【正文】 術(shù)突飛猛進(jìn) ， 電子計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展和推廣使用 ，新材料、新設(shè)備、新工藝的開發(fā)與更新?lián)Q代，把世界油氣管道工業(yè)推進(jìn)到了人們喻之為 “ 新的技術(shù)革命 ” 的時(shí)代。高級(jí)鋼減少了鋼材消耗，降低了材料費(fèi)用。 蘇聯(lián)至 1987年，輸氣管道的平均長度已近 2020km，天 然氣的平均運(yùn)距猛增： 1990年是 10年前的 ， 20年前的 3倍， 30年前的 。第二，可以大量節(jié)約投資和鋼材消耗。 前蘇聯(lián)是大口徑天然氣長輸管道最多的國家。海底輸氣管道的設(shè)計(jì)壓力一般較高，如阿 — 意輸氣管道橫穿西西里海峽段的設(shè)計(jì)壓力為 15MPa，而發(fā)生事故時(shí)壓氣站的出口壓力可高達(dá) 。內(nèi)涂層費(fèi)用僅為 FBE涂層的 1/6~1/3。 現(xiàn)代輸氣管道自動(dòng)化管理多采用 SCADA系統(tǒng)。 (7) 提高鋼級(jí) 隨著冶金技術(shù)，特別是鐵水預(yù)處理 、 爐外精煉 、 控軋控冷等技術(shù)的發(fā)展，降低成本 、 高強(qiáng)度 、 高韌性管線鋼技術(shù)已經(jīng)成熟。 當(dāng)今世界上已先后形成了一些洲際的、國際的、全國性的和地區(qū)性的大型輸氣管網(wǎng)。 ② 歐洲輸氣管網(wǎng) 整個(gè)歐洲是當(dāng)今世界上輸氣管道密度最大的地區(qū)。 1993年，北美商品氣產(chǎn)量為 108m3，天然氣干線管道達(dá)到 50多萬 千米 ，這些管網(wǎng)將北美的主要產(chǎn)氣區(qū)（如加拿大西部、墨西哥灣的海上部分、陸地上的得克薩斯、路易斯安那及俄克拉何馬州）與美國、加拿大和墨西哥的約 8500萬個(gè)天然氣用戶連接起來，并向這些用戶供氣。 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 天然氣長輸管線的組成與功能 長輸管線的任務(wù)就是根據(jù)用戶的需求把經(jīng)凈化處理的符合管輸氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的天然氣送到城市或大型工業(yè)用戶，它必須具備 ： (1) 計(jì)量功能。 (3) 接收和分輸功能。 (5) 調(diào)壓功能。壓縮機(jī)、流量計(jì)、調(diào)壓器這些設(shè)備是不允許氣體內(nèi)有雜質(zhì)的，所以一般長輸管道都要定期清管。它的組成大致可分為 ： 管道本身 （ 包括 干 線和支線 ） 、站場(chǎng)以及通信調(diào)度自控系 統(tǒng)三部分。 通信系統(tǒng)承擔(dān)全線的通信聯(lián)絡(luò)、行政 、 生產(chǎn)調(diào)度和提供自控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，目前重要的輸氣干線都有固定和移動(dòng)兩套通信系統(tǒng)，電線路 。主要流程是： ① 接受氣體處理廠來氣 ， 經(jīng)檢測(cè)、分離、計(jì)量 升 壓后輸出； ② 發(fā)送清管器； ③ 事故狀況及維修等 放 空和排污。 ① 壓氣站 它是設(shè)在輸氣管 道沿線的站，用壓縮機(jī)對(duì)管輸氣體增壓。一般具有分離、調(diào)壓、計(jì)量、清管器收發(fā)、配氣等的功能。 輸氣站的主要功能 (1) 分離 為了保證進(jìn)入輸氣管道氣體的氣質(zhì)要求，在一些站場(chǎng)設(shè)置分離裝置，分離其中攜帶的干粉塵，其除塵設(shè)備都采用旋風(fēng)分離器、多管除塵器、過濾除塵器等。為此，應(yīng)于管線投產(chǎn)前和運(yùn)行過程中加以清除。 ○Ⅱ 快速開關(guān)盲板 快速開關(guān)盲板上應(yīng)有防自松安全裝置。 ○Ⅱ 調(diào) 壓裝置應(yīng)設(shè)置在氣源來氣壓力不穩(wěn)定且需要控制進(jìn)站壓力的 管線上、分輸器和配氣管線上以及需要對(duì)氣體流量進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)的計(jì)量裝置之前的管段上。 ○Ⅲ 測(cè)量天然氣體積流量的流量計(jì)有壓差式和容積式流量計(jì)兩類。 天然氣長輸管線的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì) 由于天然氣資源潛力巨大，在能源結(jié)構(gòu)中的比重不斷增加，因此天然氣管輸技術(shù)西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 水平也得到迅速提高，各種 新技術(shù)新材料廣泛應(yīng)用，使得超大輸量、超長距離的天然氣跨國輸送得以實(shí)現(xiàn)。目前我國在管線用鋼上大都采用美國 API5L標(biāo)準(zhǔn) X系列管材，最高強(qiáng)度為 X80。最初在長輸管線上使用的有往復(fù)式和離心式兩種壓縮機(jī)，由于燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的發(fā)展，單臺(tái)容量小、笨重的活塞壓縮機(jī)組已經(jīng)被燃?xì)廨啓C(jī)、離心式壓縮機(jī)組代替。由于制造工藝水平的提高和結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)，現(xiàn)在使用的調(diào)壓閥調(diào)壓范圍寬，能從幾兆帕一次調(diào)壓到零點(diǎn)幾兆帕 ； 結(jié)構(gòu) 也 由原來的薄膜式發(fā)展到曲流式等多種型式。為了克服孔板流量計(jì)計(jì)量精度受流量波動(dòng)影響 （ 流量小于設(shè)計(jì)值的 30%時(shí)計(jì)量誤差會(huì)增大，無法滿足商業(yè)計(jì)量要求 ） 、量程范圍窄、精度低等缺點(diǎn)，目前巳開發(fā) 安裝使用渦輪流量計(jì)和超聲波流量計(jì)，它們量程范圍寬、精度高 （ 最高可達(dá) ） 而且很容易和計(jì)算機(jī)終端 （ RTU） 相連實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 (3) 先進(jìn)的通信及自控系統(tǒng) 目前的長輸管線己經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)以計(jì)算機(jī)為中心的全自動(dòng)無人操作和管理，調(diào)度監(jiān)控 中心可以對(duì)全線任何站點(diǎn)下達(dá)調(diào)控指令，這就是 SCADA系統(tǒng)。 (4) 管道施工安裝技術(shù)的發(fā)展 長輸管道本身的投資占整個(gè)工程總投資的 50%以上，因此確保管道的焊接質(zhì)量至關(guān)重要，以前都是手工焊，不但工作量大、工人工作條件艱苦而且也很難保證焊接質(zhì)量。原來穿越都是大開挖，尤其是大型河流水下管溝成型困難、管線就位不易而且施工周期長影響航運(yùn)，施工質(zhì)量也無法保證。 長輸管線的一個(gè)特點(diǎn)是各站場(chǎng)規(guī)模、功能大體相同，采用模塊化組撬技術(shù)，變現(xiàn)場(chǎng)安裝為工廠預(yù)制。通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)獲得各種信息數(shù)據(jù)，就連與外單位 的聯(lián)絡(luò)、發(fā)送各種設(shè)計(jì)工作文件也在個(gè)人電腦上就可完成。 (2) 沿線自然條件即地形地貌、交通條件、水電供應(yīng)以及水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、氣象資料和沿線城市發(fā)展規(guī) 劃、工業(yè)發(fā)展布局 。 