天然氣管道輸送管線工藝設(shè)計

TOC\o"1-5"\h\z1緒論 1\o"CurrentDocument"研究課題的目的和意義 1\o"CurrentDocument"國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2管道施工技術(shù) 2管道無損檢測 4管道防腐技術(shù) 5\o"CurrentDocument"研究內(nèi)容 8\o"CurrentDocument"本題目的設(shè)計步驟 8\o"CurrentDocument"本設(shè)計所采用的規(guī)范 9\o"CurrentDocument"2天然氣管道輸送 10\o"CurrentDocument"管輸天然氣氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) 10天然氣長輸管線的基本定義 10\o"CurrentDocument"管輸?shù)闹饕斔凸に噮?shù) 10\o"CurrentDocument"天然氣長輸管線的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 11\o"CurrentDocument"天然氣長輸管線的組成與功能 12\o"CurrentDocument"輸氣管道站場的分類 13首站的主要功能 14分輸站的主要功能 15清管站 15\o"CurrentDocument"天然氣長輸管線的工藝設(shè)計內(nèi)容要求 16\o"CurrentDocument"站址選擇要求 17基本要求 17布站要求 17\o"CurrentDocument"線路工程 18線路選擇的原則 18沿線自然條件狀況 19沿線城鎮(zhèn)情況 19沿線地區(qū)等級劃分 19\o"CurrentDocument"壓縮機(jī)組選型 20\o"CurrentDocument"管道材質(zhì)及壁厚選擇 20材質(zhì)選擇 20鋼管壁厚的確定 21\o"CurrentDocument"管道跨越工程 21\o"CurrentDocument"3設(shè)計說明書 24\o"CurrentDocument"概述 24\o"CurrentDocument"水力摩阻系數(shù) 25\o"CurrentDocument"天然氣在輸氣管計算段中的平均溫度tcp 27\o"CurrentDocument"壓氣站間距l(xiāng)和壓氣站數(shù) 28壓氣站間距/ 28末段長度的近似計算 29壓氣站數(shù) 30\o"CurrentDocument"4計算說明書 32\o"CurrentDocument"基本參數(shù)確定 32\o"CurrentDocument"計算末段儲氣長度 35設(shè)定城市配氣管網(wǎng) 35確定輸氣管末段的幾何容積、末段儲氣量、確定末段平均壓力 35確定儲氣階段終了時末段的平均壓力PcpB 36計算儲氣階段終了時的ZB 36計算儲氣階段終了時的BB 38計算中（。函數(shù)值 38計算儲氣階段終了時末段的終點(diǎn)壓力P2B 38計算儲氣階段終了時末段的起點(diǎn)壓力P1B 38校核末段長度1k 38計算壓氣站間距 39計算輸氣管計算段中天然氣的平均溫度tcp 39計算天然氣壓縮系數(shù) 40計算壓氣站間距l(xiāng) 40\o"CurrentDocument"計算壓氣站數(shù)ncs 42\o"CurrentDocument"計算結(jié)果表 42\o"CurrentDocument"方案優(yōu)選 48末段長度lk大于L 48站間距l(xiāng)大于L 48\o"CurrentDocument"選擇壓縮機(jī)型號 49\o"CurrentDocument"壓縮機(jī)站的布置 52\o"CurrentDocument"輸氣管道系統(tǒng)中的流程圖 54長輸管道系統(tǒng)全線的總流程圖 54長輸管道系統(tǒng)全線的清管站流程圖 55\o"CurrentDocument"5結(jié)論 57參考文獻(xiàn) 59\o"CurrentDocument"致謝 60\o"CurrentDocument"附錄A 61\o"CurrentDocument"附錄B 73\o"CurrentDocument"附錄C 74\o"CurrentDocument"附錄D 75研究課題的目的和意義隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對能源的需求逐漸加劇，改革開放以來，中國能源工業(yè)發(fā)展迅速，但結(jié)構(gòu)很不合理，煤炭在一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)中的比重均高達(dá)72%。大量燃煤使大氣環(huán)境不斷惡化，發(fā)展清潔能源、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)已迫在眉睫。而我國天然氣分布又極不合理，區(qū)域差異性很大，所以國家已經(jīng)著手建設(shè)長距離輸氣管線，這將有力地促進(jìn)氣源地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，也有利于促進(jìn)沿線各省市區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和經(jīng)濟(jì)效益提高。西氣東輸能夠拉動機(jī)械、電力、化工、冶金、建材等相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，對于擴(kuò)大內(nèi)需、增加就業(yè)具有積極的現(xiàn)實意義［1］。定遠(yuǎn)一油坊郢輸氣管線就是西氣東輸長距離管線途經(jīng)安徽省的一個小分支，它通過安徽段的路徑走向為，由河南省經(jīng)安徽省太和、渦陽、利辛、蒙城、懷遠(yuǎn)、鳳陽、定遠(yuǎn)、滁州、全椒等縣市進(jìn)入江蘇，全長342公里。2003年還將建設(shè)定遠(yuǎn)一合肥支線（國家籌資建設(shè)）90公里，南京一馬鞍山一蕪湖支線85公里。2005年左右建設(shè)利辛一阜陽等支線，2010年以后建設(shè)合肥一巢湖等支線。此外，為保證氣源的穩(wěn)定供氣，提供調(diào)節(jié)和備用手段，還將在定遠(yuǎn)縣建設(shè)大型天然氣儲氣庫。長久以來管道工程的水工保護(hù)方案基本上都是以工程措施為主，大量的建筑材料（如石料、砂、白灰等）的應(yīng)用和獲取，不但給環(huán)境本身造成了一定的破壞，而且還造成了不少永久性的占地，增加了管線建和成本?！皠?chuàng)造能源與環(huán)境的和諧統(tǒng)一”是管道建設(shè)的目標(biāo)之一，采用新技術(shù)、新材料和新工藝，借鑒相關(guān)行業(yè)的成功經(jīng)驗，將種植草木的護(hù)坡成功地應(yīng)用于本工程。管道內(nèi)涂層是指將涂料噴涂在管道內(nèi)表面，形成一層均勻薄層。天然氣管道內(nèi)涂層減阻技術(shù)的研究始于20世紀(jì)，大規(guī)模應(yīng)用于長輸天然氣管道是在20世紀(jì)50年代。20世紀(jì)初期，人們已經(jīng)認(rèn)識到輸水管道流動性能受管子內(nèi)部表面狀況的影響很大。為了改變流體的流動性能，在水管中應(yīng)用了內(nèi)涂層。在20世紀(jì)中期，內(nèi)涂層開始應(yīng)用在輸油管道上，其目的是為了防止管壁結(jié)蠟而改善流動性能。此后，加拿大于1962年，意大利于1965年，英國于1966年，前蘇聯(lián)于1967年相繼應(yīng)用了大口徑輸氣管道的內(nèi)涂層技術(shù)。在過去的四十年中，內(nèi)涂層以迅速在世界范圍內(nèi)推廣應(yīng)用。目前在國外管徑508mm及以上的輸氣管道基本上應(yīng)用了內(nèi)涂層［2］。對于建設(shè)中的輸氣管道，壓氣站的投產(chǎn)總是落后于線路部分的投資。對于合理的在建設(shè)輸氣管道設(shè)備投產(chǎn)計劃的論證應(yīng)該在這一客觀限制條的范圍內(nèi)進(jìn)行。在分析逐步建設(shè)中輸氣管道壓氣站的負(fù)荷時，要注意這樣一個事實：在輸氣管道最初的發(fā)展階段，投產(chǎn)的壓氣站的設(shè)計功率不可能全部被利用，因為系統(tǒng)的輸量偏低、壓氣機(jī)的壓縮比不高。由此可見，沒做壓氣站的設(shè)備應(yīng)該分階段投產(chǎn)，而且，在每一階段應(yīng)該投入的工作機(jī)組數(shù)要視輸氣管道再改發(fā)展階段的需要而定，需要多少臺，就投入多少臺，換句話說，如果建設(shè)中的壓氣機(jī)車間的部分設(shè)備已足以滿足輸氣的要求，那么就應(yīng)該將其投入運(yùn)行，而不必等待該壓氣站所有的全部投產(chǎn)。分階段投產(chǎn)增加了逐步建設(shè)中的輸氣管道的動力裝備程度，并提高了其在起動運(yùn)行階段的輸量［3］。輸氣管道系統(tǒng)是一個統(tǒng)一、密閉、連續(xù)的水力系統(tǒng)，其中一處工況的變化必然帶來全線工況的變化。特別是隨著天然氣開發(fā)規(guī)模和使用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)也日趨龐大和復(fù)雜。一方面，使得人們更難于了解和掌握管道系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律，論證和提出合理的設(shè)計方案和運(yùn)行方案的難度增大，難于分析和處理管道系統(tǒng)的事故工況；另一方面，由于管道系統(tǒng)的運(yùn)行狀況直接影響著天然氣的產(chǎn)、供、銷之間的關(guān)系。