并行油气管道保护措施研究.pdf

第 3 6卷第 6期 石油工程建设 3 3 一潦 j 马学海，许研新 ，董 浩 中国石油天然气管道工程有限公司，河北廊坊o 6 5 o o o 摘 要多条 管道共用管廊带可以节约用地 ，便 于统一规划及管理 ，但必须处理好安全 问题 ，尤 其是 山区段 ，地形 复杂、地质灾害 多发 、维抢修 困难 。文章 简要地分析 了并行管道 失效的原 因， 并以中卫一贵阳天然气管道与 兰州一成都原 油管道并行段 为例 ，从 线路 用管、施工要 求、地质 灾 害治理、预 防第三方破坏等方面提 出了安全措施 ，为其他并行管道设计提供参考。 关 键词 油气 管道 ；并行敷 设 ；管道 失效 ；保 护措 施 中图分类号 T E 9 7 3 ． 1 文献标识 码 A 文章编 号 1 0 0 1 2 2 0 6 2 0 1 0 0 6 -． - 0 0 3 3 0 3 0 引言 当油气管道并行敷设时 ，因一条管道失效而影 响相 邻管道 正 常输送 或造 成失 效 的可能 性增加 。虽 然加大间距可避免此类事件发生 ，但在很多地 区受 各种因素制约是难以实现的．如地形原因、城镇规 划、环境敏感点 、压矿、文物等 ，都可能迫使管道 近距离并行 ，甚至同沟敷设 。 由于并行敷设管道的最小安全间距没有标准规 范 可 以 采 用 ， 1 9 9 9年 美 国 国 际 管 道 研 究 委 员 会 P R C I 委 托 B a t t e l l e M e m o r i a l I n s t i t u t e进 行 研 究 ， 建立 了计算模型 ，确定 了油气并行管道 的合理 间 距 ，在一条管道破裂时 ，另一条管道可 以正常运 行。2 0 0 2年 P R C I 发布了 管道断裂和并行管道间 距报告。为了解决以西气东输二线为代表的并行 管道 问题 ，管道建 设 项 目经 理部 组织 开展 了专题 研 究 ，并编制了 油气管道并行敷设设计规定 。该 标准对并行管道的间距做了要求 ，并规定了各种 间 距下的施工方式。 当油气管道并行间距大于安全距离时，无需采 取保护措施 当间距不能满足要求时，应结合工程 具体情况 ，有针对性地采取保护措施。 1 并行 管道 的失效 形 式 根据 西气东输二线并行敷设管道关键技术研 究 ，当油气管道并行敷设时，由于液体的不可压缩 性 ，液体管道事故形成的破坏力远小于气体管道 ， 故应以气体管道失效作为研究重点。研究表明，输 气管道 P 1 以下同发生事故对临近管道 P 2 以下 同造成的影响主要表现为以下两种方式 1 输气管道 P 1 破 裂 ，通过周边土壤传递的 地 面压力 可能 导致 临近 管道 P 2径 向屈 曲失 稳 。 2 输气管道 P l 破裂并燃烧 ，在泄漏 的高压 气流作用下使临近管道 P 2失去覆盖物 。P 2受热辐 射作用而失效。 1 ． 1 地 面压力导致临近管道失效 2 0世纪 7 0年代美国 P R C 1 开展 了 “ 爆 炸物的 爆破作业对临近管道影响”试验 ，积累了大量的试 验数据，并在此基础上确定了计算方法。输气管道 P 1 破裂所产生的地面压力与输送压力 、管沟回填 土类型有关 ，回填土越密实 ，所传递的地面压力越 大 ，当地面压力大于管道的压溃压力时 ，P 2将屈 曲失稳 。当管道并行 间距大于安全 间距时 ，P 2不 会 发生 失稳 。 1 ． 