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油氣管道安全度汛對(duì)策研究

文檔作者：何悟忠王巨洪曲慧遠(yuǎn) 楊宗賓董研文檔來(lái)源： 1．中國(guó)石油管道公司沈陽(yáng)技術(shù)分公司 2．中國(guó)石油管道大連輸油氣分公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年07月17日
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2011年
第5期
管 道 技 術(shù) 5 設(shè) 備
Pipeline Technique and Equ
— —
ipmen
— —
t
2011
No．5
油氣管道安全度汛對(duì)策研究
何悟忠 ，王巨洪 ，曲慧遠(yuǎn) ，楊宗賓 ，董研
(1．中國(guó)石油管道公司沈陽(yáng)技術(shù)分公司，遼寧沈陽(yáng)110031；
2．中國(guó)石油管道大連輸油氣分公司，遼寧大連116300)
摘要：文中以中國(guó)石油管道東北管道鐵大線為例，通過(guò)歷史數(shù)據(jù)收集整理分析，加以理論核算，并
與實(shí)際情況校核，總結(jié)出油氣管道汛期的安全主要受降雨量、土質(zhì)、地勢(shì)、人類活動(dòng)等因素的影響，并提
出了安全度汛的應(yīng)對(duì)措施。
關(guān)鍵詞：管道；汛期；安全；對(duì)策
中圖分類號(hào)：TE83 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004—9614(2011)05—0001一O3
0 引言
管道運(yùn)輸業(yè)是繼鐵路、．公路、水運(yùn)、航空之后的第
五大運(yùn)輸業(yè)。目前，國(guó)內(nèi)油氣管道總里程達(dá)10萬(wàn)km，
基本形成了油氣骨干管網(wǎng)。根據(jù)國(guó)家“十二五”規(guī)劃，
還將建設(shè)近5萬(wàn)km油氣管道，油氣管道已成為重要
的國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)設(shè)施，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起到重要的
作用。2010年l0月1日正式實(shí)施的《中華人民共和
國(guó)石油天然氣管道保護(hù)法》更能充分說(shuō)明油氣管道的
重要性。
油氣管道在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出突出貢獻(xiàn)的同時(shí)，
其自身的安全管理也不容忽視。影響油氣管道安全
運(yùn)行的危害因素主要有自然災(zāi)害、內(nèi)外腐蝕、管線缺
陷、誤操作、第三方施工等方面。下面僅就自然災(zāi)害
對(duì)油氣管道的安全影響進(jìn)行探析。
自然災(zāi)害包括洪汛災(zāi)害、破壞性地震災(zāi)害、地質(zhì)
災(zāi)害、氣象災(zāi)害、海洋災(zāi)害等。對(duì)于陸地油氣管道，經(jīng)
常受到洪汛災(zāi)害的影響。下面以鐵大線為例進(jìn)行分
析說(shuō)明。
1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
東部管網(wǎng)鐵大線輸油管道建于1974年，途徑鐵
嶺、沈陽(yáng)、遼陽(yáng)、鞍山、營(yíng)口、大連等市，管道全長(zhǎng)
423．45 km．沿線地質(zhì)地貌為丘陵、平原，多為黏土、砂
壤土、風(fēng)化巖等地質(zhì)，詳見(jiàn)：表1。
鐵大線輸油管道1975年建成投產(chǎn)后，經(jīng)歷了幾次
大的集中的洪水襲擊，主要在1984年一1987年、1994
年一1995年、2009年一2010年，這幾個(gè)時(shí)間段雨季降
雨比較集中、降雨量比較大，局部地區(qū)降雨量達(dá)136
mm、1 h降雨量達(dá)到63 mm．這幾次洪水給輸油管道的
安全運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重影響，導(dǎo)致管線露管、懸空、甚至斷
收稿日期：2011—09～01