因此，必須對輸氣管道的運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化管理，使輸氣管道將氣體保質(zhì)、保量、安全、經(jīng)濟(jì)的輸送到終點(diǎn)，在滿足氣源和用戶要求的前提下，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益［4］。輸氣管道經(jīng)歷了由小口徑到大口徑，由低壓到高壓，由手工焊到自動焊等一系列的技術(shù)革新。現(xiàn)在國外又出現(xiàn)了很多新技術(shù)，例如：復(fù)合加強(qiáng)型管線用管，靈巧清管器，配備有超聲波計量設(shè)備的輸氣監(jiān)測計量技術(shù)等。而且人們對天然氣需求量的不斷增長所以有必要對輸氣管道進(jìn)行深入的研究，進(jìn)一步提高輸量以及使管道運(yùn)行更加安全和智能［5］。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀到目前為止，我國已建成長輸管道4.3x104km,其中天然氣干線管道2.4x104km。已形成縱橫東西、貫通南北、連接海外的管網(wǎng)。到2020年油氣長輸管道干線將達(dá)8x104km，其中天然氣管道干線將達(dá)到5x104km。目前管道建設(shè)趨向于長距離、大口徑、大輸量、高壓力、高鋼質(zhì)。施工質(zhì)量與水平逐年提高，保證了管道運(yùn)行的安全。通常情況下，長輸管線的建設(shè)涉及管道的施工以及管道運(yùn)行過程中所面臨的無損檢測和管道防腐技術(shù)。管道施工技術(shù)在埋地管道的施工中，遇到穿越河流、公路、鐵路與障礙物時，常規(guī)的開挖方法存在許多問題，“非開挖”敷設(shè)地下管道是當(dāng)今國際管道工程推行了一種先進(jìn)施工方法，在國內(nèi)得到了廣泛使用。我國近年來在長輸管道的建設(shè)中大量采用盾構(gòu)穿越技術(shù)，已有多條大型河流進(jìn)行了盾構(gòu)穿越。目前采用的盾構(gòu)法穿越施工采用的主要設(shè)備是泥水加壓平衡盾構(gòu)機(jī)。我國20世紀(jì)70年代末開始使用頂管穿越技術(shù)進(jìn)行短距離的管道穿越。傳統(tǒng)意義上的頂管施工以人工挖掘、千斤頂頂進(jìn)為主。后來發(fā)展到用螺旋鉆挖掘和輸送頂管內(nèi)的土，繼而由盾構(gòu)法派生出的土壓平衡法、泥水平衡法等大型頂管穿越技術(shù)，穿越距離可達(dá)到lkm以上。由液壓來控制頂管前的切土帽以保證頂管的方向性，同時采用了中繼頂進(jìn)、激光測距、機(jī)頭導(dǎo)向糾偏等手段用于頂進(jìn)施工作業(yè)，解決了頂管的長距離和方向性的問題。我國1985年首次從美國引進(jìn)定向鉆用于長輸管道黃河穿越施工。近20年來，非開挖管道定向穿越在我國發(fā)展迅速。技術(shù)上日臻成熟，定向鉆在非開挖管道穿越技術(shù)行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。定向鉆用于敷設(shè)管道項目取得巨大成果。在我國，有2002年2月以一次穿越總長為2308m、直徑273m的穿越錢塘江的記錄，列于創(chuàng)世界最長穿越記錄，載人吉尼斯世界記錄，著名的西氣東輸工程共使用定向鉆穿越河流36條，其中最長的穿越是在吳淞江的穿越，一次穿越長度為1150m、直徑為1016mm。管道定向穿越施工技術(shù)是一項由多學(xué)科、多技術(shù)、不同設(shè)備集成運(yùn)用于一體的系統(tǒng)工程，在施工過程中任何一個環(huán)節(jié)出問題，都可能導(dǎo)致整個工程的失敗，造成巨大的損失。由于定向穿越施工應(yīng)用十分廣泛，使得定向鉆技術(shù)得到了長足的進(jìn)步與發(fā)展。國際上已具有多種硬巖施工方法，如泥漿馬達(dá)、頂部沖擊、雙管鉆進(jìn)，能進(jìn)行軟、硬巖層的施工。普遍采用PLC控制、電液比例控制技術(shù)、負(fù)荷傳感系統(tǒng)，有專門的施工規(guī)劃軟件。我國的管道施工技術(shù)隨著管道工業(yè)的快速發(fā)展，施工技術(shù)得到了長足的進(jìn)步與發(fā)展。形成了一整套的長輸管道適用的行業(yè)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范與施工作業(yè)規(guī)程。在施工中大量采用新技術(shù)、新工藝。在山區(qū)、黃土塬、戈壁、沙漠、無人區(qū)、水網(wǎng)地帶形成了獨(dú)特的施工方法與措施。使我國管道施工水平躋身于世界先進(jìn)水平。山區(qū)、黃土塬地段，施工設(shè)備和管材運(yùn)行困難，給管道施工帶來諸多不便；尤其是山區(qū)陡坡地段管道安裝更為困難。因此，有無施工便道，施工作業(yè)帶的寬窄，是影響山區(qū)施工的主要問題。應(yīng)根據(jù)管道走向、山勢的特點(diǎn)和濕陷性的土質(zhì)特點(diǎn)，進(jìn)行開辟施工便道、施工作業(yè)帶，以滿足鋼管運(yùn)輸、施工機(jī)具設(shè)備的通行要求。在滿足運(yùn)輸?shù)臈l件下，根據(jù)地形組織適宜的組焊、安裝施工方式，進(jìn)行管道安裝作業(yè)，在管道安裝完成后組織進(jìn)行完善的水工保護(hù)作業(yè)［6］。水網(wǎng)地段的管道敷設(shè)類型主要包括水田施工、季節(jié)性濕地施工、鹽堿性沼澤和常年積水的水塘施工等。由于地下水位高，造成作業(yè)帶及施工便道的修筑困難，鋼管及施工設(shè)備的運(yùn)輸不便，管溝開挖成型、管線下溝、回填困難。因此必須采用合理的施工工藝，如便道修筑技術(shù)、水上運(yùn)輸管材、拉森板樁管溝支護(hù)工藝，深井降水施工工藝，挖泥船水下成溝施工工藝，沉管下溝施工工藝等，才能保證高效、高速、高質(zhì)量地完成工程任務(wù)［7］。管道無損檢測對在線埋地管道進(jìn)行檢測的主要目的是評價管道本體的結(jié)構(gòu)完整性，檢測內(nèi)容包括位置走向勘測、腐蝕評價、泄漏檢測和缺陷檢測技術(shù)四大方面。根據(jù)其特點(diǎn)，檢測技術(shù)又可分為內(nèi)檢測和外檢測兩大類。內(nèi)檢測技術(shù)主要采用管道內(nèi)部爬行器和智能管道機(jī)器人；外檢測技術(shù)根據(jù)是否需要與管體直接接觸，分為開挖檢測和非開挖檢測技術(shù)。管道內(nèi)部機(jī)器人（即管道機(jī)器人）在管道檢測中得到較為廣泛的運(yùn)用。目前，美國、英國、法國和德國等已開發(fā)出了管道機(jī)器人樣機(jī)，并在檢測中得到成功應(yīng)用。管道機(jī)器人是一種可在管道內(nèi)行走的機(jī)器，可以攜帶一種或多種傳感器，在操作人員的遠(yuǎn)端控制下進(jìn)行一系列檢測作業(yè)。一個完整的管道檢測機(jī)器人包括移動載體、視覺系統(tǒng)、信號傳誦系統(tǒng)、動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等。管道機(jī)器人的主要工作方式為在視覺、位姿等傳感器的引導(dǎo)下，對管道環(huán)境進(jìn)行識別，接近檢測目標(biāo)，利用超聲波、漏磁通和渦流傳感器等進(jìn)行信息檢測和識別，自動完成檢測任務(wù)。其核心組成為管道環(huán)境識別系統(tǒng)（視覺系統(tǒng)）和移動載體。目前國外的管道機(jī)器人不僅能夠進(jìn)行管道檢測，還具有管道維護(hù)與維修等功能，是綜合的管道檢測維修系統(tǒng)。漏磁通檢測（MFL）主要用于檢測管道的腐蝕缺陷，提供管道上所有缺陷和管件的里程、距最近參考點(diǎn)的距離、周向位置、距上下游環(huán)焊縫的位置，缺陷的深度和軸向長度等信息。目前，它被廣泛地應(yīng)用在長輸管道、煉油廠管網(wǎng)、城市管網(wǎng)和海底管線的檢測。由于漏磁信號和缺陷之間是非線形關(guān)系，管壁的受損情況需通過檢測信號間推斷出來，其檢測精確相對于超聲波檢測法較低，適用于最小腐蝕深度為20%—30%壁厚的腐蝕狀況檢測。該方法要求傳感器與管壁緊密接觸，由于焊縫等因素的影響，管壁凸凹不平，使接觸要求有時難以難道。同時由于在測量前必須將管壁磁化，因此漏磁通法僅適合薄管壁。但是保佑于其價格低廉，檢測精度能滿足我國大部分地區(qū)的要求，目前在我國使用較多。渦流檢測技術(shù)主要用于檢測管壁內(nèi)表面的裂紋、腐蝕減薄和點(diǎn)腐蝕等，是目前應(yīng)用較為廣泛的管道無損檢測技術(shù)，分為常規(guī)、投射式和遠(yuǎn)場渦流檢測。常規(guī)渦流檢測受集膚效應(yīng)的影響，只適合于檢測管道表面或近表面缺陷；透射式渦流檢測和遠(yuǎn)場渦流檢測靈敏度。遠(yuǎn)場渦流法具有便于自動化檢測、檢測速度快、適合表面檢測、適用范圍廣、安全方便以及消耗物品少等特點(diǎn)，在發(fā)達(dá)國家得到廣泛的重視。由于溫度和探頭的提離效應(yīng)、裂紋深度以及傳感器的運(yùn)動速度等均對渦流檢測信號有一定的影響，而且由于遠(yuǎn)場渦流很難由檢測信號直接確定缺陷種類，因此要考慮影響壓力管道渦流檢測信號的各種因素，才能取得較好的檢測效果。超聲波檢測技術(shù)相對于漏磁通法而言，具有直接和定量化的特點(diǎn)，其數(shù)據(jù)損失可由相關(guān)的軟件補(bǔ)償，所以有較高的精度。