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1、陕京输气管道工程设计概况天然气工业1998年1月陕京输气管道工程设计概况(四川石油管理局勘察设计研究院)13向波等.胰京精气管道工程设计概况.天搽气工业.1998;18(1):6668要陕京精气管道是我国迄今最长的一条太口径天然气精气管道.谈管线西起陕西.末至北京.垒长妁860,横跨陕西,山西,河北,北京三省一市.垒线共穿跨越大型河流5条.中小型河流238次.太中型黄土冲沟15次.铁站15次.主干公站86次.设计中采用了SCADA系统实施垒线的数据采集,远程控审I和调度管理;配备了先进的管理和运行驶件.进行科学和优化运行管理;采用的卫星通讯手段为工程提供了可靠,先进的侍输通道;在线幢满摹坑对管
2、道进行实时在线监测,以提高管道运行的平安性;先进的三层结构PP.外防腐沫层提高了管道的防腐性能和使用寿命.垒线设置有36座截断阎室,其中9座为远控周室,各阎室均能在管道事教状态下紧惠自动关闭;同时还设置有阴撅保护站9座,对垒线实施保护.主_调隈甘宁地区北京鬯笔兰兰自动控制堕曼绝缘层皂墨堡拉陕甘宁气田至北京输气管道工程(以下简称陕京管道)西起陕西省北部靖边县.东至首都北京.管道从西向东横跨陕西,山西,河北,北京三省一市共22个县,市,区.其设计压力为6.4MPa,全线采用DI560mm管道,设计年最大输送能力为2OlO8m.线路全长约860km,其中在陕西省境内水平长度为287.5km,山西省境
3、内为340km,河北省境内为171.2km,北京市境内为41.3km.管道沿线经过平原520.6km,丘陵船.9km,河各川台209.5km,山地21kra;穿跨越大型河流5条,中小型河流共238次.大中型黄土冲沟15次,铁路16斑主干公路86次;管沟土石方总量达51810m3.全线共设置线路截断阀室36座(其中9座远控阀室).各阀室均能在管道事故状态下紧急自动关闭,以减少天然气损失和减轻次生灾害及缩短维护抢修时间.9座阴极保护站均设在工艺站场内,最大站间距为115km.线路设计1.大型河滩穿跨越设计陕京管道共穿(跨)越无定河,秃尾河,窟野河,黄河,永定河5条大型河澎.其中,无定河,窟野河,永
4、定河采用沟埋方式穿越过河;秃尾河采用定向钻方式穿越过河;黄河采用悬索结构体系跨越过河.2.线路工艺设计(1)推荐工艺方案通过对0610,0660,0771三种管径,按最终输气量2O100Tn3/a构成的数十种工况的工艺计算及优化,最终选用输气管道管径066OIIlnl,管道设计压力6.4MP白;管道最大允许压力为6.4MPa;管道起点最高压力6.27MP县;北京末站天然气进站压力大于或等于1.9MPa.(0)管道调峰能力采用长输天然气管道末段储气解决城市供气的局部调峰是世界上常用且较为经济合理的方式.根据北京市年平均日小时用气不均匀系数和月用气不均匀系数以及北京市各规划期内的年用气量计算的城市
5、需要的年平均日调峰气量和季节调峰气量觅表1.从表1中可以看出,城市所需的季节调峰气量很大,拟采用在北京市附近新建地下储气库解决.城市所需的年平均日调峰气量相对较小,经过工艺模拟计算,本糖气管道可采用管道末段储气满足北京市正常日调峰的需要.*向渡.1963年生.高级工程师,1984年毕业于西南石油学院储运专业,一直从事于输油输气管道工程设计.是陕京输气管道工程工程负责人之一,曾获中国石油天然气总公司优秀青年设计师,现任四川石油管理局勘察设计研究院一室副主任.地址:(610017)四川省成都市小关庙后街28号. :(028)6747914转346.?66?第18卷第1期天然气工业裹1北京市要调峰气