根據(jù)輸送能力和起源壓力，用戶要求壓力來解決輸送方式即是否需要加壓的問題。 根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)一般距離在 500~600km以內(nèi)可不加壓輸送。在沙漠鋪設(shè)的管線考慮到建站困難可適當(dāng)加大壓比 來 增 大 站間距。 在決定各站的工藝流程時(shí)，應(yīng)盡量使流程簡單以減小壓力損失，確保安全輸氣并能及時(shí) 地處理事故及進(jìn)行變工況運(yùn)行。分輸站 （ 或接收站 ） 要考慮支線長短，壓氣站和清管站具體站址可設(shè)在一定范圍內(nèi)，根據(jù)地形、地質(zhì)條件前后有所調(diào)整。 (2) 所有站場(chǎng)的出口壓力不應(yīng)超過 干 線的設(shè)計(jì)壓力，如果干線為非等壓設(shè)計(jì)，則各站場(chǎng)的出口壓力不應(yīng)超過其下游管段的最高允許壓力。因此我們不但要確定壓氣站的額定工作參數(shù)，而且要確定壓氣站變工況運(yùn)行時(shí)參數(shù)的變化范圍。 ③ 站內(nèi)管道管徑的選擇應(yīng)使氣體流速小于 20m/s，整個(gè)站內(nèi)管路的壓力損失盡量控制在 。 ⑦ 根據(jù)流程和功能分區(qū)塊布置，把功能相同的設(shè)備布置在一起成為一個(gè)裝置區(qū)，裝置區(qū)之間的連接管線可埋地敷設(shè)以便于行車及消防道路布置。 壓縮機(jī)房設(shè)計(jì)說明 壓縮機(jī)臺(tái)數(shù) 的 選擇和安裝 在決定壓縮機(jī)臺(tái)數(shù)時(shí)應(yīng)考慮兩個(gè)問題，一是備用系數(shù)，二是工況變化范圍。 相鄰兩臺(tái)壓縮機(jī)之間突出部分的凈距離應(yīng)能滿足安放壓縮機(jī)可拆卸的最大部件及檢修場(chǎng)地的要求，或能滿足更換整臺(tái)壓縮機(jī)時(shí)停放一臺(tái)機(jī)組場(chǎng)地的要求，相鄰壓縮機(jī)的最小凈距和距墻的凈距不應(yīng)小于 。 (2) 廠房跨度 應(yīng)能滿足檢修的需要，考慮壓縮機(jī)最大抽芯位置，再預(yù)留 。 (3) 線路選擇宜避開多年生經(jīng)濟(jì)作物區(qū)和重要的農(nóng)田基本建設(shè)設(shè)施。 沿線自然條件狀況 (1) 沿線工程地形、地貌、地質(zhì)概況 管道沿線地形較為 起伏 ，相對(duì)高差 大 于 200 米。 沿線地區(qū)等級(jí)劃分 地區(qū)等級(jí)劃分按《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（ GB50251）的規(guī)定，可劃分為四個(gè)等級(jí)： (1) 一級(jí)地區(qū) 供人居住的建筑物內(nèi)的數(shù)戶在 15 戶或以下的區(qū)段。 管道跨越工程 輸氣管線線路需要通過天然或人工障礙時(shí)，根據(jù)自然條件和經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，可選擇穿越或跨越方式通過。因?yàn)樵诤恿鞯闹本€部分，水流對(duì)河床及河岸沖刷較少；水流流向比較穩(wěn)定，跨越工程的墩臺(tái)基礎(chǔ)受漂流物的撞擊機(jī)會(huì)較少。 ⑤ 跨越工程的墩臺(tái)基礎(chǔ)應(yīng)在巖層 穩(wěn)定，無風(fēng)化、錯(cuò)動(dòng)、破碎的地質(zhì)良好地段。 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 (2) 跨越結(jié)構(gòu)形式的選擇 ① 管道需跨越的小型河流、渠道、溪溝等其寬度在管道允許跨度范圍之內(nèi)時(shí)，應(yīng)首先采用直管及支架結(jié)構(gòu)。 ③ 跨越較小且常年水位變化不大的中型河流一般可選用托架、桁架或支架等幾種跨越結(jié)構(gòu)。