油氣管道并行敷設(shè)技術(shù)研究現(xiàn)狀

趙燕輝，吳 明，張純靜

(遼寧石油化工大學(xué) 石油天然氣工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和對能源需求的持續(xù)增長，油氣管道作為石油天然氣行業(yè)公認(rèn)的最為經(jīng)濟(jì)合理的油氣輸送方式，已經(jīng)迎來了一個(gè)建設(shè)高峰期。在某些地區(qū)，由于受地形、交通、環(huán)保等因素的影響，適合油氣管道建設(shè)的路線有限，管道通常敷設(shè)在一個(gè)較為狹窄的走廊帶中，多條管道并行敷設(shè)甚至同溝敷設(shè)的情況在所難免。管道并行敷設(shè)不僅可以滿足多種流體介質(zhì)輸送的需求，而且已建管道在其前期進(jìn)行的一系列地質(zhì)工作對后建管道能夠起到很好的借鑒作用，從而提高設(shè)計(jì)效率，減少工程建設(shè)費(fèi)用[1]。目前，并行油氣管道越來越多，隨之而來的是并行敷設(shè)的安全性和經(jīng)濟(jì)性問題。如何處理好并行敷設(shè)管道在建設(shè)中的關(guān)系，確保并行段管道的施工及運(yùn)營安全，合理規(guī)劃管線及站場用地，同時(shí)為可預(yù)見的油氣管道做出合理預(yù)留及銜接，已經(jīng)成為并行管道研究工作的重點(diǎn)。

1 國內(nèi)建設(shè)實(shí)例

西部原油成品油管道工程西起烏魯木齊，東至甘肅蘭州，全長3 690 km，總投資近150億元，是我國目前輸送路程最長、設(shè)計(jì)壓力最大、年輸量最多、自動(dòng)化程度最高的輸油管道之一。原油管道與成品油管道同步建設(shè)，為節(jié)約建設(shè)投資和便于運(yùn)行管理，對兩條管道中的近千米管段進(jìn)行同溝敷設(shè)，兩條管道的凈間距為1.2 m;在通過公路、鐵路穿越的地段，凈間距不小于0.5 m。

中衛(wèi)—貴陽聯(lián)絡(luò)線輸氣管道工程起于寧夏中衛(wèi)，經(jīng)甘肅、陜西、四川、重慶，止于貴州貴陽，干線全長1 598 km，管線輸氣能力達(dá)到150億m3/年。中衛(wèi)—貴陽輸氣管道是中國石油設(shè)計(jì)建設(shè)的又一骨干管道，與西氣東輸二線、蘭成原油管道、蘭成渝成品油管道、中緬原油管道并行敷設(shè)。

蘭成原油管道起于蘭州，途經(jīng)廣元、綿陽、德陽，終于成都，全長882 km，設(shè)計(jì)年輸量1 000萬t。該管道是罕見的大落差、高壓輸油管道，所經(jīng)之處地質(zhì)地貌復(fù)雜，包括黃土濕陷地區(qū)、地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的秦巴山區(qū)以及人口稠密和水網(wǎng)縱橫的四川地區(qū)。此外，該管道與多條在役和在建高壓油氣管道并行。其中，與蘭成渝管道并行129 km，與蘭鄭長管道并行14 km。

2 油氣管道并行敷設(shè)研究

國內(nèi)外對管道并行敷設(shè)正在深入研究，獲得了大量研究成果。像俄羅斯、美國和加拿大等，均出臺(tái)了相應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)范，但考慮到我國特有的土地政策和技術(shù)水平，這些規(guī)范并不能直接應(yīng)用到我國管道建設(shè)中。國內(nèi)大量學(xué)者和工程技術(shù)人員針對我國管道建設(shè)具體情況，從各種角度進(jìn)行了油氣管道并行敷設(shè)研究。

2.1 管道安全間距

羅寧等[2]總結(jié)國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，提出大型油氣管道伴行距離的確定原則和思路:新建管道施工時(shí)，盡量利用現(xiàn)有交通等設(shè)施，不對已建管道運(yùn)行構(gòu)成不良影響和破壞;管道運(yùn)行中，某條管道發(fā)生事故不對其它管道造成破壞。以上原則缺乏管間距對并行管道敷設(shè)施工和運(yùn)行管理影響的定量分析，并且沒有提出具有指導(dǎo)意義的管間距。

代以斌等[3]深入分析影響管道安全間距的施工、維搶修、陰極保護(hù)、管道爆炸等因素，提出長輸油氣管道并行敷設(shè)合理間距:采用機(jī)械化施工的一般地段其合理間距為施工間距;無法采用機(jī)械化施工的地段其合理間距為維搶修間距;局部難點(diǎn)段在采取安全措施后可以采用同溝敷設(shè)。