2热 辐射造 成 临近 管道 失效 当输气 管道 P 1 破裂时 ，喷射 出的气流吹掉临 近的土壤形成弹坑 ，使相邻管道 P 2的覆盖物被揭 开。假设 P 1喷出的气体被点燃 ，并形成羽流 ，相 邻管道将受热辐射影响，热能通过管壁沿轴向和环 向传导 ，当 P 2温度升高到一定程度时 ，则会 因材 料 的强度降低而发生破裂 ，见图 1 。 2 并行管道保护措施 当油气管道并行间距大于安全距离时 ．无需采 取特殊保护措施。下面重点讨论当并行间距小于安 斗 蝌 l ～ 牛 j； __* 辫 _ ★ ★ ★ ★ ★ ★ 石油工程建设 2 0 1 0年 1 2月 图 1热 辐 射 造成 临近 管 道 失效 示 意 全距离时 ，应如何 防护 。 降低输气管道 P l的事故概率 ，应首先明确管 道 失效 的原 因 ，欧洲 天然气 管道事故 数据 组织 E u r o p e a n Ga s p i p e l i n e I n c i d e n t d a t a G r o u p，E GI G 发布的第四版欧洲天然气管道事故数据报告涵盖了 1 9 7 0 1 9 9 8年 长距 离输 气管道 的意外 泄漏 事故 。 E G I G将失效原因分为 第三方破坏 、腐蚀 、施工 及材料缺陷、地质灾害和其他 ，其中第三方破坏占 3 5 ％，腐蚀原 因占 2 5 ％，施工及材料缺陷占 2 0 ％， 地质灾害 占5 ％，其他 占 1 5 ％。以上数据虽来源于 欧洲 ，但对于国内管道仍有参考意义 ，只是各国情 况不同、比例不同而已。下面以中卫一贵阳天然气 管道与兰州一成都原油管道并行段为例 ，详细讨论 近距离并行段的保护措施 。 中卫一贵 阳天然气管道全长约 1 6 3 6 k m，管 径 1 0 1 6 m m，设计压力 1 0 MP a 。兰州一成都原油 管道 全长 8 7 8 k m，管 径 6 1 0 m m，设 计 压力 8 ～ l 3 ． 4 M P a ，采用加热密闭输送。两管道在秦岭山区 段并行敷设 ，并行段长度 2 2 9 k m，其中并行间距 大 于最 小安 全距 离 5 ． 3 m的 l 1 7 k m，共 用 隧道 4 3 k m，其 余 6 9 k m 需 同沟 敷设 ，间 距保 持 1 ． 5 m。 根据两条管道具体情况 ，结合沿线地形 、地 质特 点 ，制订了相应保护措施。 2 ． 1同沟敷设段 设置 每段同沟敷设段落不宜过长 ，即在大段 同沟的 中间特意设置一些不同沟的段落 ，以减小施工安装 的难度，增加维护检修的空间。 2 ． 2 并行段用管 对于并行的油气管道来说 ，风险主要来 自气管 道，因此应从设计系数 、钢管质量、焊接质量等多 方面提高管道 自身的安全性。 并行 段地处 秦 巴山区 ，除 一些沟谷 地段村 庄稍 微密集外 ，其他地段均村落较少 ，人 V I 稀疏。根据 目前的设计规范 ，严格来讲 尚达不到二级地区的划 分标准，考虑到该地区地形复杂 ，不可预见的地质 灾害较多，从便于施工和保障管道安全上考虑 ，并 行段统一划分为二级地区 ，设计 系数选用 0 ． 6 。另 外 ，中贵天然气管道在并行段采用 X 7 0钢管 非 并行段为 X 8 0材质 ，这样钢管壁厚 由 1 5 ． 3 mm增 加至 l 7 ． 5 m m，从预防第三方破坏 、防腐 、止裂等 方面有效地提高了管道安全性。 