應(yīng)縣—張家口長輸天然氣管道設(shè)計

摘 要：黃土丘陵地區(qū)，地表呈黃土梁峁?fàn)睿匦尾钇鸱?，水流切割強烈，溝壑縱橫，水土流失嚴(yán)重，針對其特有的地形地貌，對輸氣管道的線路選擇、工藝計算、管道敷設(shè)、水土保護、環(huán)境保護進行研究。

關(guān)鍵詞：線路選擇；工藝計算；管道敷設(shè)；水土流失；環(huán)境保護

應(yīng)縣-張家口天然氣管道北段為華北平原與內(nèi)蒙古高原中部的過渡帶，海拔500～1200米，該區(qū)域地形復(fù)雜，既有黃土覆蓋的丘陵塬梁、又有群巒眾峽起伏不平的山地，還有土肥水豐的河谷盆地。植被稀疏、環(huán)境非常脆弱、土地承載力差。復(fù)雜的地層特性決定了這一地區(qū)對路由的選擇、管道的設(shè)計、敷設(shè)和環(huán)境保護有其特殊性。

1 概述

應(yīng)縣-張家口天然氣輸氣管道起自山西省朔州市應(yīng)縣北曹山北部應(yīng)縣首站（陜京一線應(yīng)縣壓氣站東北），止于河北省張家口市東山產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)內(nèi)張家口末站。

全線設(shè)4座站場：應(yīng)縣首站、陽原清管站、宣化分輸站、張家口末站。遠傳線路截斷閥室10座，管道全線埋地敷設(shè)，管頂埋深應(yīng)大于管線經(jīng)過地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)凍土層深度。

管線所經(jīng)過的地區(qū)地貌主要為：沖洪積平原、山地、丘陵和河流階地。

管道采用外防腐層結(jié)合陰極保護的方式進行防腐。管道全線采用三層PE結(jié)構(gòu)外防腐，補口補傷采用熱收縮套；采用強制電流陰極保護。

2 線路選擇

由于沿線地質(zhì)為黃土丘陵地區(qū)，地表呈黃土梁峁?fàn)?，地形波狀起伏，切割強烈，溝壑縱橫，水土流失嚴(yán)重針對其特有的地形地貌。選線時要參考以下內(nèi)容：①合理選擇管道走向，力求線路順直，縮短線路，以節(jié)投資；②管線應(yīng)盡量避免通過人口稠密、人類活動頻繁區(qū)域，在確保管線安全的同時也確保周邊地區(qū)的安全；③管線應(yīng)避繞城市規(guī)劃區(qū)及村鎮(zhèn)，盡量減少拆遷工程量；④管線應(yīng)盡量避開、減少鹽堿地段長度，減少穿越溝壑次數(shù)，確保輸氣管道長期、可靠、安全地運行；⑤管線應(yīng)盡量利用原有道路，為施工、巡檢、維護創(chuàng)造條件；⑥管線應(yīng)盡量避開林地、耕地等多年生經(jīng)濟作物區(qū)。

3 輸氣管道的工藝計算

3.1 設(shè)計參數(shù)

①夏季分子量為17.75，工況下密度為19.567kg/m3，粘度為0.0116cp；冬季分子量為17.722，工況下密度為21.079kg/m3，粘度為0.011055cp；②管道全長267km；③應(yīng)縣首站最高外輸壓力5.0MPa；張家口末站進站壓力1.1 MPa（最低值）；輸氣線路管道設(shè)計壓力為6.3MPa；④管道沿線埋深處平均地溫為8℃，最低地溫3℃；⑤輸氣管道工藝計算年工作天數(shù)為350天；⑥管線最大年輸送能力9.265×108m3；

3.2 輸氣管道水力計算

根據(jù)《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》（GB50251-2003），考慮管道沿線高差：

Δh<200m，

計算工具采用從美國LICENERGY公司引進的Pipeline Studio 的 TGNET 7.2天然氣長輸管道專用工藝計算軟件進行工藝計算，計算結(jié)果經(jīng)圓整后，得出應(yīng)縣-張家口天然氣輸氣管道管徑為Φ508mm；

3.3 輸氣管道及彎頭（彎管）的使用和壁厚計算

壁厚計算：

強度計算采用《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》（GB50251-2003）中推薦的強度計算見表1、表2：

3.4 輸氣管道強度及穩(wěn)定性校核計算

3.4.1 管道直管段強度校核

因此，通過校核輸氣管道L415-508×6.4鋼管的強度是足夠的，同理，壁厚大于6.4mm的輸氣鋼管，強度更應(yīng)符合要求。

3.4.2 管道穩(wěn)定性校核

應(yīng)縣-張家口天然氣輸氣管道外徑與壁厚之比為79.36、71.55、58.39、49.32，均滿足規(guī)范小于140的要求，因此，輸氣管道鋼管是穩(wěn)定的。

4 管道的敷設(shè)