6、量裹管输气量北京市用气量年平均日调峰气量季节调峰气量(10m3/a)(10.m3/a)(10m3)(10m)11741.7335015l059.6480o202189.472册3.警道墨度设计(1)管道通过地震区的强度设计根据对地震期间地面运动的各种研究和记录,地震烈度与当地的地面运动参数存在以下关系,见表2.裹2地烈度与地面运动撒寰地震烈度最大速度最大加速度(MSK1964分级)(m/g)(m/s2)V0.D250.250.0500.:500.Lo01.00啊0.2002.00经对管道通过地震烈度区采用最不刺情况的抗纛验算.本输气管道所通过的度及度以下烈度区时,管道是平安的.(2)管线用管确
7、定管道强度计算采用ANSIB3.18第841.11节计算公式,根据管道所通过的不同地区等级分别计算管予壁厚.经强度计算,推荐X60为陕京管线管道用材.不同地区等级用管情况为:I级地区,O66O7.1nm;II级地区,066087nlm;m级地区,o66ol03m;级地区,066012.7mm.管道沿线地区等级的蛔分根据沿线的居民密集程度按设计标准的分级标准进行.本工程管道通过的I,级地区均采用国产双面埋,l焊螺旋麓钢管,管道通过的,级地区及大型河藏穿跨越均采用进口直缝埋孤焊钢管,用管质量均符合API5L标准.4施(1)管道通过活动地震断裂带处理管道通过活动断层的处理措旖为:选择适宜的管道穿越活
8、动断层位置;使管线与断层走向有一个3070的理想交角,让埋地管道在断层错位作用下单纯受拉;通过断层及过渡段的管道采用较太壁厚管子,并采用进口直囊焊钢管以提高管道自力强度;在活动断层两侧过渡段外,分别设置自动截断阀室,以减轻当活动断层错位而造成管道破裂时,可能导致的次生灾害;管道通过活动断层段采用弹性敷设和冷弯管,以增加管道的柔性;对通过断层及过渡段的管道应加大管沟尺寸,并采用松散的无粘性砂土回填,以减少周围土壤对管道的约束.(2)湿陷性黄土地区管道的保护措施陕京管道大局部地处黄河中游的黄土地区,通过黄土地区长度为580kin,占管道全长67%;黄土覆盖厚度为870m,沟壑纵横地形破碎,平均沟壑
9、密度为2.7km/km2,相对割切深度达100-200m;管道途径坡度大于10,斜坡段占50%60%.由于管道施工中对原始地貌及地表植被的破坏,管沟回填土难以到达原土密实度,因而造成水土流失,冲沟发育,沟壁垮塌,直接危及管道平安.针对这一管道建设新课题,管道通过湿陷性黄土地区,应强调七个环节的全过程保证体系设计思想.七个环节包括管道施工放线,管沟开挖,管沟回填,回填土的防护,她貌恢复,水工保护,生产维护管理.任何一个环节的疏忽都可能使黄土地区自然特性对管道存在的潜在危害转变为对管道的直接破坏.由于在湿陷性黄土地区施工中重视了上述各个环节,因此管道经受住了1996年和1997年两年大暴雨的考验.
10、与此同时,针对湿陷性黄土地区的洞穴,冲沟,斜坡,特殊复杂地点等四种地形条件可能对管道产生的不利影响,采取了洞穴灰土填实,冲沟头部填实,冲淘顶部设置阻水墙,冲沟底部设置淤土坎,灰土回填沟底管沟,辩坡分段设置阻水墙,斜坡分段设置截水沟,设置藏水沟散水,抗冲层,斜坡分段设置灰土挡土墙,对特殊复杂地点修建特殊构筑物及打桩等十种具体处理措施以保证管道平安.通过现场施工和实践证明,黄土地区管道的设计思想是正确的,所针对的处理对象是明确的,采取的工程处理措施是切实可行的.管道防腐设计1.外舫囊涂层陕京管道采用三层结构PE涂层,该防腐涂层具有机械性能好,化学稳定性高,绝缘电阻高,抗人为损坏和运输损坏能力强,易
11、于修补等优点,其寿俞大于50年,是目前国际上占主导地位的管道外防腐层.-67?L天然气工业1998年1月2.阴极保护陕京管道的阴极保护站均设在工艺站场内.阴极保护电流密度为15A/m2,阴极保护站站问距大于100km.阴极保护站采用停电3s,供电12s的保护电位同步测试方法.保护电位以停电期问测得的管一地电位为准,最大为一1.15V,最小为一0.85V.所有阴极保护站及带有远程终端(RTU)的线路截断阀室中,阴极保护所采集的数据都通过RTU传输至调度控制中心,同时胃度控制中心也通过RTU控制所有阴极保护站的工作状态.工艺站场设计陕京工程共设l0座输气站场,3座计量站和7座中间清管站.北京末站在