对兰成原油管道来讲 ，根据 西气东输二线并 行 敷设管 道关键技 术研究 可 知 ，增 加原油 管道壁 厚 可 以提 高抵 抗 地 面 压力 引起 管 道 屈 曲失 稳 的能 力 ，但不能完全避免天然气管道热辐射造成 的失 效。即在天然气管道发生破裂并着火时，仅靠增加 原油管道壁厚是无法确保安全的。应重点加强气管 道 的安全性 ，从源头抓起 。但考虑 到沿线地形复 杂 、地质灾 害多发 ，在一 些敏感地 段 、人 口密集 地 段 ，管道壁厚需提高一个等级。 2 ． 3 钢管质量要求 为保证并行段的钢管质量 ，避免钢管本身存在 缺陷，应对以下方面提出严格要求 中贵管道和兰 成管道的制管用板卷均采用 T MC P工艺轧制 ；严格 控制板材 中的碳含量 ，降低硫磷含量；严格控制钢 管晶净粒度及金属夹杂物等级严格控制管材屈服 强度 ；保证两条管道的韧性指标 ，要求原油管道不 起裂 ，天然气管道能在 2根钢管长度内进行止裂 ； 制管用板材采用超声波进行全面探伤，以防止存在 夹层和缺陷；钢管全焊缝进行 X射线检查 ，同时 要求在水压试验前后分别进行焊缝全长全焊缝区域 纵横向缺陷超声波检查 ；工厂内水压压力要求达到 0 ． 9 5 o r s or 为屈服强度 ，试压时间不小于 1 5 s ； 对 中贵管道的钢管提 出抗 S C C 硫化物应力开裂 和 H I C 氢致开裂要求。 2 ． 4现场施 工要 求 1 对于同沟敷设段 ，为避免沟上焊接完成 后 ，下沟 过程 中难 以控制 下沟 质量 ，导致下 沟后两 管间距不足 1 ． 5 m，要求管道采用沟下焊接 ．确保 两管间距。 2 为防止管道投产后由于温差引起热位移 ， 导致间距不足，要求在回填过程中，两管之间采用 土工袋装土进行柔性隔离 ；同时每隔 2 0 m设一道 浆砌石 隔离墙 ，将两 管道 刚性隔 离 。 第 3 6卷第 6期 马学海等 并行油气 管道保护措施研究 3 5 3 在坡降 ≥1 ％ 的河道 内同沟敷设管段 ，每 隔 2 0 m设一道浆砌石做截水墙 ，管沟上面采用石 笼压护 ，防止河水淘刷未密实的管沟土。 4 管 道 焊 口除采 用 1 0 0 ％ 的射线 探伤 外 ，还 需 进行 1 0 0 ％ 的超 声波 探伤 ，以免 超标 的焊 接 缺 陷 漏 检 。 5 管道分段试压，结合本段复杂山区的大落 差情况 ，要求试压段高点压 力不低于设计试验压 力 ，低 点处管 道 的环 向应力 不超 过钢 管屈 服强 度 的 9 5 ％．同时强度试压要求稳压 4 h ，严密性试压要 求 稳压 2 4 h 。 6 对于并行段 ，管道 投产前 应进行智能测 径 ，提前发现施工过程 中由于落石冲击等原因造成 的管道超标变形 ，对超标处应进行换管处理。 2 ． 5预 防第三 方破 坏 并行段有 7 0 ％ 沿沟谷敷设 ，沟谷 内有村庄间 续分布 ，同时在六巷河谷地和康县境内，管道经过 了大量矿区 主要为探矿区，管道通过的廊带未开 采 ，该区段 内建设施工较多 ，对管道的危害主要 来 自机械动土 ，误伤管道，因此设计时需要高度关 注这些地段并采取相应措施。 1 加密地面标识 、警示设 置 ，铺设警示带 。 所有标识能清晰分辨出对应的管道 。 2 并 行段 埋设 预警 光缆 。当管道 附近发 生异 常振动或动土时，报警信息上传至就近的站场及运 营单 位 ，管理人员通过对波形分辨 ．判断振 动原 因 ，并 派人 到现 场巡 视 。 