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管道研究

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油气管道线路设计和管道运营保护

来源:《管道保护》杂志 作者:史航 时间:2018-7-6 阅读:

史航

中国石油管道公司副总工程师

管道线路走向对管道工程来说,是做好项目的重要基础,它赋予管道整个寿命期最基础的条件,确定了沿线经过的区域自然条件、地形、地质条件、高程及穿过河流、铁路公路、敏感点等等,决定了管道工程量的大小、输送条件的优劣、施工难易程度及管理维护难易程度。因此,线路设计对管道的运营保护至关重要。

1  引言

管道线路设计包括路由选线、管道敷设方案、选材计算、施工技术要求等,其中敷设方案包括穿越、跨越工程设计和防护工程设计,管道线路设计直接确定了施工条件和投产运营条件。管道线路经过各类自然和社会条件,其保护条件差异很大,因此管道线路设计不但要符合法规和规范要求,而且重点要使各段管道处于无干扰或干扰最小、可获得良好保护的状态。这个理念应贯穿设计的各个阶段,直到施工、投产。

2  管道选线与周边建构筑物距离和管道保护的关系

2.1 线路工程的复杂性

长输管道线路工程要适应各种自然条件和社会条件:

自然条件:地理环境、地形、地质、水文、气象、生物等;

社会条件:法律、社会、风俗、经济、基础设施(工业、交通、电力、水源、通信),

区域的限制条件(环境、军事、城市方面的敏感区域);

管道项目本身的条件:线路长度、管径、壁厚、材料、工期和投资因素等。

不同的管道项目和上述所有不同因素的组合,构成了线路工程的极端复杂性,与管道站场有很大不同。

2.2 管道选线的重要性

管道线路走向对管道工程来说,是做好项目的重要基础,它赋予管道整个寿命期最基础的条件,确定了沿线经过的区域自然条件、地形、地质条件、高程及穿过河流、铁路公路、敏感点等等,决定了管道工程量的大小、输送条件的优劣、施工难易程度及管理维护难易程度。因此,线路设计对管道工程影响包括项目的安全、技术和建设条件的可行性、工程的经济性等,对管道的运营保护至关重要。

2.3 设计规范中有关距离要求的规定

新版《输油管道工程设计规范》(GB50253-2014)和新版《输气管道工程设计规范》(GB50251-2015)关于管道与建筑物、居民区、工厂的距离要求,与旧版规范有所不同,成为各方关注的焦点。

新版《输油管道工程设计规范》4.1.6条规定:埋地输油管道同地面建(构)筑物的最小间距应符合下列规定:1  原油、成品油管道与城镇居民点或重要公共建筑的距离不应小于5m;2  原油、成品油管道临近飞机场、海(河)港码头、大中型水库和水工建(构)筑物敷设时,间距不宜小于20m。

新版《输气管道工程设计规范》4.1.1条第10款规定:埋地管道与建(构)筑物的间距应满足施工和运行管理需求,且管道中心线与建筑物的最小距离不应小于5m。

2.4 管道周围距离限制与安全的关系

旧版《输油管道工程设计规范》(GB50253-2006)规定:原油、C5及C5以上成品油管道与城镇居民点或重要公共建筑的距离不宜小于15m,因受条件限制采取有效措施后也不宜小于8m。

旧版《输气管道工程设计规范》(GB50251-2003)没有规定输气管道与建筑物的距离。

对此,多年来的一个疑问是:为什么输油管道有距离要求,输气管道反而没有距离要求?

20 世纪70 年代中期,我国相关规范制定时参照了美国国家标准ASME系列(ASEM B31.4、 ASME B31.8)规范 “以强度保证安全”的理念。其原则是:严格控制管道及其构件的强度和严密性,并贯穿从管道设计、管材冶金、制管、设备材料选用、施工、检验、运行、维护到更新改造的全过程(即管道全生命周期的完整性管理),用控制管道的强度和结构安全来确保管道系统的安全,从而为管道周围公众、建(构)筑物及其他设施提供安全保证。目前欧美各国多采用这种设防原则。按照此原则,管道设计采取的主要安全措施,是随着公共活动的增加而降低管道应力水平,即增加管道壁厚,以强度确保管道自身的安全。世界上只有俄罗斯和一些独联体国家采用“以距离保障安全”的原则,虽对管道系统强度有一定要求,但主要是控制管道与周围建(构)筑物的距离,以此对周围建(构)筑物提供安全保证。

