開主要地質災害區域;

          (2)線路避開關鍵的敏感點,一般敏感點通過得到評價認可且獲得地方主管部門批復,不留疑點;

          (3)管道沿線道路條件較好,便于保護;

          (4)沿線的三穿工程位置較好,便于施工和維護。比如在平坦的低路基地段穿越高速公路,在鐵路的陸地橋梁下穿越鐵路,在順直的河段大角度穿越河流等;

          (5)管道與村莊、建筑物保持一定距離,尤其是遠離學校、醫院、人群密集場所;

          (6)盡量不拆遷房屋,不經過墳地、林地、大棚、魚塘、水庫等;減少“插縫”穿過村莊和居民區;山區大口徑管道可采用隧道避開高山、繞行的山谷、大型地質災害地段;河岸邊管線不能順岸邊敷設;

          (7)地形復雜地段管道可選擇穩定的山梁、溝谷,平面上可多轉彎,繞開一些深谷、山梁;

          (8)黃土地區線路盡量順著穩定的塬、寬闊的梁或谷地,找準穩定的沖溝穿越位置,并處理好腰峴穿越;

          (9)經濟發達地區一般是按著城市規劃部門同意的線路,遠離地下管涵,地形起伏的丘陵區將來可能做規劃區的,需要注意深挖、高填對管道的不利影響,盡量避開;

          (10)管線可沿著一些管廊、道路兩側保護區等敷設;

          (11)沿線其他應注意的問題,應注意上述所講的區域、介質、管徑、并行或管網等各種因素。

          3.3.2 線路敷設方案關注管道的保護

          (1)管線埋深不能太淺,一般不應小于1.2米,除非臺階地的根部,管道盡量不按規范上的“最小埋深”;

          (2)原油、成品油管道更要考慮深埋一些,深埋一是受地面載荷影響小,另外主要是防止打孔盜油;

          (3)減少跨越,多做穿越;穿越段埋深盡量加大;

          (4)非障礙物下方,能一般埋設的就不用定向鉆。定向鉆用于確實不能開挖埋設通過的地段;

          (5)車輛通過管道上方的小路應加混凝土蓋板;

          (6)埋設警示帶;

          (7)人口密集區加密地面標識,多設警示牌等。

          3.4 閥室定位

          在相鄰站場之間,根據地區等級、穿跨越等因素確定閥室數量;閥室間距不要緊卡規范邊緣,但也不推薦多設閥室。

          輸氣管道靠近潛在用戶的,考慮改設分輸站的可能。

          4  運營管理單位應關注設計中的管道保護問題

          目前國內建設模式主要實行工程項目建管分離,地區公司負責前期核準、地方批復的溝通協調,工程核準之后的實施階段,也有建設業主和運營業主不同的模式。運營業主才是管道保護的主要承擔者。所以,從管道設計階段開始,運營業主就要關注設計方案是否有利于管道的保護,對設計中管道保護內容予以審查,提出意見建議,并與建設方一起完善設計,達到各方滿意。審查的重點如下:

          4.1 可研階段的審查要點

          (1)總體線路走向,使之有利于管道的維護管理;

          (2)站場位置,有人值守的站場既不能在城市規劃區內(與地方燃氣合建站除外),也不要離開城市太遠,應靠近道路、交通方便,地形、地質、土地類別、周圍環境都要有利于站場的保護;站場面積、可擴展性也要關注;

          (3)協調、做好可研階段的各項評價、土地預審工作;

          (4)關注重要的難點段、大型穿跨越方案,設計方案要有利于管道安全,避開敏感位置、難以施工和維護的區段,便于后期管道維護和保護;

          (5)關注設計、評價、核準的進展,定期組織各方會議,詳細匯報,良好溝通。

          運營管理單位的責任不僅僅是協調地方關系,等待竣工驗收,還應密切關注各種與管道運營、保護有關的設計方案,關注項目環境的變化。

          4.2 初步階段的審查要點

          (1)線路各段走向合理,敏感區處理合理,保護措施落實;

          (2)站場選址及保護方案合理;

          (3)建設程序、設計方案依法合規,各項評價結論得到落實;

          (4)敷設方案風險因素考慮全面,各段管道均能獲得保護;

          (5)閥室、陰保站布置合理,保護方案合適;

          (6)穿跨越方案合理,施工無風險,質量能保證;

          (7)水工保護、水土保持、地質災害處理措施合理,工程量足夠;

          (8)工程經濟評價合理,概算滿足,管道保護投資落實;

          (9)設計文件齊全、質量符合集團公司規定要求。

          5  結語

          (1)現行的國家、行業技術標準(規范)中主要是對設計提出要求,為的是保證工程安全、保證質量、達到平穩運行、環保、技術經濟合理的目的。

          (2)管道在規劃、設計、建設過程中和建成后,都要以“設計方案能夠使管道獲得良好保護條件”為原則;同時,設計還需對施工、建設和運營單位提出管道保護的要求,以實現設計意圖、保證工程建設質量。

          (3)負責運行的上級機關、各運營公司切實關注設計,及時溝通,反饋意見,共同做好設計中的管道保護工作。

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