【導(dǎo)讀】最經(jīng)濟(jì)、有效的方法之一，它是天然氣走向市場(chǎng)、加速能源消費(fèi)的重要手段與環(huán)節(jié)。而提到天然氣的管道運(yùn)輸就不得不提到我國的“西氣東輸”工程。資源大多在西部地區(qū)，而天然氣消費(fèi)市場(chǎng)主要在東部地區(qū)。多、輸氣量最大、施工條件最復(fù)雜的天然氣管道。實(shí)施西氣東輸工程，有利于促進(jìn)我。道沿線地區(qū)人民生活質(zhì)量，有效治理大氣污染。這一項(xiàng)目的實(shí)施，為西部大開發(fā)、將。有重大的戰(zhàn)略意義。管道建設(shè)要重視天然氣市場(chǎng)的開拓，以避免由于市場(chǎng)發(fā)育不足，使管道在長時(shí)間。內(nèi)以低負(fù)荷運(yùn)行，影響管道效益。黃河三角洲部分區(qū)域開始推廣使用。田有少量的氣供給菏澤市的個(gè)別縣區(qū)。勝利油田年產(chǎn)天然氣約9億立方米，有近3. 產(chǎn)自銷滿足生產(chǎn)需要和當(dāng)?shù)鼐用裆钣脷鉃橹鳌Ｊ蟹e極開辦燃?xì)鈽I(yè)務(wù)，全省天然氣利用發(fā)展迅速。截至2020年底，全省已建成天然。該管線起始于河北省滄州市，途經(jīng)河。目前管道由中國石油天然氣股份有限公司與山東石油天然氣股份有限公司雙方共

　　

【正文】 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。目前管道設(shè)計(jì)工作基本上都在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，使用各種軟件包進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)計(jì)算，計(jì)算機(jī)繪圖。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。完全進(jìn)入計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)時(shí)代 [15]。 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。在設(shè)計(jì)前必須收集到足夠的資料，這些資料包括 ： (1) 氣源情況即氣源的地理位置、規(guī)模、組分、壓力以及近期、遠(yuǎn)期規(guī)劃，還需了解沿線附近石油天然氣資源勘探情況。 (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 。 (3) 沿線城市主要供氣對(duì)象的氣量、氣質(zhì)、壓力及其波動(dòng)范圍的要求以及城市用氣發(fā)展規(guī)劃、有無補(bǔ)充氣源或事故氣源調(diào)峰手段等。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 。 長輸管線的工藝設(shè)計(jì)通常包括以下內(nèi)容 ： (1) 決定管線的輸送能力和總工藝流程 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 在決定管道輸送能力時(shí)必須給今后發(fā)展留下足夠的余地，同時(shí)還必須考慮管道維修、事故處理對(duì)輸量的影響，同時(shí)也可以核算末段的儲(chǔ)氣能力。 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。 在輸量和壓氣站間距都已確定的情況下由水 力 計(jì)算公式可知管徑和輸氣壓力平方差存在反比的函數(shù)關(guān)系，管徑越大所需輸氣壓力平方差越小。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。加壓輸送要消耗大量能源并使整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)營管理復(fù)雜化，經(jīng)營費(fèi)用劇增，而為了降低輸 量 增大管徑所帶來的線路造價(jià)也隨之增加且管徑增加受到制管能力的限制 ， 因此要求兩者之間進(jìn)行詳細(xì)的比較后才能決定 。 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。氣源壓力低的宜在首站加壓。 (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。壓比的選擇和壓縮方式有關(guān)，通常在長輸管線上多選擇離心式壓縮機(jī)。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。 (3) 決定各種站場(chǎng)的布局、選址及站內(nèi)流程 除壓氣站外沿線還有分輸站、進(jìn)氣站、清管站等，分輸站和進(jìn)氣站應(yīng)盡量靠近用戶和氣源使支線最短。清管站的位置一般考慮要方便清管作業(yè)。盡可能把各種站和并建設(shè)，以節(jié)約投資和方便管理。 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。 (4) 選擇先進(jìn)適用的工藝設(shè)備 長輸管線上的主要工藝設(shè)備有：除塵凈化設(shè)備、調(diào)壓計(jì)量設(shè)備、清管設(shè)備、增壓設(shè)備以及氣體冷卻設(shè)備等 [16]。 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。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)在一定范圍活便利。