3 运营单位应加强巡线管理 ，严格按照管道 保护条例对采矿单位 、施工单位进行监管 。 2 ． 6 地 质 灾害预 防及 处理 通 过对 兰成 渝 、兰成 、中贵输气 管道 三线 并行 段 礼县一广元沿线地质灾害的调查和统计 ，调 查区内共发育地质灾害点 4 7 4处 ．其 中滑坡 9 2处 ． 崩塌 危岩2 6 0处 ，泥石流 1 0处 ，潜在不稳定 斜坡 4 5处 ，沟河 道 水 毁 5 7处 ，坡 面 水 毁 1 O处 。 其 中 兰成 与 中贵 管 道 并 行 段 发 育 地 质 灾 害 8 3处 ． 主要包括崩塌 、滑坡和不稳定斜坡 。 2 ． 6 ． 1 崩塌 危岩 崩塌对管道 的危害主要是在施工或 运营过程 中，当崩塌体高空坠落时，可能冲击到管道 ，造成 管 道变形 或破 损 。 山区管道 在劈 山修 路过程 中 ．有 可能诱发潜 在的崩塌或危岩 。崩塌体包 括 3种情 况 一是施工前已经 自然存在的；二是劈山修路过 程中产生的三是管道投产后暴雨或地震诱发的。针 对上述 3 种情况应分阶段治理，施工前对于 自然形成 的崩塌体应提前清除 ，当崩塌体规模较大时，如地形 条件允 许首 先考 虑避 绕 ，无 法 避绕 时应对 其分 解清 除。对于劈山造成的潜在崩塌体，应彻底清除，当坡 面破碎 ，稳定性较差时，应考虑护坡或护面进行加 固。对于管道投产后形成的潜在崩塌 ，应提前发现， 即时清除。为了确保管道安全，还应在危岩密集区管 道上方设置垫层 。减小危岩对管道的冲击。 2 ． 6 ． 2滑坡及 不稳 定斜 坡 滑 坡 对 管 道 的危 害是 当 管 道 埋设 在 滑 坡 体 时，如发生滑动 ，管道会同步变形 ，当滑坡体规模 较大且滑移严重时有可能剪断管道。处在滑坡边界 的管道 ，在滑坡发生时，将会受到挤压，增加不安 全因素。对于稳定性差 、危害性高的滑坡体必须避 绕。对于危害性一般的滑坡 ，应首先考虑避绕 ，在 避绕有困难时，应进行详细的地质勘察 ，判断滑坡 成因及类型 ，有针对性地进行治理 。常用的处理措 施包括卸载 、抗滑桩、支挡等。 2 ． 6 ． 3 水 害影 响 并行段管道的水害主要是 中小型河流穿越地段 和沿河道敷设地段容易遭受河水冲刷 ，造成管道露 管 、悬空。在中小型河流穿越中 ，对于中型河流 ， 设计按 5 0年一遇洪水频率计算 的冲刷深度控制埋 深 ，埋在冲刷线以下不小 于 1 m。若河床为石 方 ， 管道采用混凝土连续覆盖进行 防护 。对 于小型河 流 ，最小埋深不小 于 2 m，如果河床为基岩 ，应嵌 入基岩深度不小于 0 ． 5 m，并用现浇混凝土进行浇 注，避免管道遭受河水冲刷。 对 于受 地 形 限 制 ，迫 不 得 已顺 河 道 敷 设 的 地 段 ，因河道形态 、地质条件复杂多样 ，有宽浅式河 道，也有 “ V”型河谷 ，对于河床地层为砂土和砂 卵砾石的河道，管道必须埋设在设计最大冲刷线以 下 1 ． 0 m，并采用混凝土压块作 为配重 。当河道纵 坡降大于 1 ％ 时 ，应每隔 2 0 m设一道管沟截水墙 。 当河床为基岩时 ，则应在基岩上开挖管沟 ，并将管 道采用现浇混凝土的方式嵌 固在基岩里 作 者简介 马学 海 1 9 7 5 - ，男 ，天津 宝坻人 ，工程 师， t 9 9 8年毕业 于西南石油学 院油气储 运专业 ．现从 事管道线 路 工 程 设 计 工 作 。 收 稿 日期 2 0 1 0 0 4 2 7