但由于受超聲波波長的限制，對薄壁管，同時對關(guān)內(nèi)的介質(zhì)要求較高。當(dāng)缺陷不規(guī)則時候，將出現(xiàn)多次反射回波，從而對信號的識別和缺陷信號的識別能力。由于超聲波的傳導(dǎo)必須依靠液體介質(zhì)，且容易被蠟吸收，所以超聲波檢測技術(shù)對含蠟高的油管線存在檢測局限。由于從發(fā)射器到管壁之間需要均相液體作為聲波傳播媒介，所以用于天然氣管道時，需要在一個液體段(通常為凝膠)的兩端運(yùn)行兩個常規(guī)清管器，超聲波檢測器放入液體段中運(yùn)行。日本鋼管株式會社(NKK)研制的超聲波檢測清管器能再現(xiàn)管道壁厚和管道內(nèi)壁表面的圖象，探測焊縫腐蝕，檢測腐蝕深度為管壁厚度10%。該公司研制的輪式干耦合超聲波檢測器(用于天然氣管線)不需要耦合劑，檢測效果良好，目前正在開發(fā)可用于長距離天然氣管道的檢測器。對埋地管道的外部檢測，一般首先采用不開挖檢測技術(shù)對管道本體的腐蝕狀況進(jìn)行快速測評，或采用在線泄露檢測技術(shù)對管道的泄露狀況進(jìn)行診斷和評價。對于腐蝕嚴(yán)重或者發(fā)生泄露的部位，還需要進(jìn)行開挖，以發(fā)現(xiàn)管道本體裂紋和腐蝕等缺陷。常規(guī)無損檢測管道開挖后，使用最多的仍為常規(guī)超聲、磁粉和滲透檢測技術(shù)。但近年來也有一些無損檢測新技術(shù)應(yīng)用于管道本體的檢測。超聲導(dǎo)波檢測埋地管道的開挖檢測需要很大的工程量和較長的時間，但有時不開挖會使指定檢測的部位與實際腐蝕最嚴(yán)重的部位可能存在一定的誤差，開挖點(diǎn)并不一定是存在腐蝕缺陷或泄露的部位，因此埋地管道的檢測需要一種通過一個開挖點(diǎn)能夠?qū)蛇呡^長范圍內(nèi)的管道進(jìn)行精確定位檢測的技術(shù)。近年來，人們利用某些特定頻率的超聲波可以在線狀材料中長距離傳播而衰減較小的特點(diǎn)，開發(fā)出了專用于埋地或帶保溫層管道腐蝕的超聲導(dǎo)波檢測儀器。電磁超聲檢測電磁超聲檢測較常規(guī)超聲方法無需機(jī)械或液體耦合，對表面處理要求較低，能減少輔助性工作量。目前，電磁超聲換能器可以與傳統(tǒng)的壓電晶片換能器可以與傳統(tǒng)的壓電晶片換能器一樣在金屬件中產(chǎn)生縱波、橫波、斜聲束或聚焦聲束，其缺陷檢出能力和信噪比可與壓點(diǎn)陶瓷換能器媲美［8］。管道防腐技術(shù)目前，管道防腐設(shè)計主要考慮外防腐，內(nèi)防腐還沒有引起足夠重視。外防腐普遍采用防腐涂層與陰極保護(hù)同時使用的聯(lián)合保護(hù)措施。在管道上應(yīng)用的防腐涂料有石油瀝青、煤焦油瀝青、環(huán)氧瀝青、聚氨酯石油瀝青、煤焦油磁漆(CTE)、環(huán)氧粉末(FBE)、底膠加聚烯烴(POA)、環(huán)氧底漆加底膠加聚烯烴(POE)、環(huán)氧粉末加改性聚烯烴(POF)。國內(nèi)現(xiàn)在主要防腐涂料是石油、瀝青、煤焦油瀝青、聚氨酯石油瀝青、煤焦油磁漆、FBE以及內(nèi)襯塑料等，國外目前常用的各類防腐涂料為CTE、FBE、POA、POE、POF等，其中：石油瀝青具有良好的粘結(jié)性、不透水性和絕緣性，能夠耐多種腐蝕介質(zhì)侵蝕，原料充足、成本低、技術(shù)成熟，只要在施工中嚴(yán)格執(zhí)行石油瀝青防腐管道生產(chǎn)。驗收規(guī)范，可以得到較好的防腐效果。但石油瀝青耐溫變性能較差，低溫易碎裂，高溫易流淌，易受微生物侵蝕，吸水率高，易老化，使石油瀝青防腐層過早變質(zhì)脫落，失去保護(hù)作用，造成管道腐蝕破壞。煤焦油瀝青以其使用壽命長，吸水率低，不受細(xì)菌吞噬，成本低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛采用，但其機(jī)械強(qiáng)度和低溫韌性差。環(huán)氧煤瀝青其性能優(yōu)于石油瀝青，具有一次成膜厚、涂層致密、耐鹽堿、耐海水、耐潮濕，與金屬粘結(jié)好、抗微生物侵蝕、耐陰極剝離的優(yōu)點(diǎn)，是較理想的防腐涂料，只是目前應(yīng)用較少。聚氨酯石油瀝青可用于管道或建筑構(gòu)件等，石油瀝青層的常溫補(bǔ)口補(bǔ)傷，同時也大量的用于石油瀝青層的大修，在煤氣工業(yè)中還大量的用于新管道的防腐涂敷。國產(chǎn)聚氨酯石油瀝青橡膠能消化管道表面的潮氣，有優(yōu)良的理化性和厚涂層的許多特殊性能，常溫施工,短時間干燥，單組份結(jié)構(gòu)，不用固化劑，簡化了施工程序，吸水率低，固化后有強(qiáng)防水性,有優(yōu)良的耐化學(xué)介質(zhì)性能，涂層富有高伸縮性，從而保證了補(bǔ)口補(bǔ)傷的質(zhì)量，其應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛。煤焦油磁漆的粘結(jié)力強(qiáng)，吸水率低，絕緣性能好，耐細(xì)菌蝕，耐石油及其產(chǎn)品溶解,抗土壤應(yīng)力，抗植物根莖穿透，耐陰極剝離，使用壽命長，防腐性能優(yōu)于石油瀝青。熔結(jié)環(huán)氧能阻擋氧的傳輸，能透過陰極保護(hù)電流，與鋼鐵基體有良好的粘結(jié)力，特別是在較低溫度和較高溫度下仍具有較好的抗物理損傷、耐腐蝕和抗水滲透性能。管道的內(nèi)腐蝕在我國剛剛起步，與發(fā)達(dá)國家相比還有一定差距。管道內(nèi)腐蝕不僅保護(hù)管道不受腐蝕介質(zhì)的侵害，而且改善管道內(nèi)部流體運(yùn)動狀態(tài)，提高管內(nèi)表面光潔度，減少水力摩阻，從而使輸送動力降低，輸送量增加，降低運(yùn)輸成本。內(nèi)防腐主要有聚乙烯粉、環(huán)氧聚乙烯雙涂層、POA、POE、POF、環(huán)氧粉末（FBE）［9］。管道的腐蝕在內(nèi)外壁都會發(fā)生，外壁腐蝕主要是土壤腐蝕、硫酸還原菌腐蝕及管道附近雜散電流腐蝕造成的，腐蝕過程基本屬于化學(xué)腐蝕，內(nèi)腐蝕主要取決于輸送介質(zhì)。目前大部分輸送介質(zhì)中含水量及Cl、h2s、CO2腐蝕介質(zhì)等的含量較高，管道的內(nèi)腐蝕速度不斷增加，防止管道腐蝕的有效方法就是利用保護(hù)涂層隔離管道與腐蝕介質(zhì)的接觸，屏蔽腐蝕環(huán)境，隔斷陰極與陽極之間的聯(lián)系，使電路中斷?；谏鲜鲈?qū)Ω鞣栏瘜涌砂?0個考察因素進(jìn)行評估，以10分為滿分?？疾煲蛩丶皾M分標(biāo)準(zhǔn)如下（有代表性的）：土壤應(yīng)力：管道埋地后，周圍土壤在季節(jié)性的板結(jié)溶解和氣候干濕交替變化過程中，發(fā)生相對移動，對防腐層表面產(chǎn)生推拉應(yīng)力，可能導(dǎo)致防腐層褶皺、下垂或開裂。粘結(jié)力：粘結(jié)力使防腐層緊密粘附在鋼管表面，不發(fā)生剝離，以有效保護(hù)鋼管。同時良好的粘結(jié)力還是防腐層抵抗土壤應(yīng)力破壞的基礎(chǔ)，對內(nèi)壁來說，則是防腐層對抵抗輸送介質(zhì)應(yīng)力破壞的基礎(chǔ)，以防腐層對鋼管的粘結(jié)力最強(qiáng)為好。表面處理要求：涂裝前對鋼管的表面處理成本占整個防腐層施工成本的2/3,防腐層失效的重要原因又往往是施工時表面處理未達(dá)到設(shè)計要求所致，故較低的表面處理要求是降低施工成本和保證防腐層質(zhì)量的前提，涂裝前對鋼管的表面處理要求以最低為好。陰極保護(hù)電流屏蔽：一旦防腐層剝離水分滲入防腐層和鋼管之間，就可能對鋼管產(chǎn)生腐蝕，此時如陰極保護(hù)電流能超過剝離的防腐層到達(dá)鋼管表面，形成保護(hù)回路，就可抑制腐蝕發(fā)生，但剝離的防腐層往往會阻止陰極保護(hù)電流的穿過，產(chǎn)生屏蔽作用，以防腐層對陰極保護(hù)的屏蔽作用最小為好。陰極保護(hù)電流密度陰極保護(hù)電流可補(bǔ)充防腐層對鋼管保護(hù)不足的部分，共同形成對鋼管的有效保護(hù)。在鋼管得到有效保護(hù)的前提下，陰極保護(hù)電流密度越小，則運(yùn)行成本越低，管道運(yùn)行時陰極保護(hù)電流密度最小為好。貯運(yùn)要求：涂敷完防腐層的管道還要經(jīng)歷存貯、搬運(yùn)和敷設(shè)等環(huán)節(jié)，防腐層在后續(xù)工序時受到?jīng)_擊在所難免，防腐層存儲環(huán)境要求低可降低成本和保證質(zhì)量，抗沖擊能力強(qiáng)可減少損傷，此時對發(fā)生的損傷應(yīng)容易發(fā)現(xiàn)以便于修補(bǔ)。以防腐管貯運(yùn)要求低和損傷容易發(fā)現(xiàn)為好。補(bǔ)傷、補(bǔ)口手段：防腐層應(yīng)有簡便可靠的補(bǔ)傷和現(xiàn)場補(bǔ)口手段，以使現(xiàn)場施工防腐層質(zhì)量不低于管體水平為最好。彎頭管件防腐：彎頭管件防腐應(yīng)與管體相同或做更好的防腐層，彎頭管件防腐手段與管體防腐層越匹配越好。涂敷施工難度：施工要求寬松則意味施工成本較低，還意味著防腐層質(zhì)量容易保證。涂敷施工難度按工廠預(yù)制和現(xiàn)場施工分別比較，要求越寬松越好。隨著管道鋪設(shè)技術(shù)的不斷提高和管道使用環(huán)境的惡化，開發(fā)防腐、絕緣、綜合機(jī)械性能高、粘結(jié)力強(qiáng)的涂層材料是管道防腐的趨勢，塑料粉末涂料以其特有的性能在管道防腐工程領(lǐng)域發(fā)揮了巨大作用。在國外塑料粉末涂料已成為油氣管道防腐的首選材料，在國內(nèi)塑料防腐管道已開始應(yīng)用。目前用于管道防腐的塑料粉末有熱塑性和熱固性兩大類。