在下弦兩端與管道連接處設(shè)置調(diào)整設(shè)施，可使其達(dá)到所要求的預(yù)期拱高。桁架腹桿為簡單的鈍三角體系。 ④ 跨度較大的中型河流及某些大型河流其兩岸基巖埋深較淺，河谷狹窄的可首先采用拱型跨越。組合拱其主要特點(diǎn)是充分利用空間體系的組合截面的截面特性，同單管拱相比，用同樣的管材來達(dá)到更大的跨度和剛度要求。柔性懸索管橋是采用拋物線形主纜索懸掛于塔架上，并繞過塔頂在兩岸錨固，輸氣管道用不等長的吊桿 （ 吊索 ） 掛于主纜索上，輸氣管道受力簡單，適合于大口徑管道的跨越。由于選用小矢高而增大纜索的水平拉力，因此相應(yīng)提高了西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 懸纜管橋結(jié)構(gòu)的自。塔架下部為鉸支座，當(dāng)管橋因溫差而引起膨脹收縮時(shí)。管拱施工時(shí)，要求有一個(gè)較為平整的施工場(chǎng)地，安裝時(shí)多來用索道整體吊裝，因此施工、安裝技術(shù)要求高。 管拱充分利用管道本身強(qiáng)度，用鋼量一般較小。由于桁架側(cè) 向穩(wěn)定性好，更適宜于山區(qū)常年風(fēng)速較大的河流跨越。 桁 架結(jié)構(gòu)主要用兩片桁架斜交組成斷面為正三角形的空腹梁空間體系，并且利用輸氣管道作為桁架上弦，其 它 桿件多選用角鋼，下弦兩端來用滑動(dòng)支座，因此結(jié)構(gòu)的整體剛度大，穩(wěn)定性好。托架結(jié)構(gòu)充分利用輸氣管道截面剛度大的特點(diǎn)，由管道組成受壓的托架上弦，用受拉性能良好的高強(qiáng)度鋼絲繩作為托 架的下弦。 ② 較小，河床較淺，河床工程地質(zhì)狀況較為良好，常年水位與洪水位相差較大的河流可優(yōu)先采用吊架式管橋。 ⑥ 跨越點(diǎn)附近不應(yīng)有稠密的居民點(diǎn)。 ③ 跨越點(diǎn)應(yīng)選在河道寬度較小，遠(yuǎn)離上游壩閘及可能發(fā)生冰塞和筏運(yùn)阻 塞 的地段。但是當(dāng)遇到山谷性河流、峽谷，兩岸陡峭、河漫 灘 窄小，河水流速大，河床穩(wěn)定性差 ； 平原性河流淤積物太厚、河床變化劇烈 ； 或小型人工溝渠，鐵路公路不適宜穿越通過的地段，可采用跨越方式通過。 (3) 三級(jí)地區(qū) 供人居住的建筑物內(nèi)的數(shù)戶在 100 戶或以上的區(qū)段。 (2) 氣候條件 管線所經(jīng)地區(qū)屬 溫帶向亞熱帶的過渡性 氣候， 氣候溫和，四季分明，季風(fēng)顯著，雨量充沛，降水集中，冬冷夏熱 。 (5) 線路應(yīng)順直、平緩，盡量減少與天然和人工障礙物的交叉。 (2) 大中型河流穿（跨）越工程和壓氣 站 位置的選擇，應(yīng)服從線路總走向。 壓縮機(jī)廠房的型式 本工程采用封閉式廠房，對(duì)機(jī)器設(shè)備的保護(hù) 較好，但廠房的基建投資較高， 故 需有通風(fēng)防暴設(shè)施。因此，一般認(rèn)為備用系數(shù)在 20%~30%較為經(jīng)濟(jì)。 ⑨ 壓縮機(jī)廠房的布置 ： 壓縮機(jī)在廠房內(nèi)一般為單排布置，當(dāng) 臺(tái) 數(shù)太多 （ 五臺(tái)以上 ） ，單排布置使廠房太長，不便巡回檢查和操作時(shí)，也可雙排布置，中間留出足夠的檢修空間 [7]。 ⑤ 壓氣站的流程應(yīng)能適應(yīng)機(jī)組停車、啟動(dòng)、調(diào)節(jié)的需要，并使整個(gè)過程操作簡單可靠，不影響其他機(jī)組的運(yùn)行。應(yīng)盡量縮短管道長度，避免倒流，減少交叉。 ② 最末一個(gè)壓氣站在最大流量下的出口壓力應(yīng)使管道末 段 壓力高于城市門站所要求的最 低壓力。 地形條件 ： 所選站址應(yīng)地形開闊，地勢(shì)平緩，有良好的放空排污條件，土石方工程量小。 站場(chǎng)工藝 設(shè) 計(jì) (1) 站址選擇 位置選擇 ： 所有站場(chǎng)位置必須服從管道的總走向，并考慮交通、水電供應(yīng)、通信、生活便利。