天然氣輸氣管道設計中的常見難點解析

鄧錫斌 鄭平平

作為很重要的一種能源，天然氣在國家國防、工業(yè)建設、生活實踐中所起的作用也日趨增大。在天然氣運輸中，管道當屬很關鍵性的方式之一。為了嚴格控制輸氣管道運行的穩(wěn)定與安全，則應注意針對管道設計難點內容，及時予以優(yōu)化完善。為此，本文從天然氣出發(fā)，主要分析了設計輸氣管道中的一些常見難點，并提出了有效的完善措施，僅供參考。

伴隨著現(xiàn)階段低碳經(jīng)濟理念的廣泛普及、綠色經(jīng)濟的飛快增長，天然氣工業(yè)也獲得了長足的發(fā)展。在整個社會的建設及國民生活中，也在日益普及應用天然氣。因為天然氣一般通過管道來輸送，因此在市政天然氣管道的建設與發(fā)展，要求及時創(chuàng)新設計天然氣管道的基礎理念，大幅提高天然氣管道的整體質量，并以此來控制管道切實安全穩(wěn)定。然而，天然氣工程作為極為系統(tǒng)、復雜多變的工程，要求輸氣周全考量種種施工因素。在一定程度上，設計輸氣管道的具體質量直接關乎著管道輸氣的運行效率及天然氣質量。就目前天然氣設計現(xiàn)狀而言，急需優(yōu)化設計輸氣管道，達到增強管道安全運行穩(wěn)定性等的目的，以順利建設出更優(yōu)質的天然氣管道。

一、國內天然氣工業(yè)、輸氣管道的當前發(fā)展狀況

1.國內天然氣當前的資源情況

（1）根據(jù)國內調查全國范圍石油、天然氣所得的結果顯示，國內天然氣的實際采儲量在國際上具有很靠前的排名次序。在全國范圍內，陸地存在的天然氣產區(qū)主要在邊遠高原區(qū)域分布著。尤其以四川、塔里木、準噶爾、陜甘寧、柴達木等為主。而海上存在的天然氣則一般就是一些海域，如，東海、南海、渤海等。所以縱觀國內天然氣分布情況可知，全國范圍并沒有均勻分布著天然氣。

（2）現(xiàn)階段，在國內天然氣市場上，下游一般將天然氣用于日常炊事、統(tǒng)一供暖、交通行業(yè)、電力工業(yè)等領域。因為國民在早期并未清楚認知天然氣，以至于很少用到天然氣。但伴隨天然氣市場的進一步開發(fā)拓展，天然氣也在逐步增大使用范圍。不僅居民用戶、發(fā)電廠商、工業(yè)領域用戶，而且公共出租車、汽車也開始積極以天然氣為主要的燃料動力。其中更多的私家車，也漸漸開始投入使用天然氣。為及時緩解供氣緊張情況，國內便開始大力推行西氣東輸?shù)姆桨?，以大幅改善國內有些區(qū)域天然氣嚴重緊張的狀況。同時，還應該及時轉變能源結構體系，進一步協(xié)調經(jīng)濟建設與資源應用。

2.國內管道發(fā)展形勢

因為天然氣沒有均勻分布，迫使下游居民只好不顧麻煩來使用天然氣，所以應全面輸送天然氣。這便要求通過管道，來統(tǒng)一輸送天然氣。伴隨經(jīng)濟的增長，國內當前時管道制造質量等級也在向上大幅躍進。唯有管道質量足夠高，方能充分確保天然氣輸送過程的安全性。現(xiàn)階段，國內一般通過高鋼級、高壓等方式，來設計、建造優(yōu)質的輸氣管道。

二、設計天然氣輸氣管道的常用方法

1.動態(tài)規(guī)劃法

作為運籌學的分支之一，動態(tài)規(guī)劃法是求解決策環(huán)節(jié)內最理想的數(shù)學方法。通過應用這類方法，有助于設計人員降低管道設計出現(xiàn)問題的概率，從而進一步增大工程整體經(jīng)濟效益。

2.方案對比法

在工程設計中，作為最常用的一種最簡單的方法，方案對比法一般會從提出各種方案，并準確運算及仿真模擬，再通過對比分析獲得最理想的方案。

3.數(shù)學研習法

通過數(shù)學研習法，一般用數(shù)學方法，來研究分析定量化問題，并正確做出決策。通過這類方法來展開設計工作，一般具有快捷、效率高、準確、可靠等特點。

三、天然氣管道設計中存在的常見難點

1.管道環(huán)境復雜多變

眾所周知，我國幅員遼闊，廣泛橫跨平原、高原、丘陵、山脈等。其中，不乏各種特殊地形地貌，如，戈壁、沙漠、苔原等。加上在現(xiàn)代城市地下，又廣泛鋪設著樣式豐富的地基、地鐵、橋基、管線等市政設施。所以，在鋪設天然氣管道的作業(yè)環(huán)境上，復雜性相當明顯。在具體設計天然氣管道中，除了應周全考量復雜多變的地貌地形外，還應仔細考察管線沿途路線四周的建筑物、布設的管線等。如果未注意到關鍵性要素，便常常會引起天然管道的不良設計情況，從而在后續(xù)的施工建設、投入應用中，遭遇很嚴重的困難，有時甚至還會導致事故出現(xiàn)。

2.管道規(guī)格嚴苛

眾所周知，天然氣屬于氣體，加之在有限成本、建設環(huán)境的局限下，所以定不會密集分布中轉節(jié)點、供氣站等。所以氣體長距離輸送及現(xiàn)代城市中，面臨大量的商戶、社區(qū)、工業(yè)等領域分支，便迫使天然氣管道要求架設極具氣密性、相當長的管線結構體系。如果出現(xiàn)泄漏，便定會引起大規(guī)模斷氣現(xiàn)象，甚至會造成嚴重火災或者爆炸事故。所以在天然氣管道上，具有很嚴苛的規(guī)格要求，需要設計人員及時提高專業(yè)水平。