許硯新等[4]考慮了熱傳導(dǎo)效應(yīng)、帶壓封堵操作空間、輸氣管道破裂失效等對管道的影響，結(jié)合沿線地形特點(diǎn)，給出了兩條管道并行敷設(shè)的間距要求:開闊谷地、黃土丘陵及低山地段，間距不小于10 m;坡積地的狹窄溝谷地段，間距不小于6 m;空間受限，一側(cè)傍山(高山陡坡)、一側(cè)鄰河的V形溝谷地段，凈間距不小于1.5 m。

牛振宇等[5]參考國內(nèi)外已建管道經(jīng)驗(yàn)，針對河西走廊在役運(yùn)行油氣管道及規(guī)劃建設(shè)的油氣管道，從管道的運(yùn)行管理、現(xiàn)場施工、防腐性設(shè)計(jì)及交叉角度等方面對多條管道并行間距進(jìn)行了研究論證，提出多條管道并行敷設(shè)的可能性，并給出了有關(guān)管道并行敷設(shè)的合理建議。

上述對于并行敷設(shè)管道間距的研究，逐漸從對現(xiàn)有規(guī)范的思考和探索，走向?qū)Ω鞣N影響管道安全間距的因素進(jìn)行分析。然而，以上研究并沒有關(guān)于同溝敷設(shè)和對多條油氣管道并行敷設(shè)管道間距確定方法的探討。

2.2 管間熱力影響

葉棟文等[6]對成品油管道與熱油管道的能量傳遞過程進(jìn)行研究。研究表明，隨著地表溫度周期性變化，冷成品油管道對熱油管道周圍土壤溫度場影響程度不同，且對遠(yuǎn)離冷成品油管道一側(cè)的熱油管道周圍土壤溫度場影響較小，隨運(yùn)行時(shí)間增加，冷成品油管道的影響減弱。該模擬沒有考慮土壤中水分遷移及冰水相變對土壤溫度場的影響。計(jì)算結(jié)果與實(shí)際有一定偏差，有待進(jìn)一步研究。

田娜等[7]研究了土壤中水分凍結(jié)發(fā)生相變對同溝敷設(shè)原油和成品油管道周圍土壤溫度場的影響。分析發(fā)現(xiàn):凍結(jié)開始很長時(shí)間內(nèi)，土壤中水分凍結(jié)釋放大量相變潛熱，土壤溫度高于無相變時(shí)土壤溫度，管道散熱損失比無相變時(shí)小;凍結(jié)后期，土壤導(dǎo)熱系數(shù)增加，出現(xiàn)與上述相反的情況。該研究對同溝敷設(shè)原油和成品油管道在冬季安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有重大的指導(dǎo)意義。

吳琦等[8]對同溝敷設(shè)中熱油管道停輸過程進(jìn)行了模擬分析。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，對于西部管道的土質(zhì)環(huán)境及敷設(shè)方案，2月份停輸72 h無輸送危險(xiǎn);敷設(shè)間距為1.2 m時(shí)，成品油管道對原油管道停輸溫降的影響較小。計(jì)算中多次進(jìn)行簡化，對某些物性參數(shù)及地質(zhì)氣象等采用統(tǒng)計(jì)處理，均為一般性結(jié)果，需進(jìn)一步掌握實(shí)測數(shù)據(jù)修正上述結(jié)論。

王乾坤等[9]以熱油管道與輸氣管道和熱油管道與冷油管道并行敷設(shè)為例，對比分析不同工況的熱力分布情況。分析可知:兩種敷設(shè)方式下，熱油管道最大溫差變化相差不大。但受輸送介質(zhì)物性和管徑差異影響，冷油管道對熱油管道溫降的影響，在管距較小時(shí)，較輸氣管道對熱油管道溫降的影響要大，而在管距較大時(shí)要小。

對于管間熱力影響，上述研究多采用數(shù)值模擬對管道及周圍土壤溫度場進(jìn)行計(jì)算，對所建模型進(jìn)行大量簡化，模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)際有一定偏差，并且主要是研究原油管道和成品油管道同溝敷設(shè)，對輸氣管道和輸油管道同溝敷設(shè)的研究則很少。

2.3 管道施工與維護(hù)

