长输油气管道融雪性漂管治理与监测.pdf

第 3 4 卷第8 期 2 0 1 5 ． 0 8 行业论坛 长输油气管道融雪性漂管治理与监测 徐 震 中国石油西部管道公司 摘要 每年春季天山北麓山前冲洪积平原上会因大量天山积雪融化后出现突发性洪流，以 固定或不 固定的河道形式直接 冲刷敷设 于山前的长输 油气管道 。因洪峰 大，冲刷力强，容易造 成 管道覆土流失，管体裸露 ，甚至发 生漂管，严重影响着管道安全运行 。漂管是水毁的主要危 害形式之一，通过改善管道敷设环境或增加管道外保护，可有效防止管周土体流失，同时开展 管道应变监测能够有效监控 管道的受力状态 ，便 于及时发现 隐患，防患于未然。 关键词长输油气管道 ；融雪 ；漂管 ；管道应变监测 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 6 6 8 9 6 ． 2 0 1 5 ． 8 ． 0 0 2 长输油气管道作为典型的线状工程 ，沿途所经 地貌单元多样、复杂。滑坡、崩塌、泥石流、采空 塌陷、河流冲沟等不良地质现象对管道安全运营构 成了极大威胁 。漂管是河沟管道水毁的主要危害形 式之一，是指采用大开挖直埋方式穿越河流或湖塘 的输油气管道，由于水位暴涨、冲刷、侵蚀或人工 活动等作用导致管道上覆土厚度不足 ，形成裸露段 而产生的漂浮现象。输油气管道为薄壁钢管，当裸 露长度达到某临界值时，在浮力作用下管道容易漂 浮 ，并发 生弯 曲变形 。若变 形超过管材 的屈 服极 限，将引起管道损坏酿成事故 。 西部管道辖 内有一些管道敷设于天山北麓 的山 前冲洪积扇上，每年春季气温回暖，大量天山积雪 融化后产生季节性洪流 ，洪峰大 ，冲刷力强 ，以不 固定 的河道形式 ，直接 冲刷 山前平原 ，水土流失严 重 ，当管顶覆土厚度减薄或丧失 ，极易造成管道裸 露 ，引发漂管 ，严重影响管道安全运行 。 1 漂管的治理 漂管治理需从主客体角度双管齐下，做到防治 结合。防护的主体始终是管道实体 ，通过采用外保 护的方法 ，避免管道受到直接冲刷与撞击 。治理的 客体针对管道所处的环境展开，如河沟道 、河漫 滩，通过改善管道所处环境，间接提高管道的安全l生 。 目前常用 的主体防护方法包括采用箱涵 、U形 槽 、硬覆盖和石笼 。箱涵适用于山区河流沟谷 ，易 发山洪 、水 泥 石 流的河沟道阍 。U形槽 和硬覆 盖适用 于平原及 山区小河沟 ，不适用于山洪频发 、 水流量和流速较大的河沟。石笼适用于易发一般性 洪水 ，山洪 、水 泥石流规模较小的河沟道。上 述方法的作用都是使管道免受水流直接冲刷。 客体 的治理方法是通过人工修建砌筑物 ，抑制 河流下切和侧蚀作用。修建拦砂坝 、淤积坝 、漫水 坝 ，河底硬化 、桩板墙是抑制河流下切作用的主要 方式 。砌筑护岸挡墙 ，修建导流坝 、丁字坝 、护坡 是防止河流侧蚀作用的主要方式。根据不 同的河沟 道类型和水流作用特点可 以选用不同的工程治理手 段，必要时可以采用多手段相结合的方法进行综合 治理 ，效果更佳。 管道水毁 的治理是一种 自我牺牲型 的治理方 式，通过损失治理工程，保障管道安全，无法做到 一 劳永逸 。因此除了采用被动的防御手段外 ，还应 施 以主动监控 ，掌握管道主体 的力学状态为根本出 发点。 2 管道应变监测 管道应变监测能实时获取地埋工况条件下管体 的状态数据 ，通过分析计算直观反映一定时期 内管 道的应力变化量 ，及 时侦测到管道异常应力变化 。 由此可以初步判断管道的工作状态 ，对管道异常及 时发布变形预警 ，从而采取积极 、有效的防治措 。 目前管道应变监测已实现了远程 自动化遥测 ，可以 最大限度降低人为测量对数据准确性 的干扰 ，提高 监测 的时效性-s 。数据采集仪与应变计之 间通过双 绞线实施通讯连接，采用 G P R S 移动通信技术将数 据采 集仪获 取 的数据用 T C P ／ I P协议 打 包后发 送 ， 实现监控中心与监测点之间点对多点 的远程网络化 数据传输 ，并由解算软件计算得出某时刻管道的受 力状态。 3 实例分析 某管道输送天然气介质 ，管径 1 2 1 9 mi l l ，壁厚 1 8 ． 5 mm，钢级 X 8 0 ，设计 压力 1 2 MP a ，敷 设于 山 i t l Ol ll l Ni I l l h t ／ n ， ． y q t d mg c ． c 0 m 一 3一 第3 4 卷第8 期 2 0 1 5 ．0 8 行业论坛 前冲洪积平原上 ，地形平坦 ，沿线绝大部分为农 田 ，局 部 穿 越 水 渠 及 排 洪 沟 。 2 0 1 0年 l 2月 至 2 0 1 1 年 2 月，当地气温普遍偏低，3 月 1 5日至 1 7 日出现中到大雪 ，降雪量达到历史极值 ，积雪总面 积 与历年同期相 比偏多 ，积雪厚度大于 2 0 c m。 