我国采用类同北美地区的“以强度保证安全”的理念是合理的,因为油气管道是易燃易爆的油气产品输送设施,油气介质不像明火设备、高压电线等本身对附近人群产生危险,只要管道自身的安全能够保证,既管道不受到破坏,它对管道周围公众、建(构)筑物及其他设施是很安全的。如同铁路列车和公路汽车运载各类易燃易爆、有毒的危险物品,只要运载车辆和容器安全,就不会对道路上其他车辆和周围设施形成威胁。但油气管道和危险品车辆都存在一定危险性,需要从提高自身安全、防止外力破坏两方面保障正常运行。

基于我国人口众多、各类设施密集的实际情况,油气管道与周围设施保持较远的距离是不现实的,如果要求的距离过大,许多地区管道将无法建设通过。但油气管道作为能源通道必须建设。对于旧版规范规定输油管道两侧15m的距离要求,在实际中是很难执行的。例如原石油天然气管道保护条例规定“管道两侧50m范围内不能修建大型建筑”,在执行中遇到了很大阻力。管道保护法则仅限制了管道两侧5m之内危害管道的活动。

新版输油、输气管道工程设计规范在距离要求方面做了大量的分析研究工作。新版规范的修改,充分考虑了管道的安全,发挥了埋地管道对地面设施干扰小、受其影响小的优点,又兼顾了管道安全保护的需要,将输油、输气管道与周边建筑物的距离严格限制在5m以外,这样,输油和输气管道与周围距离要求不一致的问题也解决了,同时与管道保护法的规定也一致了。

3  线路设计中应考虑的管道保护问题

3.1 管道设计与管道安全保护的关系

管道设计与管道安全保护的关系主要体现在以下方面:

(1)设计中,管道安全是最重要的原则,要保证所设计管道的安全,就要使管道在正常工况下能够得到保护、正常运行;对特殊工况有应急预案,特殊工况下能够检测、发现危险,并预计危害程度,有预防灾害、风险的措施。

(2)工程设计,能保证工程达到完善而良好的运行功能,能对建设活动起到良好的指导,从而提高施工、投运的质量,以保证管道的本质安全。另一方面,应对管道在各种条件下的保护有充分的考虑,对各种风险因素有应对和避险措施,从而对运营维护起到良好的保障作用。

(3)管道工程运营期一般在30年或更长的时间,时刻都需要进行管道保护,设计人员对管道保护的重要性和长期性要有概念上的理解。

(4)设计偏重于对新建工程、改扩建工程的考虑,对运营中的各种工况掌握不够清楚。管道保护含有对于自然影响因素的保护,但重点还是对人为因素造成影响的保护,管道设计单位应加强与运营单位合作,通过对各种风险案例分析,在设计中采取针对性技术措施,使管道具有抗风险的能力,具备保护的条件。

3.2 管道选线

在设计前期尽量选择优良线路、选好站场和阀室位置,对提升管道保护水平,实现管道安全、平稳运行极为重要。

3.2.1 选线的要点

设计文件中列出的选线原则大多为规范要求,归纳起来主要是:

(1)满足合规性;

(2)使线路位于安全稳定、容易保护的位置;

(3)人为因素方面;

(4)与公路、铁路、高压线、河堤、水渠等保持合理距离;

(5)尽量避开矿区;

(6)不同管道项目特点选线方式不同;

(7)选线设计的方法。

选线设计主要靠经验和资料掌握的多少及详细程度,要认真调研、踏勘,从多方案中优选。关键要考虑管道的长期运营安全,注重管道保护的实际需要。

3.2.2 设计与各项评价充分结合

做好工程项目的各项评价和土地预审工作,满足建设程序要求。做好了各项评价,设计方案中落实评价结论,不遗留问题,才能给今后的管道保护提供良好条件。

需要注意的是,评价由专门的、有资质的单位进行,评价单位对设计、工程建设和运营不一定精通,因此要求设计单位与评价单位充分沟通、结合,及时通知因勘察资料变化、地方要求变化、设计输入条件调整等造成的设计方案变化,使评价的线路、站场、穿跨越等与管道的实际条件相符。应坚决避免等到评价结束、评审通过后才发现设计无法解决的问题。

3.3 线路定线及敷设方案

3.3.1 线路定线关注管道的保护

定线是选线方案的细化,具体线路走线落实在沿线的桩位上,一般在初步设计阶段进行。设计的重点如下:

(1)总体线路要顺畅,地形和地质条件较好,能够避开主要地质灾害区域;

(2)线路避开关键的敏感点,一般敏感点通过得到评价认可且获得地方主管部门批复,不留疑点;

(3)管道沿线道路条件较好,便于保护;

(4)沿线的三穿工程位置较好,便于施工和维护。比如在平坦的低路基地段穿越高速公路,在铁路的陆地桥梁下穿越铁路,在顺直的河段大角度穿越河流等;