熱塑性塑料分子鏈為直鏈或帶有支鏈結(jié)構(gòu)，眾多分子鏈靠分子間力積聚在一起，受熱后軟化、溶解，冷卻后可恢復(fù)原狀，多次反復(fù)化學(xué)性能不變。熱塑性粉末涂料是由熱塑性樹脂、顏料、增塑劑和穩(wěn)定劑等成分干混或溶解混合，粉碎或分級得到的。熱固性塑料分子結(jié)構(gòu)為網(wǎng)狀，各分子之間由化學(xué)鏈連接，受熱后塑化或軟化，發(fā)生化學(xué)變化，并固化定形，固化后再次受熱不發(fā)生軟化或熔化，強(qiáng)熱則分解。熱固性塑料粉末由熱固性樹脂、固化劑、顏料、填料和助劑等組成，應(yīng)用廣泛、性能好的塑料粉末有：聚乙烯(PE)粉末：聚乙烯是一種應(yīng)用最廣泛、價格最低的熱塑性塑料，由乙烯單體加聚而成的碳、氫兩元素的高分子化合物為白色石蠟狀粉末，聚乙烯在80℃以下有優(yōu)良的耐腐蝕性，能耐各種酸、堿、鹽溶液，耐熱，耐水，絕緣，但聚乙烯易發(fā)生光氧化、熱氧化和鹵化反應(yīng)，耐環(huán)境氧化性能較差。在聚乙烯原料中加入適當(dāng)?shù)牧髌絼?、防老化劑等添加劑制成粉末，即可作為管道防腐涂料。聚乙烯粉末管道涂層絕緣物理化學(xué)性能穩(wěn)定，耐腐蝕、耐水，使用壽命長，防護(hù)效果好，但涂層粘結(jié)力較差，不耐陰極剝離，使用溫度范圍小，聚乙烯涂層一般用于輸油、輸氣管道外防腐和輸水管道內(nèi)防腐。聚苯硫醚(PPS)粉末：PPS粉末是近年來新開發(fā)的粉末涂料，是一種白色對苯基硫的聚合物，交聯(lián)前為鏈狀高分子結(jié)構(gòu)，帶有支鏈，無結(jié)晶熔點(diǎn)，呈熱塑性，經(jīng)化學(xué)交聯(lián)處理后呈熱固性塑料特征。PPS具有良好的耐腐性，能耐無機(jī)酸堿等侵蝕，在175℃以下不溶于任何溶劑，具有良好的熱穩(wěn)定性、極好的粘結(jié)性能，對鋼材、玻璃、陶瓷都有很好的粘結(jié)力，耐蠕變性好，電絕緣性能好。環(huán)氧樹脂(EP)粉末：環(huán)氧樹脂粉末是一種典型的熱固性塑料，未交聯(lián)的環(huán)氧樹脂本身呈熱塑性，性能也很差，加入固化劑交聯(lián)固化后，才能獲得較好的材料性能，其熔融粘度低，涂膜流平性好，涂層致密無氣孔，表面光滑，防腐性強(qiáng)。由于環(huán)氧樹脂內(nèi)的烴腐性能沒有多大變化。正是環(huán)氧粉末突出的性能在國外已大量用于輸油、輸氣、輸水管道的內(nèi)外壁防腐。環(huán)氧/聚乙烯雙涂層：由于塑料存在種種缺點(diǎn)，在日益惡化的使用環(huán)境中單一塑料涂層的防護(hù)性能不夠理想，雙涂層、多涂層復(fù)合材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)已成為防腐技術(shù)的一個發(fā)展方向。環(huán)氧/聚乙烯雙涂層保持各自原有的長處，克服或改善原來的不足，得到原先所沒有的良好性能。聚乙烯涂層化學(xué)性能穩(wěn)定，耐水、絕緣性能強(qiáng)，有效防止?jié)駳?、水分和氧的侵蝕，但涂層與鋼管表面的附著性及耐陰極剝離性能差，使用溫度較低，一般不超過80℃。環(huán)氧粉末能耐高溫，可在177℃?260℃下使用，有極好的粘結(jié)力，抗剪強(qiáng)度可達(dá)15MPa?25MPa,但環(huán)氧涂層能吸收少量水分，吸水率為0.05%~0.1%，也允許微量氧透過，屏蔽作用較差。環(huán)氧/聚乙烯兩種涂料之間的最佳組合作用及各自所提供的優(yōu)良性能使涂層具有更卓越的防護(hù)性能，更長的使用壽命[10。研究內(nèi)容本課題研究的是運(yùn)用地形起伏地區(qū)輸氣管道的基本公式進(jìn)行輸氣管道的相關(guān)設(shè)計；運(yùn)用所學(xué)知識，查閱相關(guān)文獻(xiàn)及規(guī)范，確定輸氣管線的水力計算、熱力計算及強(qiáng)度計算從而選擇該管徑對應(yīng)的壁厚、確定進(jìn)出站的壓力、壓縮機(jī)站數(shù)目及布站、壓縮機(jī)站所選壓縮機(jī)的型號、功率及所需燃一壓機(jī)組數(shù)目、管線的調(diào)峰能力與其它設(shè)備的選型與布置，并繪制全線流程圖、首站流程圖、清管站流程圖、分輸站流程圖。本題目的設(shè)計步驟采用地形起伏地區(qū)輸氣管道的計算方法確定每一種方案的壓氣站間距，計算末段長度，確定壓氣站數(shù)，計算單站功率，選定壓縮機(jī)型號和臺數(shù)等。繪制全線流程圖、首站流程圖、清管站流程圖、城市配氣門站流程圖。撰寫設(shè)計說明書，計算說明書。本設(shè)計所采用的規(guī)范口《壓縮機(jī)與驅(qū)動機(jī)選用手冊》口《石油天然氣工程制圖標(biāo)準(zhǔn)》口《全蘇輸氣管道工藝設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》口《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》2天然氣管道輸送2.1管輸天然氣氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)管輸天然氣的氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是對有害于管道和輸送過程的天然氣成分限制。氣體是否含有有害成分及含量的多少，對管道的工作狀況、經(jīng)濟(jì)效益和使用壽命有重大影響。它是管道輸送工藝設(shè)計和生產(chǎn)管理基本內(nèi)容的主要決定因素。中國管輸天然氣的氣質(zhì)要求在GB50251-2003《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》中作了明確規(guī)定：進(jìn)入輸氣管道的氣體必須清除機(jī)械雜質(zhì)；水露點(diǎn)應(yīng)比輸送條件下最低環(huán)境溫度低5℃；烴露點(diǎn)應(yīng)低于最低環(huán)境溫度；氣體中的硫化氫含量不應(yīng)大于20mg/m3。2.2天然氣長輸管線的基本定義天然氣長輸管線就是連接脫硫凈化廠或LNG終端站與城市門站之間的管線，在我國壓力管道分類中屬GA類，其設(shè)計應(yīng)遵循規(guī)范《輸氣管道設(shè)計規(guī)范GB50251》。2.3管輸?shù)闹饕斔凸に噮?shù)天然氣管道的輸送工藝參數(shù)主要是指輸氣量、輸送距離、輸氣壓力、管徑和輸氣溫度等。其中輸氣量、輸送距離、輸氣壓力和管徑四者相互影響，是需要優(yōu)化的重要參數(shù)。(1)輸氣量輸氣管道的輸氣量是按年輸氣量或日輸氣量計算，當(dāng)用年輸氣量時，一般工作天數(shù)按350d計算。(2)輸氣壓力輸氣壓力是指管道最高輸氣壓力，^Pa計，沒有壓縮機(jī)的管道即為管道起點(diǎn)最高壓力，有壓縮機(jī)時即為壓縮機(jī)出口壓力。(3)供氣壓力輸氣管道沿線或末端向用戶供氣，供氣合同中要求確定交氣壓力，管輸天然氣應(yīng)滿足這些壓力要求，并以此壓力作為管道設(shè)計條件。(4)輸氣溫度天然氣在輸送過程中，由于與土壤傳熱和壓力降低產(chǎn)生焦一湯效應(yīng)，溫度會降低。由于管道沿程各點(diǎn)溫度都會發(fā)生變化，因此輸送溫度除了對輸氣工藝計算產(chǎn)生影響外，對于天然氣水、烴露點(diǎn)溫度也會產(chǎn)生影響。(5)輸送距離一般指管道長度，輸氣管道設(shè)計時，一般氣源和用戶是先確定，根據(jù)線路走向方案，可以確定天然氣管道的長度。從天然氣管道起點(diǎn)到天然氣用戶交氣點(diǎn)的管道長度即為輸送距離。天然氣長輸管線的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢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)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現(xiàn)。歸納起來管輸技術(shù)的發(fā)展表現(xiàn)在以下幾個方面：(1)管材及制管技術(shù)的發(fā)展當(dāng)管徑超過DN400mm以后，無縫鋼管就不能滿足要求，于是就出現(xiàn)螺旋焊縫、直縫焊接鋼管。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。大口徑管道的制造需要有高強(qiáng)度的鋼材作基礎(chǔ)，管線專用鋼材應(yīng)運(yùn)而生。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X70。今后大口徑高強(qiáng)度直縫埋弧焊鋼管是管材及制管技術(shù)的發(fā)展方向。(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、流量計量設(shè)備及各種閥門等。隨著綜合機(jī)制技術(shù)的提高，目前這些設(shè)備也都進(jìn)行了更新?lián)Q代。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。航空型燃?xì)廨啓C(jī)體積小，便于和離心式壓縮機(jī)匹配，可實現(xiàn)完全的自動控制，目前已成為長輸管道的首選機(jī)型。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。調(diào)壓閥是輸氣管道上應(yīng)用最多的穩(wěn)壓設(shè)備，長輸管線上用的全為自力式調(diào)壓閥。