自 2 0 1 1 年 3月 2 7日起 ，该地 区气温 突然快 速上升 ， 受 山区积雪偏厚和气温回升影响 ，山区积雪大量融 化。3月 3 0日，管道敷设长度约 4 7 0m管段受融雪 型洪水冲刷 ，造成该段冲沟底部严重下切 ，排洪沟 内约 1 4 0 m管道被冲出， 发生严重漂管事件。 由于该段冲沟经多年冲刷已成为雪融水的固定 河道，每年都有季节性洪流通过。经多方论证，于 同年 1 0 月对河 流进行改道 和加 固。在管道位置不 变的前提下改变河道位置，将漂浮管道埋入一侧河 岸 ，管道上方先铺沙袋后盖铅石笼 ，压覆管道。同 时加大河道宽度 ，对管道穿越的河道两岸及河床均 进行了混凝土抹面处理 ，混凝土抹面河道末端修筑 有石笼挡墙和护袒，防止河流下切不断浸蚀硬化河床。 由于漂管段管道在大量融水冲刷作用下已发生 大变形 ，且管道局部出现屈服现象 ，考虑到管道在 长期运营过程 中受清管 、内压 、温差等多因素作用 可能产生疲劳并出现应力集中，在原漂管段开展管 体应力应变监测 ，便 于掌握管道 的应力应变状态 。 经分析，洪水冲击管道时，管道的最大应力发生在 跨越段管道两端，这两个区域承受了较大的轴向拉 应力。在焊口存在缺陷的情况下，拉伸应力可能导 致焊 口崩开 ，发生爆燃事故 。一旦拉伸应力超过许 用值，管道有可能发生塑性变形，出现拉裂破坏。 为此 ，选取包括原 1 5 0 m漂管管段和二次穿越河道 的外 侧 、总计约 5 0 0 m管 段开展管 道应力应 变监 测 ，共布设 6 个应变监测单元 ，每个监测单元安装 3 组管道轴 向应变计 ，共计 1 8 组 ，如 图 1 所示。借 助 G P R S 将 监测 数据实 时发送 至服务 器 ，根据管 材 、管径 、壁厚及设计 内部输送压力 ，及时计算 出 管道受力状态。若轴向附加应力值达到或超过容许 附加应力值 的一定 比例时即发出预警 。 x l 截 而 新建护堤 ’L ‰ m| l _ 。 ≤ 。 ‘ 墨 ． 原有护堤 面 ～ 一 西线 ‘ 潜 在 漂管 管段 一 原 漂 管 管 段 在 漂 管 管 暖 图1 管道应变监测示意图 自应变 监测开展 以来 ，管道各监测截 面轴 向 拉 、压应力变化趋 势一致 ，未 出现某截 面应 力异 常 ，如图 2 、图3 所示 。管道多数 时间处于全截面 受拉应力状态，且轴向拉应力最大值小于容许附加 拉应力 4 3 4 ． 2 5 MP a ，管道处于安全状态 。 X 1 ⋯X 2X 3 一 X 4 X 5 一 一 X 6 器 一 - 3 0 1 0 一 - 3 o 1 0 罱 葛 葛 葛 葛 蕞 皇i I 至里I孕I 莘I牟 I 串荦甲I 串 I l } } I I 塞 蚕 塞 毫 奏 嘉 塞 奏 妾 塞 塞 妄 图2 各监测截面轴向拉应力趋势 莘 萃 莘 宇 罕 争 牟 莘 毕 串 串 ∞ 塑 奇 奇 奇 蠢 蠢 蟊 图3 各监测截面轴向压应力趋势 薹 薰 4 结 话 漂管是水毁的主要危害形式之一 ，季节性融雪 造成的漂管严重威胁管道运营安全。通过改善管道 敷设环境或增加管道外保护 ，可有效防止管周土体 流失，降低管道遭受直接冲刷、撞击的可能性。 采用管道应变监测技术能够长期监测管道本体 安全，具有较强的实用性和可靠性 ， 是一种针对地 质灾害有效的预报预警手段和治理辅助手段。本案 例中采用管道应力应变监测手段能够实时监测管道 治理后的管道受力状态 ，及时有效地发布管道变形 情况和变形预警 ，为灾害防治工作争取更多的时间。 参考文献 【 1 】 李成军 ，李 新生 ．西气东输 工程管道 水毁类型及 发育特 点[ J 】 l 黑龙江科技信息 ，2 0 0 8 8 4 9 ． [ 2 ] 李亮亮，邓清禄，余伟 ，等．长输油气管道河沟段水毁危害特 征与防护结构『 J 1 ．油气储运，2 0 1 2 ，3 1 1 2 9 4 5 9 4 9 ． 【 3 ] 贺剑君 ，冯伟，刘畅．基于管道应变监测的滑坡灾害预警与防 治[ J ] ．天然气工业，2 0 1 1 ，3 1 1 1 0 0 - 1 0 3 ． [ 4 ] 黄建忠 ，杨永和 ，刘伟，等．穿越地震断裂带的管道安全监测 预警系统[ J ] ．天然气工业，2 0 1 3 ，3 3 1 2 1 5 1 1 5 7 ． 【 5 ] 许学瑞 ，帅健，肖伟生．滑坡多发区管道应变监测应变计安装 方法 【 J 】 ．油气储运 ，2 0 1 0 ，2 9 1 O 7 8 0 - 7 8 4 ． [ 作者简介] 徐震工程师，硕士研究生学历，从事 管道管理工作 。 0 9 9 1 7 5 6 1 3 8 9 、t l m x z p e t r o c h i n a ． c o rn． c n 收稿 日期2 0 1 5 一 O 1 2 8 栏 目主持李艳秋 一 4一 油气田地面工程 h t t p ／ ／ www． y q t d mg c ． c o rn 翠 0 z