管道在黃土丘陵敷設(shè)過程中，交通運輸條件差，要修筑較大工程量的施工道路，平原地區(qū)道路多以填筑為主，在丘陵、土石山區(qū)多以削坡開挖、填筑相結(jié)合的方法修筑，因此施工道路的占地面積和施工作業(yè)帶的影響范圍較大。在管道沿線地區(qū)生態(tài)環(huán)境比較脆弱，地表植被恢復(fù)起來難度較大，應(yīng)注意對地表的保護，減少或防止產(chǎn)生水土流失，應(yīng)嚴(yán)格控制施工作業(yè)帶與施工道路的寬度，盡量依托附近現(xiàn)有的公路，充分利用施工作業(yè)帶，以縮短施工便道的工程量，節(jié)省平整道路所需的花費。在安全距離許可的情況下，減少對管線經(jīng)過區(qū)域地表植被的重復(fù)破壞，最大限度的保護施工作業(yè)帶影響區(qū)域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境。

5 環(huán)境保護

5.1 水工保護

為了確保管道通過各種地區(qū)的安全，根據(jù)管道工程建設(shè)的特點，管道沿線將采取合理的水工保護設(shè)施。

5.1.1河流（山洪溝）穿越水工保護

合理確定管道的穩(wěn)管型式。由于管道穿越河流的河床底層結(jié)構(gòu)不同，設(shè)計中根據(jù)具體穿越段河床工程地質(zhì)條件，采用壓重塊（對土、礫石管溝）、混凝土連續(xù)覆蓋（對基巖管溝）等多種穩(wěn)管型式。

5.1.2管道經(jīng)過丘陵地貌的水工保護

坡度小于15°的斜坡，管溝回填時必須用原土分層夯實，壓實系數(shù)不小于0.90。沿坡管溝回填后，管溝頂播撒草籽，恢復(fù)植被。

坡度15°～20°，長度大于15m的斜坡，需要采取地表排水措施，每隔15m設(shè)置石砌截水墻；坡度為20°～30°的斜坡，每隔10m設(shè)石砌截水墻。每個截水墻上方將場地墊高，使水流分散以避免向管線方向匯水。沿坡管溝回填之后，管溝頂播撒草籽，恢復(fù)植被。

5.1.3沖溝地段管道的敷設(shè)

由于管線經(jīng)過山西地區(qū)的沖溝多為小型水流沖溝，寬度較小，但水流沖刷非常嚴(yán)重，管線穿越易被淘空。當(dāng)沖溝淺且基巖埋深小時，管線自溝底穿過，外加套管，管頂部需采用混凝土澆注封頂；沖溝較深時可跨越通過或修過水涵，管線嵌入涵體；沖溝較淺且正在發(fā)育且基巖埋深大時，從沖溝中心向兩側(cè)5m范圍內(nèi)做護底，管道穿越?jīng)_溝處設(shè)引水槽。

5.2 生態(tài)恢復(fù)

①加強對車輛管理、控制人員的活動范圍，減少施工作業(yè)占地面積。施工中采取有效的措施以減少對周邊地表的破壞；②管道施工時采取分層開挖、分層堆放、分層回填的方式。施工后對沿線進行平整、恢復(fù)地貌。保存取棄土場表層土壤及植被，并及時回填，采取生物措施或工程措施對其進行恢復(fù)。盡量利用已有道路，少建施工便道；③在作業(yè)帶范圍內(nèi)分散徑流，結(jié)合草灌混交護坡，恢復(fù)地表植被。管道敷設(shè)結(jié)束后，搶播搶種，先行種草實施地面覆蓋，當(dāng)年完成造林整地，翌年春季實現(xiàn)草灌混交，完成植物護坡和植被恢復(fù)工作。

6 結(jié)束語

本文通過對《應(yīng)縣-張家口天然氣輸氣管道工程》的設(shè)計和施工，在嚴(yán)格執(zhí)行國家相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)當(dāng)?shù)刈匀粭l件，因地制宜采取合理的設(shè)計和施工方案，對在黃土丘陵地區(qū)，溝壑縱橫，水土流失的環(huán)境下敷設(shè)埋地管道，取得了初步的效果，優(yōu)化了管道的線路走向，并獲得了一定的經(jīng)濟效益。在黃土丘陵地區(qū)，如何采用合理的設(shè)計理念在獲得最大的經(jīng)濟效益的同時也最大限度的去保護環(huán)境，還需要我們進一步去探索和研究。

參考文獻：

[1] GB50251-2003.輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范[S].北京：油氣田及管道建設(shè)設(shè)計專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化委員會，2003.

[2] GB50369-2006.油氣長輸管道工程施工及驗收規(guī)范[S].北京：中國石油天然氣管道局，2006.

[3] GB50183-2004.石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)[S].北京：中華人民共和國建設(shè)部.中華人民共和國質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，2004.

作者簡介：

佘邵華（1981- ），男，工程師，本科，主要從事化工工藝設(shè)計工作。