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)亦由原來的薄膜式發(fā)展到曲流式等多種型式。調(diào)壓閥己經(jīng)從原來單一的調(diào)節(jié)性能發(fā)展到壓力檢測、流量監(jiān)控和安全保護(hù)等多種功能。流量計量己經(jīng)由法蘭改進(jìn)為采用孔板閥?？梢宰龅讲煌飧鼡Q孔板并且全部使用計算機(jī)進(jìn)行流量積算，可遠(yuǎn)傳實現(xiàn)全自動無人操作。為了克服孔板流量計計量精度受流量波動影響(流量小于設(shè)計值的30%時計量誤差會增大，無法滿足商業(yè)計量要求)、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和超聲波流量計，它們量程范圍寬、精度高(最高可達(dá)0.5級)而且很容易和計算機(jī)終端(RTU)相連實現(xiàn)自動控制。閥門的制造技術(shù)也有了很大的提高，原先在輸氣管上廣泛使用的舊式截止閥和閘閥己被淘汰，開關(guān)和密封性能更好的平板閘閥和球閥廣泛使用。輸氣干線上因為要通清管器全部采用球閥，多為氣液聯(lián)動球閥。在管線發(fā)生破裂時這種閥能由管道內(nèi)壓力的瞬間變化能及時關(guān)閉閥門，以防止事故擴(kuò)大，起到安全保護(hù)作用。(3)先進(jìn)的通信及自控系統(tǒng)目前的長輸管線己經(jīng)可以實現(xiàn)以計算機(jī)為中心的全自動無人操作和管理，調(diào)度監(jiān)控中心可以對全線任何站點(diǎn)下達(dá)調(diào)控指令，這就是SCADA系統(tǒng)。它的功能是監(jiān)控及運(yùn)行調(diào)度管理。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。原來我國郵電通信較落后，很多地方無法滿足數(shù)據(jù)傳輸要求，因此長輸管線都要自己建立專用通信系統(tǒng)，現(xiàn)在我國的通信質(zhì)量已和發(fā)達(dá)國家沒有多大區(qū)別，所以租用地方通信線路既可以減少首次投資，又方便與地方計算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)連接，以求資源共享。(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。現(xiàn)在采用野外半自動焊和自動焊技術(shù)，不但焊接質(zhì)量穩(wěn)定而且能提高焊接工效，已在西氣東輸工程中使用。線路施工的另一個難點(diǎn)是障礙穿越。如穿越河流、鐵路、高速公路等。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。鐵路和公路車輛運(yùn)行頻繁，開挖施工更為困難。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。穿長江過黃河已不再成為難題。長輸管線的一個特點(diǎn)是各站場規(guī)模、功能大體相同，采用模塊化組撬技術(shù)，變現(xiàn)場安裝為工廠預(yù)制。如站場的增壓裝置區(qū)、調(diào)壓計量區(qū)、凈化區(qū)分別在工廠組裝成幾個撬塊用拖車拖到現(xiàn)場，用地腳螺栓固定就安裝好了，大大提高了工效縮短了工期。(5)高新技術(shù)在管線勘測設(shè)計中的應(yīng)用在線路的勘測上已廣泛使用衛(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)約大量的時間和人力。目前管道設(shè)計工作基本上都在計算機(jī)上進(jìn)行，使用各種軟件包進(jìn)行工藝設(shè)計計算，計算機(jī)繪圖。通過計算機(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)計工作文件也在個人電腦上就可完成。完全進(jìn)入計算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)時代[11]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)計量功能。長輸管道在交接氣過程中必須設(shè)置專門的計量裝置如：孔板流量計、超聲波流量計或渦輪流量計進(jìn)行計量。(2)增壓功能。由于產(chǎn)地和用戶之間距離的長短不等、氣田原始壓力高低不同，長輸管道在輸送過程中往往需壓縮機(jī)進(jìn)行增壓。(3)接收和分輸功能。大口徑長距離輸氣管線往往經(jīng)過沿線附近的多個氣田分別供給許多城市使用，因此它中途要接收氣田的來氣和分輸給各地的城市。(4)截斷功能。為了使管線在某一地點(diǎn)發(fā)生損壞時不至于造成更大范圍的斷氣和放空損失，應(yīng)分段設(shè)置截斷閥，它在發(fā)生意外爆破事故時能可靠關(guān)閉。(5)調(diào)壓功能。與長輸管道連接的下游管線通常會以較低的壓力等級進(jìn)行設(shè)計，比如城市管網(wǎng)，因此要把干管的壓力調(diào)到一個相對穩(wěn)定的出口壓力。(6)清管功能。管道內(nèi)不可避免地遺留有施工過程的留下的污物和長期運(yùn)行后產(chǎn)生的鐵銹、固體顆粒、積液等。壓縮機(jī)、流量計、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。(7)儲氣調(diào)峰功能。天然氣的生產(chǎn)和運(yùn)輸過程通常是每天24小時內(nèi)均衡供給的，但城市用氣每小時都在變化，可以利用長輸管線末段壓力的變化，部分地緩沖這種均衡供氣和不均勻用氣之間的矛盾。長距離輸氣管道，尤其是大口徑高壓力的長輸管道往往跨省區(qū)甚至跨國界輸送巨量的天然氣，是能源運(yùn)輸?shù)拇髣用}。它的組成大致可分為：管道本身(包括干線和支線)、站場以及通信調(diào)度自控系統(tǒng)三部分。管道部分除管道本身以外還有通過特殊地段如：江河湖泊、鐵路、高速公路等穿(跨)越工程；管道截斷閥室；陰極保護(hù)站及線路護(hù)坡、堡坎等構(gòu)筑物。站場部分有首站、清管站、氣體接收站、氣體分輸站、壓氣站、門站等。清管站通常與其它站合建為一個站場，往往同時完成多種功。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兩套通信系統(tǒng)，電線路，移動通信主要使用手機(jī)。主要方式是光纜、衛(wèi)星和租用地方的郵電線路，移動通信主要使用手機(jī)［11。輸氣管道站場的分類輸氣站是輸氣管道工程中各類工藝站場的總稱。其主要功能是接收天然氣、給管道天然氣增壓、分輸天然氣、配氣、儲氣調(diào)峰、發(fā)送和接收清管器等。按它們在輸氣管道中所處的位置分為：輸氣首站、輸氣末站和中間站(中間站又分為壓氣站、氣體分輸站、清管站等)3大類型及一些附屬站場(如儲氣庫、閥室、陰極保護(hù)站等)按站場自身的功能可分為：壓氣站、分輸站、清管站、清管分輸站、配氣站等。(1)首站首站是天然氣管道的起點(diǎn)站，它接收來自于礦場凈化廠或其他氣源的凈化天然氣，其主要工藝流程為：天然氣經(jīng)分離、計量后輸往下游站場。通常還有發(fā)送清管器、氣體組分分析等功能。當(dāng)進(jìn)站壓力不能滿足輸送要求時，首站還具有增壓功能。(2)分輸站分輸站是在輸氣管道沿線，為分輸氣體至用戶而設(shè)置的站場。其主要的工藝流程為：天然氣經(jīng)分離、調(diào)壓、計量后分輸至用戶。有時還具有清管器收發(fā)、配氣等功能。當(dāng)與清管站合建時，便為清管分輸站。⑶末站末站是天然氣管道的終點(diǎn)設(shè)施，它接收來自于管道上游的天然氣，轉(zhuǎn)輸給終點(diǎn)用戶(一般為某城市門站或直供的工業(yè)用戶)，其主要工藝流程為：天然氣經(jīng)分離、調(diào)壓、計量后輸往用戶。通常還有清管器接收等功能。(4)壓氣站壓氣站是輸氣管道的接力站，主要功能是給管道天然氣增壓，提高管道的輸送能力。其主要工藝流程為：天然氣經(jīng)分離、增壓后輸往下游站場。(5)清管站輸氣管道投產(chǎn)時需要除水、干燥，施工后管道內(nèi)會滯留一些粉塵、雜質(zhì)，影響管道的氣質(zhì)，降低輸氣能力，凝結(jié)水還會加劇管道內(nèi)壁腐蝕。因此需要通過清管器清除管道中的積液、粉塵、雜質(zhì)和異物。清管站主要工藝流程為：清管器接收、天然氣除塵分離、清管器發(fā)送并輸往下游站場。首站的主要功能首站是天然氣管道的起點(diǎn)設(shè)施，氣體通過首站進(jìn)入輸氣干線。通常，首站具有分離、計量、清管器發(fā)送等功能。(1)接收并向下游站場輸送從凈化廠來的天然氣首站接收上游凈化廠來的天然氣，為了保證生產(chǎn)安全，通常進(jìn)站應(yīng)設(shè)高、低壓報警裝置，當(dāng)上游來氣超過或管線事故時進(jìn)站天然氣應(yīng)緊急截斷。向下游站場輸送經(jīng)站內(nèi)分離、計量后的凈化天然氣，通常出站應(yīng)設(shè)低壓報警裝置，當(dāng)下游管線事故時出站天然氣應(yīng)緊急截斷。(2)分離、過濾當(dāng)含塵天然氣進(jìn)入過濾器后先在初分室除去固體粗顆粒和游離水。之后細(xì)小的塵污隨天然氣流進(jìn)入過濾元件，固體塵粒在氣流通過過濾元件時被截留，霧沫則被聚合成大顆粒進(jìn)入除霧段，在天然氣流過霧沫撲集器時液滴被分離。分離后的天然氣進(jìn)入下游管道，塵污則進(jìn)入排污系統(tǒng)。(3)計量應(yīng)計量輸入和輸出干線的氣體及站內(nèi)的耗氣，這些氣量是交接業(yè)務(wù)和進(jìn)行整個輸氣系統(tǒng)控制和調(diào)節(jié)的依據(jù)。