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。 占地規(guī)模 ： 在滿足總圖布置的前提下 ，還應(yīng)考慮與其他周圍建筑物保持足夠的安全防火間距，并留有發(fā)展余地。 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。所選站址應(yīng)具有良好的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，避開可能發(fā)生泥石流，滑西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 坡等不良工程地質(zhì)地段和其他不宜建站的地方。 (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。 ① 壓氣站的出口溫度不允許超過下游管線最高允許溫度。 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。 當(dāng)一條管線因季節(jié)氣候等因素引起需求氣量波動(dòng)時(shí)，管道壓力隨之變化，壓氣站的進(jìn)出口參數(shù)也跟著變化。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) 根據(jù)輸 送 工藝要求決定流程和布置 ① 根據(jù)站 場(chǎng) 的功能按天然氣流向決定站內(nèi)流程和設(shè)備布置。應(yīng)盡量縮短管道長度，避免倒流，減少交叉。 ② 除正常運(yùn)行要求的功能外，各種站場(chǎng)都應(yīng)有越站旁通、安全泄放、排空檢修、壓力報(bào)警等功能。 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 。 ④ 各站的流程和布置都應(yīng)留有適當(dāng)?shù)臄U(kuò)建余地，在改擴(kuò)建時(shí)不影響原系統(tǒng)的運(yùn)行，不需改變?cè)苈返陌惭b。 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。 ⑥ 為減低壓縮機(jī)葉片的磨損，壓氣站應(yīng)設(shè)計(jì)為二級(jí)除塵流程，先進(jìn)行多管旋風(fēng)除塵再進(jìn)行過濾。 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。 ⑧ 各種站場(chǎng)的儀表值班室通常布置在單獨(dú)的建筑物內(nèi)。 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]。 對(duì)大型機(jī)組可雙層布置，一層為管道和輔助設(shè)備，二層為操作平臺(tái)和儀表控制柜。 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。一個(gè)壓縮機(jī)站運(yùn)行的機(jī)組越少，總功率越低，經(jīng)營費(fèi)用越省，但相應(yīng)的備用系數(shù)越大， 基建投資越高。因此，一般認(rèn)為備用系數(shù)在 20%~30%較為經(jīng)濟(jì)。 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 天然氣壓縮機(jī)在場(chǎng)房內(nèi)的布置安裝，應(yīng)根據(jù)機(jī)型、機(jī)組功率大小、外形尺寸、檢修方式等綜合考慮確定。 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 。 廠房的高度取決于壓縮機(jī)本身和起吊設(shè)備的高度，必須保證起吊物最低點(diǎn)距固定部件留有 500mm的距離。 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。 (1) 廠房高度 54321 250 hhhhhh ?????? （ 21） 式中 h —廠房高度 ， cm； 1h —地基高度 ， cm； 2h —設(shè)備 基礎(chǔ)到壓縮機(jī)軸線的高度 ， cm； 3h —壓縮機(jī)或驅(qū)動(dòng)機(jī)最大外殼半徑 ， cm； 4h —吊掛繩高度 ， cm； 5h —主、副吊鉤到吊車軌面的高度 ， cm。 (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 。 線路走向選擇原則 線路選擇的基本要求 (1) 線路走向應(yīng)結(jié)合地形、工程地質(zhì)、沿線主要進(jìn)、供氣點(diǎn)的地理位置以及交通運(yùn)輸、動(dòng)力等條件，進(jìn)行多方調(diào)查、分析比較，確定最 佳 的線路。 (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。線路局部走向應(yīng)根據(jù)大中型穿跨越工程和壓氣站位置進(jìn)行調(diào)整 。 (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。 (4) 盡量利用現(xiàn)有的公路、鐵路，少建新公路，方便運(yùn)輸。 (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。 (6) 線路必須避開重要的軍事設(shè)施、易燃易爆倉庫、飛機(jī)場(chǎng)、火車站、海（河）港碼頭以及國家重點(diǎn)文物保護(hù)單位和自然保護(hù)區(qū)等。 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。