長(zhǎng)輸管道線路與分輸站的設(shè)計(jì)研究

李萌

（中國(guó)石油集團(tuán)東北煉化工程有限公司沈陽(yáng)分公司，遼寧 沈陽(yáng) 110167）

長(zhǎng)輸管道線路的規(guī)劃設(shè)計(jì)是管道建設(shè)工作的首要任務(wù)，其中，分輸站場(chǎng)的選址工作是構(gòu)成管道設(shè)計(jì)、建設(shè)、管理的基本條件。目前，采用的主流線路優(yōu)化理論為模糊集合理論，該理論是基于長(zhǎng)輸管道線路選擇體系中的集對(duì)分析評(píng)價(jià)原理。長(zhǎng)輸管道的線路選擇應(yīng)先考慮的因素，有技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性、規(guī)劃線路對(duì)周圍環(huán)境的影響等。基于上述因素與實(shí)踐的證明，還需聽(tīng)取管道、地質(zhì)等專家的意見(jiàn)。

1 線路選擇的評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.1 線路長(zhǎng)度

在管線的規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，管線鋪設(shè)的長(zhǎng)度取決于項(xiàng)目的建設(shè)資金，應(yīng)事先做好線路規(guī)劃選取最優(yōu)路線，避免管線多余的穿越，從而節(jié)省建設(shè)資金。

1.2 公路密度

該指標(biāo)表示管道沿途走向的交通狀況，能夠反映出今后管道在建設(shè)、檢查、維修時(shí)的便利性，見(jiàn)式（1）。

1.3 鐵路密度

該指標(biāo)是表示管道沿途交通狀況的另一個(gè)參考指標(biāo)，在有大口徑管材運(yùn)輸時(shí)，常規(guī)公路運(yùn)輸困難，可考慮該指標(biāo)。

理想的的管道線路應(yīng)包含在附近公路和鐵路的輻射范圍里，管線沿途的走向中，公路和鐵路密度越大，說(shuō)明交通條件越好。

1.4 機(jī)械化鋪管率

現(xiàn)代化管線建設(shè)的標(biāo)志就是作業(yè)裝備的機(jī)械化，管道和分輸站的建設(shè)盡可能采用機(jī)械化鋪設(shè)，提高效率的同時(shí)可達(dá)到節(jié)約投資的效果，見(jiàn)式（3）。

1.5 穿跨越障礙數(shù)

該指標(biāo)表示線路橫穿公路、鐵路、山谷、河流、鄉(xiāng)鎮(zhèn)的數(shù)量。在規(guī)劃設(shè)計(jì)管線時(shí)，應(yīng)盡量選擇穿越數(shù)量最少、跨越難度最低的障礙。

1.6 坡度系數(shù)

該指標(biāo)表示管道沿途的地勢(shì)起伏程度，是反映出管道建設(shè)難度和工程量大小的直接參數(shù)，它可以通過(guò)三維地理信息系統(tǒng)（結(jié)合GIS分析功能）得到線路縱向剖面圖，然后，利用圓滑曲線公式計(jì)算出坡度系數(shù)，見(jiàn)式（4）。

式中，ζ為坡度系數(shù)；n為曲線拐點(diǎn)數(shù)；i為曲線拐點(diǎn)序號(hào)；αi是第i點(diǎn)的坡度角；Li為第i點(diǎn)的管線長(zhǎng)度。在管線設(shè)計(jì)中，如果不可避免必須跨越山川時(shí)，對(duì)應(yīng)此參數(shù)指標(biāo)應(yīng)提前對(duì)該地區(qū)做好高難度施工準(zhǔn)備。

1.7 連通度

該指標(biāo)表示管線通過(guò)節(jié)點(diǎn)（產(chǎn)品用戶）的連通情況，可以反映出管線在宏觀布局下的穩(wěn)定性，連通度越好，代表管線網(wǎng)越穩(wěn)定。

連通度越高，越能體現(xiàn)出該區(qū)域用戶設(shè)施的完備性越好，有利于減少支管的施工。

1.8 活動(dòng)水平

該指標(biāo)表示人在規(guī)劃管線周圍的活躍狀況，活動(dòng)水平越大，表示管線附近的人口密度越大，橫穿城鎮(zhèn)的數(shù)量越多，無(wú)人活動(dòng)值取20，活動(dòng)水平最高值是0，活動(dòng)水平是個(gè)綜合考慮的指標(biāo)，不宜過(guò)高或過(guò)低，其值適中最為理想。