氣體計量裝置宜設(shè)置在過濾分離器下游的進(jìn)氣管線、分輸氣和配氣管線以及站場的自耗氣管線上。大流量站場的計量裝置，可分組并聯(lián)，并設(shè)備用線路。為了減少震動和噪聲，站場管道的氣體流速不宜超過20m/s。常用于測量天然氣體積流量的流量計有差壓式流量計、容積式流量計、渦輪流量計、超聲式流量計幾類。(4)安全泄放輸氣首站應(yīng)在進(jìn)站截斷閥之前和出站截斷閥之后設(shè)置泄壓放空設(shè)施。根據(jù)輸氣管道站場的特點(diǎn)，放空管應(yīng)能迅速放空輸氣干線兩截斷閥室之間管段內(nèi)的氣體，放空管的直徑通常取干線直徑的1/3-1/2,而且放空閥應(yīng)與放空管等徑。分輸站的主要功能分輸站是天然氣管道的中間站，氣體通過分輸站供給用戶。通常，分輸站具有分離、計量、調(diào)壓等功能。(1)接收上游站場來的天然氣并向下游用戶供氣接收上游站場來的天然氣，該部分內(nèi)容同首站相同。向下游站場輸送經(jīng)站內(nèi)分離、計量、調(diào)壓后的天然氣，出站應(yīng)設(shè)高、低壓報警裝置，當(dāng)出站超壓或下游管線發(fā)生事故時緊急截斷。(2)分離、過濾①分輸站如果是直接供給附近用戶用氣，對分離后氣體含塵粒徑要求較小，分離裝置選型可采用過濾分離器。該部分的內(nèi)容也與首站相同。②如果是分輸氣體進(jìn)入支線，分輸站距用戶較遠(yuǎn)，分離裝置選型宜采用旋風(fēng)分離器或多管干式除塵器。如粉塵粒徑大于5^m，處理量不大時，可選用旋風(fēng)分離器；處理量大時，可選用多管干式除塵器。(3)調(diào)壓分輸去用戶的天然氣一般要求保持穩(wěn)定的輸出壓力，并規(guī)定其波動范圍。站內(nèi)調(diào)壓設(shè)計應(yīng)符合用戶對用氣壓力的要求并應(yīng)滿足生產(chǎn)運(yùn)行的檢修需要。調(diào)節(jié)裝置目前多采用自力式壓力調(diào)節(jié)閥或電動調(diào)節(jié)閥，宜設(shè)備用回路。分輸站調(diào)節(jié)裝置宜設(shè)在分離器及計量裝置下游分輸氣和配氣的管線上。(4)計量分輸去用戶的天然氣需要計量，該部分內(nèi)容和首站相同。(5)安全泄放分輸站調(diào)壓裝置下游如果設(shè)計壓力降低，則應(yīng)在出站設(shè)置安全泄放閥，目前采用先導(dǎo)式安全閥。清管站(1)清管的作用①保護(hù)管道，使它免遭輸送介質(zhì)中有害成分的腐蝕，延長使用壽命；②改善管道內(nèi)部的光潔度，減少摩阻，提高管道的輸送效率；③保證輸送介質(zhì)的純度；④對管道內(nèi)壁和管道中的各種損傷和缺陷作診斷性檢測的清管。(2)清管站的設(shè)置清管站應(yīng)盡量與其他的輸送站場相結(jié)合而建在一起。但當(dāng)管道太長，無合適的站場可結(jié)合時，可根據(jù)具體情況設(shè)置中間清管站。決定清管站間距的主要因素是所用清管器的結(jié)構(gòu)形式、清管皮碗材料、清管器無線電發(fā)射機(jī)的電池耗電量大小、上下游站場的站間距等。站距短，清管效果較好。一般清管分離站可按50-200km間隔考慮設(shè)置。在地形起伏較大的管段，可適當(dāng)縮短其站間距。(3)清管器的發(fā)送和接收裝置清管器的收發(fā)裝置包括收發(fā)筒、工藝管線、全通徑閥門以及裝卸工具、通過指示器等輔助設(shè)備。①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。其發(fā)送筒的長度應(yīng)能滿足最長清管器或監(jiān)測器的需要，一般不應(yīng)小于筒徑的3?4倍；其接受筒長度應(yīng)更長一些，因為它需要容納不許進(jìn)入排污管的大塊清除物和先后連續(xù)發(fā)入管道的兩個或更多的清管器，其長度一般不小于管徑的4?6倍。②快開盲板快開盲板是為清掃、疏通管線、檢查、清理容器而在管口處設(shè)置的一種固定式快速開啟裝置。天然氣長輸管線的工藝設(shè)計內(nèi)容要求天然氣長輸管線的工藝設(shè)計就是根據(jù)設(shè)計任務(wù)書給定的輸送量和輸送距離經(jīng)工藝計算及多方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較尋找到一個最佳的方案。在設(shè)計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象的氣量、氣質(zhì)、壓力及其波動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)研和對線路走向的勘探，對不同的走向方案進(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在決定管道輸送能力時必須給今后發(fā)展留下足夠的余地，同時還必須考慮管道維修、事故處理對輸量的影響，同時也可以核算末段的儲氣能力。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。這樣就需要我們在管徑和輸氣壓力平方差兩者進(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，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)壓計量設(shè)備、清管設(shè)備、增壓設(shè)備以及氣體冷卻設(shè)備等［12。站址選擇要求基本要求(1)滿足系統(tǒng)工藝設(shè)計的要求，所選位置總體上服從輸氣干線的大走向。(2)所選站址應(yīng)符合當(dāng)?shù)爻擎?zhèn)的總體規(guī)劃。(3)與附近村鎮(zhèn)、廠礦企業(yè)、倉庫、鐵路、公路、變電所以及其他公用設(shè)施的安全距離必須符合GB50183-2004《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》中的有關(guān)規(guī)定。(4)社會依托條件好，供電、給排水、通信、生活條件好，交通便利。(5)所選站址(含放空區(qū))的占地面積應(yīng)是站內(nèi)各建筑物之間能留有符合防火規(guī)范規(guī)定的安全距離，必要時應(yīng)考慮站場的發(fā)展余地，要近、遠(yuǎn)期結(jié)合，統(tǒng)籌規(guī)劃。(6)選擇站址應(yīng)地勢開闊、平緩，以利于場地排水和放空點(diǎn)位置選擇，盡量減小平整場地的土石方工程量。2.8.2布站要求輸氣管道的沿線有許多種站場設(shè)施，將這些設(shè)施合建能減少占地，降低投資，并且方便管理。因此在可能的情況下宜盡量將這些站場設(shè)施合建：(1)輸氣首站一般設(shè)在凈化氣源附近，末站一般設(shè)在終點(diǎn)用戶附近。(2)分輸站的選址主要考慮靠近集中用戶的地理位置。(3)清管器盡量與壓氣站、分輸站合建。清管站的站間距選址主要考慮不應(yīng)超過清管器的最大運(yùn)行距離，一般清管站可按80-130km間距設(shè)置。(4)壓氣站布局涉及末段長度、首站位置和各中間站站距3方面內(nèi)容。其站間距與管道的運(yùn)行壓力和壓比有關(guān)，根據(jù)管道設(shè)計輸量，以及管道投產(chǎn)后數(shù)年內(nèi)輸量變化的預(yù)測，對不同的增壓輸送方案進(jìn)行優(yōu)選比選，根據(jù)推薦方案布站。(5)干線閥室的間距通常以管線所處地區(qū)的重要性和發(fā)生事故時可能產(chǎn)生的災(zāi)害及其后果的嚴(yán)重程度而定，這種間距通常為8-32km。在某些特別重要的管段兩端(鐵路干線，大型河流的穿跨越)也應(yīng)設(shè)置截斷閥室。(6)陰極保護(hù)站的間距受最大保護(hù)距離的限制，在布站時需綜合考慮這些因素，其站間距可以幾十或上百千米。陰極保護(hù)站宜與輸氣站場合并建設(shè)。線路工程線路選擇的原則(1)路徑走向應(yīng)根據(jù)沿途地形、地質(zhì)條件、沿線供氣點(diǎn)的地理位置以及交通運(yùn)輸、動力等條件經(jīng)多方案比選后確定；(2)結(jié)合所經(jīng)地區(qū)農(nóng)田、水利工程規(guī)劃及城鎮(zhèn)、工礦企業(yè)、鐵路和公路的規(guī)劃和發(fā)展，盡量避免管道線路與之發(fā)生矛盾；(3)中型河流穿(跨)越工程位置應(yīng)符合線路總體走向。局部走向應(yīng)根據(jù)中型穿跨越位置點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整；(4)線路宜避開多年生經(jīng)濟(jì)作物區(qū)和重要的農(nóng)田基本建設(shè)設(shè)施；(5)線路必須避開重要的軍事設(shè)施、易燃易爆倉庫、國家重點(diǎn)文物保護(hù)區(qū)；(6)線路應(yīng)避開城鎮(zhèn)規(guī)劃區(qū)、飛機(jī)場、鐵路車站、海港碼頭、國家級自然保護(hù)區(qū)等區(qū)域。