12、计量后设有减压装置.以保证下游供气系统不超过最高限定压力.站内主要控制闶均采用气动和电动阀门.三座计量站均可由RTU完成站内的自动控制和站内紧急自动截断,同时也可由北京调度控制中心通过监控与数据采集系统(SCADA系统)遥控RTU对站进行监控和数据采集,可实现无人操作.站内还设有可燃气体检测,电气设备监视,火灾检测等平安系统,以确保对事故的防范.设有7座中间清管站,用以去除管内杂质或残藏,提高管道输送效率.利用清管装置发送和接收智能清管器检测输气管道的缺陷.清管站实行半自动清管流程,并兼设远控干线截断阀室功能.自动控制设计陕京管道自动控制系统包括站场自动控制系统(ACS)及全线集中的SCADA
13、系统.系统设计中采用新工艺,新技术设备.实施站的集中监控为本身动控制系统的根底.其系统规模为:建立北京调度控制中心1座,沿线设3个区域监视终端.自动控制系统对象包括计量站3座(二期有压气站),遥控闶室9个,中问清管站7座,RTU21个.1.自动控制系统主要功麓(1)站控制系统主要功能该功能包括:与调度控制中心进行数据通信,站运行参数的集中检测,站流量,有关数据及分析处理,站运行压力及流量的调节与控制,站流程切换.站火警.气体漏失紧急截断系统监控.首,末站天然气水露点,硫化氢在线自动分析监控.首,末站天然气组分变化跟踪等.(2)s(ADA系统主要功能?68-北京调度控制中心能监控全线,3个输气处
14、能监视全线输配情况.全线系统除调控中心外,可到达无人操作的运行管理水平.北京调控中心的主要功能为:通过卫星通道向各RTU采集主要运行参数及状态,向各RTU发送遥控指令,通过站控ACS系统实施对站监控;运行参数,状态显示,动态趋势显示,模拟流程显示;运行事件,资料,数据存储和记录;运行报表打印(汉化),事故,事件报告打印;数据处理,分析及运行调度决策指导;系统运行的优化模拟预测;管道系统运行的漏失监测及定位;工程应用开发研究.系统运行模拟培训.自控系统配置UNIX操作系统软件及SCADA系统软件.按生产运行需要,以模块化方式配置管道系统应用软件.通信设计陕京管道工程通信系统为各站场与北京调度控制
15、中心之问以及各站场之间提供SCADA数据传输,指挥调度语音通信,自动 直拨,以及 ,图像等多种业务效劳,由主用通信,备用通信,应急移动通信三局部构成.主用通信的主用路采用卫星通信手段,具有技术先进,可靠性高,投资省,建设周期短,维护方便等优点,适合于管道通信.备用通信使用邮电通信网(PSTN网)作为管道SCADA数据传输的第二路由.应急移动通信用以提高管道在紧急情况下的通信保障能力,其系统由6套车载机动式通信站组成,可在事故现场组成一个临时性无线通信网,并通过VsT站与北京建立长途通信电路,提供 ,数据, ,调度等业务.陕京输气管道是我国建成的陆上第一条长距离,高压,大口径,全线自动化生产及管理的输气干线工程,首次在国内采用了国际上先进的SCADA系统来实施全线的数据采集,远程控制和谓度管理,配备了先进的管理,运行软件,为工程的科学管理和优化运行管理创造了条件;首次在国内长输管道上采用卫星通信手段.为工程提供可靠和先进的传输通道;首次在国内天然气管道采用检漏系统来对管道进行实时在线监测,及时发理泄漏的存在,提高管道运行的平安性;首次在国内管道防腐中采用了先进合理的三层结构PE外防腐涂层,极大地提高了管道的防腐性能和寿命.陕京管线的成功经验.必将对我国管道工业的开展起十分重要的作用.(收藉日期19971023编辑王囊兰)