完整的線路工程建設(shè)工藝流程，見(jiàn)圖1。

長(zhǎng)輸管道作為連續(xù)性很強(qiáng)的工程，管道線路和分輸站場(chǎng)的設(shè)計(jì)與布局應(yīng)緊密結(jié)合上述因素，按照“以點(diǎn)為主、點(diǎn)線結(jié)合、全線反饋”的原則綜合考慮，將線路的設(shè)計(jì)工作與周邊環(huán)境緊密結(jié)合統(tǒng)籌考慮，避免因疏忽大意造成管道泄漏，引發(fā)火災(zāi)與爆炸事故，造成不必要的損失。

圖1 線路工程建設(shè)工藝流程

2 分輸站場(chǎng)的設(shè)計(jì)

在長(zhǎng)輸管道的布站中，應(yīng)考慮到天然氣需求量受季節(jié)性變化的影響因素，忽略下游市場(chǎng)對(duì)天然氣需求的變化會(huì)導(dǎo)致一定經(jīng)濟(jì)效益的損失，靈活性也較差。分輸站場(chǎng)主要功能為分輸氣量，天然氣在站場(chǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)過(guò)濾分離、計(jì)量、調(diào)壓后供給終端用戶。目前，國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)輸管道分輸站場(chǎng)的設(shè)計(jì)采用等壓比布站方法，即每個(gè)分輸站的設(shè)計(jì)壓力相同。下面通過(guò)對(duì)平面的布置、流程優(yōu)化、設(shè)備選型方面著手，解決分輸站設(shè)計(jì)的難題。

2.1 平面布置

根據(jù)《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范（GB50183-2015）》的相關(guān)規(guī)定，天然氣分輸站場(chǎng)應(yīng)劃為五級(jí)，見(jiàn)表2。在滿足規(guī)范要求的情況下，將站場(chǎng)劃分成辦公區(qū)和生產(chǎn)區(qū)兩部分，并且分開(kāi)布置；兩區(qū)域防火安全距離不得小于22.5m。站場(chǎng)的進(jìn)出口布置辦公區(qū)，便于人員緊急疏散撤離。辦公區(qū)內(nèi)應(yīng)設(shè)置發(fā)電機(jī)室、配電室、值班休息室。中間生產(chǎn)區(qū)內(nèi)主要布置工藝設(shè)備，劃分該區(qū)域?yàn)榉辣瑓^(qū)。根據(jù)進(jìn)出管線的方向，生產(chǎn)區(qū)設(shè)備的布置應(yīng)方便天然氣管道的進(jìn)出，盡量呈直線布置工藝設(shè)備，減少?gòu)濐^。

表2 油品、液化石油氣、天然氣站場(chǎng)分級(jí)

生產(chǎn)區(qū)內(nèi)部包括進(jìn)出站閥組區(qū)和過(guò)濾分離、計(jì)量調(diào)壓區(qū)。進(jìn)出站閥組區(qū)應(yīng)布置在進(jìn)口管線后，設(shè)備布置順序方便人員操作與維修，過(guò)濾分離器和計(jì)量調(diào)壓裝置布置在出口管線前，設(shè)備的布置應(yīng)能滿足安裝與檢修空間的需求。

布置辦公區(qū)域時(shí)，發(fā)電機(jī)室和配電室應(yīng)布置在辦公區(qū)的一側(cè)，不與其他辦公區(qū)相鄰。分輸站的辦公室、通信室、陰極保護(hù)室應(yīng)集中布置在同一辦公樓內(nèi)，并與水源井泵房、污水處理裝置之間保持安全距離。

2.2 流程設(shè)計(jì)

分輸站場(chǎng)可分為四種功能的流程，包括正常流程、清管流程、越站流程、返輸流程。越站流程比較特殊，該流程中，天然氣直接輸至下個(gè)站場(chǎng)，不進(jìn)行進(jìn)站加壓和供氣。這種流程主要用于兩種情況，第一種，分輸站停運(yùn)，此時(shí)，切斷閥關(guān)閉，天然氣直接輸往下個(gè)站場(chǎng)；第二種，下游用戶出現(xiàn)狀況，不能接收天然氣，天然氣需輸往下個(gè)站場(chǎng)。反輸流程表示天然氣流向調(diào)轉(zhuǎn)，原上游改下游，天然氣反向輸送。