當(dāng)受條件限制管道需要在上述區(qū)域通過時，必須征得主管部門同意，并采取相應(yīng)安全措施；(7)把保證管道的安全施工和安全運(yùn)行放在首位，盡量繞避滑坡、崩塌、泥石流等不良地質(zhì)區(qū)；(8)在遵循上述選線總原則的同時，針對不同的地形、地貌段，尚應(yīng)遵循以下具體原則：①山前平原、戈壁荒灘段：線路盡量取直，以減少線路長度；②山區(qū)段：管線盡量沿山底坡腳或山間河谷敷設(shè)，以減少劈石方量、水工保護(hù)量和降低施工難度；③黃土梁峁段:管線應(yīng)沿寬厚梁峁、規(guī)整臺塬或河川谷地敷設(shè)，盡量避免在窄梁、破碎臺塬上敷設(shè)；④河川谷地段：管道應(yīng)盡量躲避村莊、民宅、公路、鐵路等建筑物和蔬菜大棚、果園等經(jīng)濟(jì)作物區(qū)，以減少拆遷和賠償；⑤沙漠地段：線路盡量取直，并在沙丘(流動沙丘)最短和沙丘起伏不大的地方通過。沿線自然條件狀況(1)氣象條件管道工程所在地區(qū)深居內(nèi)陸，地處平原和崗地，大部分為典型的北亞熱帶季風(fēng)性氣候，冬季溫暖，最冷月平均氣溫在0℃以上；夏季炎熱，最熱月平均氣溫大于22℃,氣溫的季節(jié)變化顯著，四季分明。年降水量一般在1,000?1,500毫米，夏季較多，但無明顯干季。(2)沿線區(qū)域地質(zhì)概述定遠(yuǎn)縣：定遠(yuǎn)縣是安徽省滁州市下轄的一個縣，也是滁州市面積最大、人口最多的縣。同時定遠(yuǎn)還是“南京都市圈”的伙伴城市之一、皖江城市帶承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移示范區(qū)的一員。定遠(yuǎn)古有“境連八邑，衢通九省”之譽(yù)，現(xiàn)仍為全國南北要沖。京滬高速鐵路、淮南鐵路貫穿境內(nèi)，京臺高速公路橫跨境內(nèi)。肥東縣：江淮分水嶺斜貫肥東縣西北部，地勢北高南低，向巢湖傾斜。南淝河、店埠河向南流入巢湖，滁河?xùn)|流入長江，池河北流入淮河。屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫15.5℃,年降水量940毫米。礦藏有石灰?guī)r、白云石、磷灰石、大理石、鐵礦等。(3)管道沿線地形、地貌條件管道沿線大部分處于江淮分水嶺處，所在地大多為平原、崗地和山丘等地形。但平原和崗地占絕大部分，所以地形大都開闊、平坦，便于施工。沿線城鎮(zhèn)情況本工程干線管線通過安徽段的路徑走向為，由河南省經(jīng)安徽省太和、渦陽、利辛、蒙城、懷遠(yuǎn)、鳳陽、定遠(yuǎn)、滁州、全椒等縣市進(jìn)入江蘇，所經(jīng)地區(qū)大多為經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，沿線城鎮(zhèn)、人口較多。沿線地區(qū)等級劃分地區(qū)等級劃分按《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》(GB50251)的規(guī)定，可劃分為四個等級：(1)一級地區(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［13。壓縮機(jī)組選型天然氣長輸管道用壓縮機(jī)有往復(fù)式和離心式2種類型。目前，這2種機(jī)型在技術(shù)上均比較成熟，但在輸送工藝上各有優(yōu)缺點(diǎn)。往復(fù)式壓縮機(jī)的缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)動和易損部件多；活塞桿、十字頭、連桿、曲軸等部件受磨損和交變載荷，需要頻繁的維護(hù)、保養(yǎng)和更換，維護(hù)工作量和工作強(qiáng)度非常大，一個往復(fù)式壓氣站所需的操作人員一般為離心式壓氣站所需操作人員的2倍；機(jī)組運(yùn)行噪音較大，且為低頻噪音，無法消除，對運(yùn)行操作人員和壓氣站周邊居民影響較大；由于氣流脈動較大，對基礎(chǔ)和連接管道的抗震設(shè)計要求苛刻；體積大、占地面積大；潤滑油往往需要進(jìn)口且用量較大；零配件費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用高昂，國內(nèi)一個壓氣站的往復(fù)機(jī)庫存配件價值高達(dá)1000-2000萬元，機(jī)組的維護(hù)費(fèi)用隨運(yùn)行時間的增長而迅速上升；機(jī)組維持連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的性能差，有效利用率一般只有85%；存在潤滑油污染，國內(nèi)長輸管道至今沒有解決潤滑油污染問題；往復(fù)式機(jī)組的氣門損失、間隙泄漏等復(fù)雜物理效應(yīng)無法通過數(shù)值計算方法真實模擬，故其燃料氣消耗的實際值往往大大高于理論計算值；單機(jī)功率較低，一般單機(jī)功率小于3500kW，單機(jī)功率2500kW以上的往復(fù)式機(jī)組在國外長輸管道上的使用較為罕見，國內(nèi)沒有應(yīng)用的先例。往復(fù)式壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：價格較低（本工程若采用往復(fù)式壓縮機(jī)組，與離心式機(jī)組相比，投資可減少20%以上），效率高（85%以上），壓比大，對壓力和流量的波動適應(yīng)性強(qiáng)，在額定流量的40?50%范圍內(nèi)均可正常工作，無喘振（Surge）和堵塞（Stonewall）工況，流量的變化對其效率影響較小。離心式壓縮機(jī)的缺點(diǎn)是：價格較高，效率低（ISO條件下，效率為75?85%）,對輸氣量和壓力波動的適應(yīng)范圍小，低輸量下易發(fā)生喘振。離心式壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：易損件少，運(yùn)行平穩(wěn)，噪音低（廠房外噪音低于85db）,使用壽命長，運(yùn)行管理和維護(hù)保養(yǎng)簡單，維護(hù)費(fèi)用低，沒有潤滑油污染現(xiàn)象，適于在長時間穩(wěn)定工況下運(yùn)行，單機(jī)功率較高，一般單機(jī)功率可高于3500kW。根據(jù)近幾年往復(fù)式和離心式壓縮機(jī)組在我國長輸管道上的運(yùn)行經(jīng)驗，離心式壓縮機(jī)運(yùn)行管理和維護(hù)保養(yǎng)相對簡單。綜合考慮上述兩種壓縮機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，本工程河口分輸壓氣站的壓縮機(jī)將采用離心式壓縮機(jī)。管道材質(zhì)及壁厚選擇材質(zhì)選擇對于①610mm管道，目前國內(nèi)用于這種口徑輸氣管道的鋼管主要有螺旋縫埋弧焊鋼管和直縫埋弧焊鋼管兩種類型。對于本工程，考慮到設(shè)計壓力較高，從安全性和經(jīng)濟(jì)性考慮，在一、二、三級地區(qū)直管段用管推薦采用螺旋縫埋弧焊鋼管，熱煨彎頭用管和冷彎彎管用管推薦采用直縫埋弧焊鋼管。鐵路、高速公路和II級及II級以上公路穿越段推薦采用直縫埋弧焊鋼管。鋼管壁厚的確定鋼管壁厚按《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》(GB50251-92)中規(guī)定計算：6=PHDH- (2-1)2oFS式中5—鋼管計算壁厚，mm；PH—設(shè)計壓力，MPa；DH—管道的外徑，mm；。S—鋼管的最小屈服強(qiáng)度，MPa；F—設(shè)計系數(shù)(由地區(qū)等級來確定，如表B1)。管道跨越工程輸氣管線線路需要通過天然或人工障礙時，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、河漫攤窄小，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。因為在河流的直線部分，水流對河床及河岸沖刷較少；水流流向比較穩(wěn)定，跨越工程的墩臺基礎(chǔ)受漂流物的撞擊機(jī)會較少。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)垂阻的地段。④跨越點(diǎn)必須在河流歷史上無變遷的地段。⑤跨越工程的墩臺基礎(chǔ)應(yīng)在巖層穩(wěn)定，無風(fēng)化、錯動、破碎的地質(zhì)良好地段。必須避開坡積層滑動或沉陷地區(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)有施工組裝場地或有效方便的交通運(yùn)輸條件，以便施工和今后維修。(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，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，可首先來用"n"型鋼架結(jié)構(gòu)，充分利用管道自身承壓。②跨度較小，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，對地基要求不高，適用范圍較廣。桁架結(jié)構(gòu)主要來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，其他桿件多選用角鋼，下弦兩端來用滑動支座，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。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)有單管拱及組合拱兩大類。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，因此對地基要求較高。管拱施工時，要求有一個較為平整的施工場地，安裝時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基礎(chǔ)，以及臨時施工設(shè)施時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。