3.特殊天氣影響

一年四季的天氣，定會不斷變化。伴隨溫度的飛快升降，天然氣管道也會出現(xiàn)劇烈的脹縮，甚至大幅損壞管道。另外，在室內外、地下等地方布設的天然氣管道，氣候帶來的影響也會程度各異。同時，管道當中的不同位置，不均勻的溫度，也會加劇損害天然氣管道的程度，從而引起損壞或者泄漏問題。在雷雨、颶風等天氣情況下，更加會直接損壞到管道。所以，便應在開始設計天然氣類型輸氣管道時，便考慮到部署中保暖要求以及抗颶風、防雷擊需要等。

4.天然氣性質及其輸送帶來的破壞

因為一般會在地下埋設天然氣管道或在建筑物中予以內嵌，所以管道擁有的耐受能力應可以確保其維持連續(xù)穩(wěn)定的投入使用年限。譬如，鋼管應為30年或以上，PE管應為50年或以上。然而，在天然氣中，一般會存在微量硫化氫，不免有所腐蝕管道內壁。加之天然氣當中，一般都會含有少量的小灰塵。同時，在高氣壓下的天然氣中，還會裹著一定的灰塵。盡管灰塵沖擊力不大，但是高頻微觀劃傷，經(jīng)過長時間的積累，腐蝕及劃傷便會嚴重傷害管道內壁。所以，在設計天然氣管道中，應選用切實適宜的管線材料。

5.沿途多變

在現(xiàn)代城市當中，伴隨經(jīng)濟的增長、城市化進程的持續(xù)深化，很多市內建筑也需要改造、拆遷或新建。所以天然氣在沿途的管線，也會面臨多變的環(huán)境，相應的天然氣線路自己也會發(fā)生各種變化。如果某地實際新建的建筑物，在原先設計峰值范圍以外，便會迫使當?shù)靥烊細獬霈F(xiàn)供應壓力不夠問題。如果某地實際拆遷過多的建筑物，便會浪費不必要的管線壓力。所以，在設計天然氣管道中，還應注意周全考量城市經(jīng)濟的整體趨勢，與當?shù)丶扔械慕h期規(guī)劃相結合，預留充裕地擴充當?shù)毓芫€的地方。

四、優(yōu)化設計天然氣管道

1.做好前期考察工作

在正式開始設計天然氣管道前，應全面考察天然氣管道的整個建設環(huán)境，著重明確其中的地理條件、沿途建筑物。同時，還要及時與所在地城建及規(guī)劃單位、建筑物主管機構、基建責任部門、水電單位等負責其他地下分布管線的單位順暢交流。再以此為基礎，控制天然氣所需輸氣管道的整個設計工作，可以避開失穩(wěn)地質地層、擁擠復雜多變的地下建筑群或易出現(xiàn)干擾的他類管線。這么一來，方能順利做好設計天然氣整體管道線路的工作。

2.加強安全防范工作

在最初開始設計天然氣所需輸氣管道中，便需要周全考量天然氣管道涉及的安全問題或者風險。針對天然氣類型輸氣管道，需要盡量選用極具防腐蝕性能、高耐受性的合金原材料，以便可以長期穩(wěn)定連續(xù)地輸送天然氣。同時還應從天然氣管道出發(fā)，做好全程范圍的隔溫、保溫工作，以免過大自然溫差引起天然氣管道內部劇烈改變溫度。此外，在室外還應避免裸露天然氣管道，以免因為颶風、雷擊等意外因素引起不必要的破壞。而針對天然氣管道，在規(guī)劃設計鋪設線路中，還要盡可能繞過頻繁開挖路段、容易遭受雷擊的部位。這么一來，方能盡可能避免人為、天氣等因素，損壞到天然氣管道。所以在開始設計時，便盡可能降低天然氣管道有關的不穩(wěn)定因素。例如，在管道鋪設的設計中，應盡量安排管道線路遠遠離開超市建筑體的屋檐或墻角等，常常遭受雷擊的范圍。

3.優(yōu)化鋪設路徑設計

通過一番的前期考察以后，便應從天然氣的特點出發(fā)，開始規(guī)劃設計鋪設管道具體路徑。在這個過程當中，應根據(jù)地下實際的情況，展開科學的設計。所以針對天然氣，為了順利設計好輸氣管道，就要求設計人員具有足夠強的專業(yè)技能、豐富的實踐經(jīng)驗。同時，在設計中還應周全考量管道沿線鋪設中的具體環(huán)境，防止與其他類型的地下設施發(fā)生沖突。例如，注意考慮到城市地下分布的電纜、排水管等慮，以防出現(xiàn)管道線路彼此沖突的現(xiàn)象。其中，應盡可能規(guī)劃出最短距離的輸送路徑，以減少輸送所耗動力。

五、結語

綜上，伴隨國內可持續(xù)發(fā)展的深化推進，經(jīng)濟建設也獲得了長足的發(fā)展，其中的天然氣產業(yè)也發(fā)展得越來越快。作為極為關鍵的能源之一，天然氣在社會經(jīng)濟建設中起到的作用至關重要。唯有優(yōu)化設計市政輸氣管道，方才可為國內經(jīng)濟增長源源不斷地提供能源。但是，當前天然氣出現(xiàn)了十分突出的供需矛盾，所以相應的輸氣管道所需承擔著的任務也很重。這便需要認真分析管道設計中存在的常見難點，及時優(yōu)化設計方案，以便安全、穩(wěn)定地輸送天然氣。