(5)管道与村庄、建筑物保持一定距离,尤其是远离学校、医院、人群密集场所;

(6)尽量不拆迁房屋,不经过坟地、林地、大棚、鱼塘、水库等;减少“插缝”穿过村庄和居民区;山区大口径管道可采用隧道避开高山、绕行的山谷、大型地质灾害地段;河岸边管线不能顺岸边敷设;

(7)地形复杂地段管道可选择稳定的山梁、沟谷,平面上可多转弯,绕开一些深谷、山梁;

(8)黄土地区线路尽量顺着稳定的塬、宽阔的梁或谷地,找准稳定的冲沟穿越位置,并处理好腰岘穿越;

(9)经济发达地区一般是按着城市规划部门同意的线路,远离地下管涵,地形起伏的丘陵区将来可能做规划区的,需要注意深挖、高填对管道的不利影响,尽量避开;

(10)管线可沿着一些管廊、道路两侧保护区等敷设;

(11)沿线其他应注意的问题,应注意上述所讲的区域、介质、管径、并行或管网等各种因素。

3.3.2 线路敷设方案关注管道的保护

(1)管线埋深不能太浅,一般不应小于1.2米,除非台阶地的根部,管道尽量不按规范上的“最小埋深”;

(2)原油、成品油管道更要考虑深埋一些,深埋一是受地面载荷影响小,另外主要是防止打孔盗油;

(3)减少跨越,多做穿越;穿越段埋深尽量加大;

(4)非障碍物下方,能一般埋设的就不用定向钻。定向钻用于确实不能开挖埋设通过的地段;

(5)车辆通过管道上方的小路应加混凝土盖板;

(6)埋设警示带;

(7)人口密集区加密地面标识,多设警示牌等。

3.4 阀室定位

在相邻站场之间,根据地区等级、穿跨越等因素确定阀室数量;阀室间距不要紧卡规范边缘,但也不推荐多设阀室。

输气管道靠近潜在用户的,考虑改设分输站的可能。

4  运营管理单位应关注设计中的管道保护问题

目前国内建设模式主要实行工程项目建管分离,地区公司负责前期核准、地方批复的沟通协调,工程核准之后的实施阶段,也有建设业主和运营业主不同的模式。运营业主才是管道保护的主要承担者。所以,从管道设计阶段开始,运营业主就要关注设计方案是否有利于管道的保护,对设计中管道保护内容予以审查,提出意见建议,并与建设方一起完善设计,达到各方满意。审查的重点如下:

4.1 可研阶段的审查要点

(1)总体线路走向,使之有利于管道的维护管理;

(2)站场位置,有人值守的站场既不能在城市规划区内(与地方燃气合建站除外),也不要离开城市太远,应靠近道路、交通方便,地形、地质、土地类别、周围环境都要有利于站场的保护;站场面积、可扩展性也要关注;

(3)协调、做好可研阶段的各项评价、土地预审工作;

(4)关注重要的难点段、大型穿跨越方案,设计方案要有利于管道安全,避开敏感位置、难以施工和维护的区段,便于后期管道维护和保护;

(5)关注设计、评价、核准的进展,定期组织各方会议,详细汇报,良好沟通。

运营管理单位的责任不仅仅是协调地方关系,等待竣工验收,还应密切关注各种与管道运营、保护有关的设计方案,关注项目环境的变化。

4.2 初步阶段的审查要点

(1)线路各段走向合理,敏感区处理合理,保护措施落实;

(2)站场选址及保护方案合理;

(3)建设程序、设计方案依法合规,各项评价结论得到落实;

(4)敷设方案风险因素考虑全面,各段管道均能获得保护;

(5)阀室、阴保站布置合理,保护方案合适;

(6)穿跨越方案合理,施工无风险,质量能保证;

(7)水工保护、水土保持、地质灾害处理措施合理,工程量足够;

(8)工程经济评价合理,概算满足,管道保护投资落实;

(9)设计文件齐全、质量符合集团公司规定要求。

5  结语

(1)现行的国家、行业技术标准(规范)中主要是对设计提出要求,为的是保证工程安全、保证质量、达到平稳运行、环保、技术经济合理的目的。

(2)管道在规划、设计、建设过程中和建成后,都要以“设计方案能够使管道获得良好保护条件”为原则;同时,设计还需对施工、建设和运营单位提出管道保护的要求,以实现设计意图、保证工程建设质量。

(3)负责运行的上级机关、各运营公司切实关注设计,及时沟通,反馈意见,共同做好设计中的管道保护工作。

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