塔架能順管橋方向自由擺動調(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)提高了懸纜管橋結(jié)構(gòu)的自振頻率，在結(jié)構(gòu)上可以取消復(fù)雜的抗風(fēng)索而設(shè)置較為簡單的防振索等消振裝置。一般適合于中，小口徑管道的大型跨越工程。懸纜管橋最明顯特點(diǎn)是充分利用管道本身強(qiáng)度，使管道受拉壓力，彎曲等綜合應(yīng)力。結(jié)構(gòu)較前兩種懸吊管橋簡單，施工方便。在中小口徑管道的大跨度跨越中，若采用高強(qiáng)度合金鋼的管材時，可以應(yīng)用。斜拉索管橋?qū)儆谛崩|式吊橋范疇。斜拉索管橋的牽索為彈性幾何體系，因而剛度大，自重小，結(jié)構(gòu)輕巧，外觀簡潔大方，特別適宜于山區(qū)河流的跨越工程。3設(shè)計說明書3.1概述在進(jìn)行輸氣管道規(guī)劃方案研究時，要從眾多可能的輸氣方案(由不同輸量、不同管徑、不同壓力等級、不同壓比組配而成的各種方案)中，通過工藝計算和技術(shù)經(jīng)濟(jì)測算，選出幾個或幾組較經(jīng)濟(jì)合理、工藝和技術(shù)上又較切實可行的較優(yōu)方案，從而為以后的預(yù)科研、科研階段的深化研究打下基礎(chǔ)［1］。一般說來，大型干線輸氣管道的工藝計算比較復(fù)雜：(1)在計算中要考慮的因素很多，諸如終點(diǎn)與起點(diǎn)的高差、沿線的地形、分氣點(diǎn)和進(jìn)氣點(diǎn)的分布及分氣量和進(jìn)氣量的大小、輸氣管道末段的儲氣功能等。(2)水力計算和熱力計算互相牽制，因為通過上述兩種計算所需求得的參數(shù)，正是在計算中應(yīng)該是互為不可缺少的已知數(shù)，間距的求解必須要知道天然氣在輸氣管計算段l中的平均溫度tcp而為求得后者而進(jìn)行熱力計算時又必須要知道壓氣站間距，即計算段長度l。(3)輸氣管道的水力計算是按計算段進(jìn)行的，在計算中必須考慮計算段終點(diǎn)與起點(diǎn)的高差及計算段沿線地形的影響，而未求出計算段長度(即壓氣站間距)l之前就無法知道計算段終點(diǎn)的位置，從而無法知道其與起點(diǎn)的高差，也無法知道計算段段內(nèi)沿線完整的地形。為進(jìn)行輸氣方案工藝計算，至少要具備下列基本參數(shù)：年輸量Q，108m3/a；天然氣組分、相對密度口；線路走向和大致的長度L，km；如果規(guī)劃中的輸氣管道沿途有較多的分氣點(diǎn)，則還必須知道大致的分氣點(diǎn)的距離和分氣量，以便在計算中把分氣的影響考慮進(jìn)去。根據(jù)上述這些基本依據(jù)，就可著手進(jìn)行各種輸氣方案的工藝計算。計算順序概括如下：(1)對一種輸量，設(shè)定幾種管徑、幾個壓力等級(如5.3、6.3、7.5MPa)、幾個壓比(根據(jù)俄羅斯的經(jīng)驗，在輸氣管道上一般采用的壓比范圍為：1.25?1.6),從而組成多種方案；(2)計算末段長度；(3)計算每一個方案的壓氣站間距；(4)確定壓氣站數(shù)；(5)計算單站功率；

(6)初選燃一壓機(jī)組型號，初定機(jī)組臺數(shù)；(7)計算燃料氣耗量；(8)計算耗鋼量。在上述工藝計算基礎(chǔ)上，經(jīng)濟(jì)部門根據(jù)有關(guān)的主要參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)測算，算出每一種輸氣方案的基建投資、輸氣成本、管輸費(fèi)用、終點(diǎn)門站的天然氣價格等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，通過比較，選出幾個或幾組較優(yōu)的輸氣方案。以上僅列舉了輸氣管道工藝計算復(fù)雜性的部分事例。當(dāng)然，利用國內(nèi)外已開發(fā)的有關(guān)軟件，通過計算機(jī)可以迅速求得各種輸氣方案的參數(shù)。但在輸氣管規(guī)劃方案研究階段并不需要很精確的計算結(jié)果，而在實際上這也是不可能做到的，因為這需要有詳盡的原始資料和原始數(shù)據(jù)，而這在規(guī)劃研究階段是不具備的。本論文所采用的輸氣管道工藝計算方法適用于輸氣管道規(guī)劃初期方案研究階段，近似的輸氣管道工藝計算方法，在不考慮高差、沿線地形、儲氣功能等諸因素，采用水平輸氣管基本公式，公式中某些參數(shù)根據(jù)國內(nèi)外的實踐經(jīng)驗和分析推測進(jìn)行設(shè)定。利用這一工藝計算方法可求得幾十個、上百個、甚至幾百個輸氣方案的參數(shù)，然后進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評估，通過比較，選出幾個或幾組較優(yōu)方案，為以后(預(yù)科研或科研階段)的深化研究打下基礎(chǔ)。在具備了足夠的、所必需的原始資料和原始數(shù)據(jù)后，在上述工藝計算的基礎(chǔ)上，就可進(jìn)行較詳細(xì)、深入、精確的計算［14。3.2水力摩阻系數(shù)從不同的書刊上可見到不同形式的輸氣管計算公式，常見的如原蘇聯(lián)早期和近期公式、威莫斯公式、潘漢德爾修正公式，柯列勃洛克(Colebrook)公式等，這眾多形式的公式，其實都來源于輸氣管的基本公式只不過在基本公式中代入了不同的水力摩阻系數(shù)的計算公式。不同的流態(tài)有不同的水力摩阻系數(shù)入計算公式。干線輸氣管中氣體的流態(tài)一般總是處于阻力平方區(qū)，照理應(yīng)選用適用于該區(qū)的計算公式。但在工程實踐中(特別是由于電子計算機(jī)的應(yīng)用)，通常采用混合摩擦區(qū)的公式，即既考慮雷諾數(shù)Re的影響，又考慮管壁粗糙度K的影響。這類公式被認(rèn)為是適用于紊流。二個區(qū)的通用公式，如歐美，一些國家采用柯列勃洛克(Colebrook)公式:1 ?(1 ?(2.51K)星lg［菽仄+西J(3-1)俄羅斯的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用如下公式:

九TP=0九TP=0.0067'1582K、

+IReD)（32）式中展一雷諾數(shù)；K—管壁的當(dāng)量粗糙度，mm；DB——內(nèi)徑，mm；上述兩式在阻力平方區(qū)時，由于2.51《 KRe、次、3.7DvXB1582KRee^D5~B（3-3a）（3-3a）二114一日BXTP2KXTP2K、DbJ(33b)如按俄羅斯“標(biāo)準(zhǔn)”取K=0.03mm,代入式（3-3b）式，得:（34）（34）X二 TPD0.2B按俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)，在實際計算水力摩阻系數(shù)時，還應(yīng)考慮局部摩阻（閥件、管件、穿跨越等）和有無清管裝置，故輸氣管基本公式中的大應(yīng)按下式計算：XX=1.05tpp- （3-E25）式中1.05—考慮輸氣管段上閥件、管件、穿跨越等局部摩阻的修正系數(shù)；E—水力效率系數(shù)，如輸氣管上有清管裝置，取E=0.95；如無清管裝置，應(yīng)取E=0.92。歐美國家在實際的設(shè)計計算中，管壁粗糙度取得較小（如美國取K=0.018mm），水力效率系數(shù)取得較高（有取E=0.98,0.99的），而且把E單獨(dú)地作為輸氣管基本公式中的一個系數(shù)，而俄羅斯卻把水力效率系數(shù)E歸并到水力摩阻系數(shù)的公式中；此外，俄羅斯在水力摩阻系數(shù)公式中還未考慮5%的局部摩阻，至于歐美國家以什么方式考慮局部摩阻尚不清楚。通過大量的計算、比較、分析，得出了如下初步結(jié)論：按原蘇聯(lián)近期公式（即公式（3-4）和柯列勃洛克公式（3-1）計算的結(jié)果基本接近，而按潘漢德爾修正公式計

算的結(jié)果（壓氣站間距和壓氣站數(shù)）偏大（與上述兩式的計算結(jié)果相比），究其原因，按潘漢德爾修正式（即B式）：九=0.01471Re一0.0392，計算的水力摩阻系數(shù)偏小。當(dāng)然，上述初步結(jié)論有待進(jìn)一步驗證。3.3天然氣在輸氣管計算段中的平均溫度tcp天然氣在輸氣管道計算段中的平均溫度楊與許多參數(shù)有關(guān)：起點(diǎn)溫度tH、地溫to、計算段長度l，總傳熱系數(shù)K、定壓比熱［、節(jié)流效應(yīng)（或焦一湯效應(yīng)）系數(shù)Di。在初算階段，還未完全具備所必需的原始資料和數(shù)據(jù)的條件下，加之場與壓氣站間距l(xiāng)又互為未知數(shù)，故只能根據(jù)經(jīng)驗，分析和推測，近似地估算如值，待具備了完整的原始資料和數(shù)據(jù)時，就可通過較為精確的計算，再加以修正。分析推測的依據(jù)主要是計算段起點(diǎn)的天然氣溫度（或壓氣站出口的天然氣溫度）tH。天然氣壓縮后必須用空冷器進(jìn)行冷卻，因此，壓氣站出口的天然氣溫度tH應(yīng)為經(jīng)空冷器冷卻后的溫度。從理論上講，冷卻溫度越低越好，因為低溫輸送是提高輸氣管通過能力，降低單位費(fèi)用指標(biāo)的主要途徑之一，是當(dāng)前天然氣管輸工藝方面的一大研究方向。但這在目前有一個合理性和可能性的問題。在現(xiàn)階段，根據(jù)俄羅斯的經(jīng)驗，天然氣經(jīng)空冷器冷卻后的年平均溫度應(yīng)保持在14?27口之間。另根據(jù)“標(biāo)準(zhǔn)”規(guī)定：天然氣最優(yōu)年平均冷卻