徐春明[10]詳細(xì)敘述了西部原油成品油管道的爆破試驗(yàn)成果，標(biāo)志著管道建設(shè)實(shí)施爆破技術(shù)向更規(guī)模、更科學(xué)的方向邁進(jìn)，具有相當(dāng)?shù)臋?quán)威性。由此引出對施工爆破間距的思考。他指出在管道設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)巖石的土石工程分級，進(jìn)行精確計(jì)算，只要采取必要的爆破措施，爆破作業(yè)可以適當(dāng)減小與已建管道的間距，且不會(huì)對管道安全產(chǎn)生威脅，由此可采用縮小石方段爆破間距的方法。

馬學(xué)海等[11]以中衛(wèi)—貴陽天然氣管道與蘭州—成都原油管道并行段為例，對并行管道保護(hù)措施進(jìn)行研究，分析并行管道失效的原因及失效形式，從同溝敷設(shè)段設(shè)置、施工要求、預(yù)防第三方破壞、地質(zhì)災(zāi)害治理等方面提出了安全措施，為其他并行管道設(shè)計(jì)提供了參考。

姜斌[12]針對某LNG天然氣并行管道巷道穿越工程，通過對比分析目前三種主要的管道穿越巷道施工方法，提出了一種工序簡單且成本較低的施工方案，對管道預(yù)制、巷道填沙、管口封堵、管道試壓及巷道兩側(cè)封堵等進(jìn)行了分析和闡述，強(qiáng)調(diào)了施工過程中需注意的事項(xiàng)，為今后巷道及隧道穿越積累了寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)。

張志強(qiáng)[13]結(jié)合西氣東輸二線工程，研究了在役管道近距離并行管溝的爆破施工，對爆破作業(yè)的方式選擇、參數(shù)確定、技術(shù)措施和安全要求、爆破網(wǎng)路連接等爆破作業(yè)技術(shù)要領(lǐng)進(jìn)行了總結(jié)，為今后類似爆破作業(yè)提供了有效的理論和實(shí)踐參考。

以上研究主要針對并行敷設(shè)的具體施工和管線維護(hù)問題進(jìn)行了分析和探討，給出了一些合理的建議和應(yīng)當(dāng)注意的問題，提出了許多新的施工方法和保護(hù)措施，為今后油氣管道并行敷設(shè)的施工和維護(hù)打好了基礎(chǔ)。

3 存在的問題與發(fā)展趨勢

我國學(xué)者與工程人員對管道并行敷設(shè)探索與研究后得出大量結(jié)論和成果。許多結(jié)論與成果被應(yīng)用到工程建設(shè)(例如中衛(wèi)—貴陽天然氣管道、蘭州—成都原油管道等)中，在實(shí)踐中得到了檢驗(yàn)，取得經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的同時(shí)暴露出不足并逐漸得到補(bǔ)充和完善。

(1)油氣管道并行敷設(shè)技術(shù)研究中，對管道安全間距的確定原則、管道熱力影響分析及管道施工與維護(hù)方案等，考慮并不全面，許多因素的綜合影響沒有被考慮，一些結(jié)論是從單一角度研究后所得的成果。

(2)許多研究在建立模型后大量簡化，例如將三維流動(dòng)視為一維流動(dòng)，將油品的各項(xiàng)參數(shù)視為某一截面上的平均值，等等。這使得所建模型與實(shí)際相差較大，得出的結(jié)論自然不能與實(shí)際完全相符。

(3)油氣管道同溝敷設(shè)比單管敷設(shè)有顯著的優(yōu)勢，其應(yīng)用和研究也就更加受到人們的重視。目前，多數(shù)研究主要針對液液同溝敷設(shè)，而對氣液或氣氣同溝敷設(shè)涉及并不多。輸氣管道一般壓力較高，發(fā)生事故時(shí)對與其同溝敷設(shè)的管道有很大危害性，應(yīng)對此作進(jìn)一步的相關(guān)研究。

(4)多條油氣管道并行敷設(shè)甚至同溝敷設(shè)時(shí)，由于各管道輸送流體性質(zhì)不同，其敷設(shè)位置關(guān)系及相鄰管道間距的確定將會(huì)非常復(fù)雜，如何對其進(jìn)行優(yōu)化布局，亦將成為該領(lǐng)域的又一研究課題。

未來幾年，我國油氣管道建設(shè)將進(jìn)入大發(fā)展時(shí)期，形成密集的油氣輸送管網(wǎng)。作為一項(xiàng)發(fā)展和完善中的管道技術(shù)，管道并行敷設(shè)技術(shù)將會(huì)在其不斷的應(yīng)用中突顯出高效性、節(jié)能性以及環(huán)保性。隨著對油氣管道并行敷設(shè)技術(shù)的深入研究，并行管道技術(shù)在設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行管理方面將會(huì)得到長足發(fā)展。

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