2.3 設(shè)備選型

2.3.1 過(guò)濾

由于天然氣的純凈度不同，在長(zhǎng)距離的輸送中，還會(huì)摻雜管道雜質(zhì)和水分，所以在天然氣進(jìn)站后應(yīng)先凈化天然氣，過(guò)濾分離雜質(zhì)和水。天然氣中雜質(zhì)較多時(shí)，可設(shè)置聯(lián)合過(guò)濾器，首先，用旋風(fēng)分離器過(guò)濾較大顆粒，再用過(guò)濾分離器去除較小顆粒和水分。如果天然氣較潔凈，可只設(shè)置過(guò)濾分離器，節(jié)省場(chǎng)地占用和投資費(fèi)用。

2.3.2 計(jì)量

分輸站的計(jì)量精度至關(guān)重要，在計(jì)量精度上要滿足來(lái)往交易對(duì)接的需求，量程范圍要適宜，應(yīng)考慮投產(chǎn)初期小流量和后期滿負(fù)荷運(yùn)行的大量程需求。常用的天然氣計(jì)量方式主要有：孔板式、渦輪式、超聲波式流量計(jì)等?？装辶髁坑?jì)應(yīng)用廣泛價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于維護(hù)，但劑量范圍較窄，在30%～80%損失較大，不能很好地滿足各種流量范圍；渦輪流量計(jì)量程較大，在10%～80%損失小，但當(dāng)天然氣流量較小時(shí)存在計(jì)量盲區(qū)；超聲波流量計(jì)精度高，量程范圍廣，幾乎沒(méi)有壓力損失?？紤]投產(chǎn)初期小流量和后期滿負(fù)荷運(yùn)行的大量程需求。常用的天然氣計(jì)量方式主要有：孔板式、渦輪式、超聲波式流量計(jì)等?？装辶髁坑?jì)應(yīng)用廣泛價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于維護(hù)，但劑量范圍較窄，在30%～80%損失較大，不能很好地滿足各種流量范圍；渦輪流量計(jì)量程較大，在10%～80%損失小，但當(dāng)天然氣流量較小時(shí)存在計(jì)量盲區(qū)；超聲波流量計(jì)精度高，量程范圍廣，幾乎沒(méi)有壓力損失。

2.3.3 調(diào)壓

分輸站調(diào)壓方案種類較多，可分為單臺(tái)調(diào)節(jié)閥；單臺(tái)調(diào)壓閥+監(jiān)控調(diào)壓閥；單臺(tái)調(diào)壓閥+安全切斷閥；監(jiān)控調(diào)壓閥+安全切斷閥；三閥結(jié)合式。

單臺(tái)調(diào)壓閥方案流程簡(jiǎn)單，操作維護(hù)簡(jiǎn)單，但氣量易波動(dòng)。單臺(tái)調(diào)壓閥與監(jiān)控調(diào)壓閥組合可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控與調(diào)節(jié)，安全性較好，但調(diào)壓器壓力需合理設(shè)定。安全切斷閥與監(jiān)控調(diào)節(jié)閥結(jié)合和三閥結(jié)合這兩種方案安全性較高，能保證下游用戶不超壓，但當(dāng)切斷輸氣時(shí)，需要調(diào)整和復(fù)位切斷閥。三閥結(jié)合式方案把上下游串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)同時(shí)監(jiān)控與調(diào)壓的功能，當(dāng)遇到特殊情況時(shí)，也可以切斷輸氣，以確保管道和設(shè)備安全。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，天然氣長(zhǎng)輸管道的線路和分輸站設(shè)計(jì)既應(yīng)從全局整體考慮又應(yīng)該考慮到地形情況、季節(jié)變化、環(huán)境保護(hù)等細(xì)節(jié)問(wèn)題。

在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，滿足標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的同時(shí)，應(yīng)選擇合理的管道線路，根據(jù)實(shí)際工況選擇設(shè)備，減少占地與投資，才能達(dá)到最好的運(yùn)營(yíng)效果。