沿線地貌以 平原 為主，河湖較多，西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 平原、水面所占比例較大。 (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 。光照充足， 降水豐沛 是該地區(qū)的氣候特征。 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。 (2) 二級(jí)地區(qū) 供人居住的建筑物內(nèi)的數(shù)戶在 15 戶以上， 100 戶以下的區(qū)段。 (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。 (4) 四級(jí)地區(qū) 是指四層及四層以上 樓房普遍集中、交通頻繁、地下設(shè)施多的區(qū)域 [16]。 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。一般來說，管道跨越工程投資大，施工較為復(fù)雜，工期長，維修工作量大，因此，管線應(yīng)優(yōu)先采用穿越方式通過。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。 (1) 跨越位置選擇一般應(yīng)遵循以下原則 ① 跨越點(diǎn)應(yīng)選在河流的直線部分。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。 ② 跨越點(diǎn)應(yīng)在河流與其支流匯合處的上游，避免將跨越設(shè)置在支流出口和推移質(zhì)泥沙沉積帶的不良地質(zhì)區(qū)域。 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。 ④ 跨越點(diǎn)必須在河流歷史上無變遷的地段。 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。必須避開坡積層滑動(dòng)或沉陷地區(qū)、洪積層分選不良及夾層地區(qū)、沖積層含有大量有機(jī)混合物的淤泥地區(qū)。 ⑥ 跨越點(diǎn)附近不應(yīng)有稠密的居民點(diǎn)。 ⑦ 跨越點(diǎn)附近應(yīng)有施工組裝場(chǎng)地或有效方便的交通運(yùn)輸條件，以便施工和今后維修。 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)。若寬度超出管道允許跨度范圍但相差不大時(shí)，可首先來用п 型鋼架結(jié)構(gòu)，充分利用管道自身承壓。 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。吊架式管橋主要特點(diǎn)是輸氣管道成一多跨越連續(xù)梁，管道應(yīng)力較小，并且能利用吊索來調(diào)整各跨的受力狀況。 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)。 托架結(jié)構(gòu)有材料較省、構(gòu)造簡單等優(yōu)點(diǎn)。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。由于托架橫斷面成三角形，構(gòu)成空腹梁體系，因此側(cè)向變形較小。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。托架兩端支架主要承受不大的垂直荷載，因此其基礎(chǔ)較淺，對(duì)地基要求不高，適用范圍較廣。 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。根據(jù)當(dāng)?shù)亟煌ㄇ闆r并可增設(shè)橋面系統(tǒng)。桁架腹桿為簡單的鈍三角體系。由此可見，桁架結(jié)構(gòu)的剛度要比托架大，并且可以設(shè)置橋面系統(tǒng)。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。但桁架結(jié)構(gòu)耗費(fèi)材料較多，結(jié)構(gòu)自重大，施工量大，一般不宜采用 [17]。 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。管拱跨越結(jié)構(gòu)有單管拱 型 及組合拱 型 兩大類。 管拱充分利用管道本身強(qiáng)度，用鋼量一般較小。由于輸氣管道本身特點(diǎn)，管拱往往是無鉸拱，因此剛度比有鉸拱大。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。管拱是三次超靜定結(jié)構(gòu)，且基 礎(chǔ)又受較大的水平推力，因此對(duì)地基要求較高。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。 ⑤ 大型河流、深谷等不易砌筑墩臺(tái)基礎(chǔ)，以及臨時(shí)施工設(shè)施時(shí)可以選擇柔性懸索管橋、懸纜管橋、懸纜管橋和斜拉索管橋等跨越結(jié)構(gòu)。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。 懸纜管橋的主要特點(diǎn)是輸氣管道與主纜索都呈拋物線形，采用等長的吊桿 （ 吊索 ） 。塔架下部為鉸支座，當(dāng)管橋因溫差而引起膨脹收縮時(shí)。塔架能順管橋方向自由擺動(dòng)調(diào)節(jié)纜索的內(nèi)力平衡。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