清管站的位置一般考慮要方便清管作業(yè)。 (2) 決定管徑和壓氣站的站間距和壓比 通過上 面的輸送方案比較后就可以決定管徑和壁厚，選擇管材，如果是加壓輸送還必須選擇合理的壓比和站間距。這樣就需要我們?cè)诠軓胶洼敋鈮毫ζ椒讲顑烧哌M(jìn)行合理的選擇并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較。以上資料的取得靠大量的調(diào)研和對(duì)線路走向的勘探，對(duì)不同的走向方案進(jìn)行比較以選擇最佳的路 徑 。 天然氣長輸管線的工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容要求 天然氣長輸管線的工藝設(shè)計(jì)就是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書給定的輸送量和輸送距離經(jīng)工藝計(jì)算及多方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較尋找到一個(gè)最佳的方案。 (5) 高新技術(shù)在管線勘測(cè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 在線路的勘測(cè)上已廣泛使用衛(wèi)星定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng) （ GIS） 和航天遙感技術(shù)，使選出的線路更合理，節(jié)約大量的時(shí)間和人力。為了解決這一難題，上世紀(jì) 80年代我國引進(jìn)了定向鉆技術(shù)，現(xiàn)已廣泛使用。 線路施工的另一個(gè)難點(diǎn)是障礙穿越。與此相適應(yīng)管線通信系統(tǒng)大都采用光纜和衛(wèi)星通信系統(tǒng)，通信系統(tǒng)不但要承擔(dān)話音 通 信、行政生產(chǎn)調(diào)度管理還要給自控系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)傳輸通道。輸氣 干 線上因?yàn)橐ㄇ骞芷魅坎捎们蜷y，多為氣液聯(lián)動(dòng)球閥。 流量計(jì)量己經(jīng)由法蘭改進(jìn)為采用孔板閥。這種機(jī)組的熱效率有了很大提高，使用這種機(jī)型的效益更加明顯。 . (2) 工藝設(shè)備制造技術(shù)的發(fā)展 長輸管線的主要工藝設(shè)備有增壓、調(diào)壓設(shè)備、流量計(jì)量設(shè)備及各種閥門等。由于冶金技術(shù)的發(fā)展，大口徑的直縫埋弧焊鋼 管 得到普遍應(yīng)用，原蘇聯(lián)己經(jīng)制造了 DN1420mm的管子。 從上面的比較中我們可以用大口徑、長距離、高壓力、 大 輸量來概括長輸管道的特點(diǎn)，以將建成的西氣東輸工程為例 ： 它從新疆輪南至東海邊上海市全長 3900多 千米 ，管徑 1016mm，最高輸送壓力 l0MPa， 年 設(shè)計(jì)輸量 120億 m3/a，約相當(dāng)我國目前天然氣總產(chǎn)量的 40~50%，是名副其實(shí)的能源運(yùn)輸大動(dòng)脈。這些氣量是交接業(yè)務(wù)和進(jìn)行整個(gè)輸氣系統(tǒng)控制和調(diào)節(jié)的依據(jù)。 (3) 調(diào)壓計(jì)量 ① 調(diào)壓 ○Ⅰ 輸入和輸出支線與干線的連接點(diǎn)應(yīng)保持穩(wěn)定的輸入和輸出壓力，并規(guī)定其波動(dòng)范圍以利于對(duì)支線和干線輸送過程的控制。 ○Ⅰ 收發(fā)筒 其筒徑直徑一般比主管大 1~2 倍，以便清管器的放入和取出。在設(shè)計(jì)分離器的通過量的臺(tái)數(shù)時(shí)，應(yīng)按分離器的最小處理能力來計(jì)算設(shè)計(jì)安排，以保證當(dāng)一臺(tái)分離器檢修時(shí)余下的分離器的最