裂。汛后進(jìn)行加固，保證油氣管道安全。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)
表2、表3。
表1 鐵大線輸油管道沿線地貌、地質(zhì)情況統(tǒng)計(jì)表
序號(hào) 地區(qū)段 管線樁號(hào) 地貌 地質(zhì)
注：表中地質(zhì)數(shù)據(jù)從原始竣工資料獲得，統(tǒng)計(jì)到管道埋設(shè)深度位置。
表2 管道沿線歷年降雨量一覽表(6～8月)
． ． ． 24 h降雨量年份 。 總降雨量 年。份? 24 h降’ 。雨量 總?降 雨量
／mm ／mm ／mm ／mm
1976 4．6 413 1994 321 723
1977 4．6 413 1995 393 679
1978 4．6 413 1996 4．6 413
1979 4．6 413 1997 0 干旱
1980 4．6 413 1998 0 干旱
1981 341．7 768．9 1999 0 干旱
1982 0 干旱 2000 0 干旱
1983 4．6 413 2001 0 干旱
1984 4．6 413 2002 0 干旱
1985 1oo 680 2003 0 干旱
1986 4．6 413 2oo4 4．6 413
1987 0 干旱 20o5 4．6 413
1988 0 干旱 2o()6 4．6 413
1989 0 干旱 20o7 l16 354
l990 4．6 413 20o8 4，6 413
1991 4．6 413 20O9 97．4 286
1992 4．6 413 2010 136 613
1993 4．6 413
2 數(shù)據(jù)分析
從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，得出規(guī)律如下：
(1)1981年，在瓦房店、普蘭店、蓋州三市交界山
區(qū)的一場(chǎng)特大暴雨，導(dǎo)致泥石流，因距離輸油管道較
注：鐵大線輸油管道穿越河流百余處，為說(shuō)明問(wèn)題，這里只統(tǒng)計(jì)典型、具有代表性的河流。
遠(yuǎn)，對(duì)管道無(wú)大影響；除此之外，像1985年、1994年、
1995年、2007年、2009年、2010年汛期都發(fā)生了較大
汛情，都給管道安全運(yùn)行產(chǎn)生了很大影響，見(jiàn)圖1。
里
一
鐾 ；
一／＼一八【_一
年份
圖1 管道沿線歷年降雨量分布圖(6—8月)
(2)從管道歷年加固一覽表中發(fā)現(xiàn)，在1995年遼
寧省出現(xiàn)特大暴雨洪水災(zāi)害面前，太子河、復(fù)州河等
地段輸油管道運(yùn)行正常，主要原因是河流上游有水庫(kù)
調(diào)峰，管道不會(huì)直接受到洪水襲擊；但也應(yīng)充分考慮
水庫(kù)泄洪對(duì)管道的影響，見(jiàn)圖2。
(3)人類活動(dòng)的擾動(dòng)，導(dǎo)致管道安全風(fēng)險(xiǎn)加大。
從管道歷年加固一覽表中發(fā)現(xiàn)，九道河段輸油管道加
固記錄在2007年及2010年，以前并沒(méi)有出現(xiàn)險(xiǎn)情，主
要原因是以前九道河河道及周邊地勢(shì)沒(méi)有遭到破壞。
從2004年開(kāi)始，隨著城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展，砂石料
的大量需求，使九道河河道迅速下切，加之上游無(wú)水
庫(kù)調(diào)峰，汛期一過(guò)洪水，管道即出現(xiàn)險(xiǎn)情。2010年汛
圖2 太子河流域地形圖
期，將2007年汛期后加固的擋土墻沖毀，露管近30 m
長(zhǎng)，懸空高度約1．5 m，河床下切約3．4 m，見(jiàn)圖3、
圖4。
(4)砂土土質(zhì)地段比黏土土質(zhì)地段易遭受沖刷；
地勢(shì)起伏地段比平坦地段易遭受沖刷；落差大、比降
大地段比落差小、比降小地段易遭受沖刷。如大石橋
(a)2007年前九道河管道 (b)2007年九道河管道搶險(xiǎn)
圖3 九道河河道變遷1
第5期 何悟忠等：油氣管道安全度汛對(duì)策研究 3。
i■警
(a)2008年丸道河加固后管道 (b)2010年九道河管道搶險(xiǎn)
圖4 九道河河道變遷2
段管道，距東部山區(qū)約5．3 km，比降33％o左右；金州段
管道，距西部山區(qū)約4．2 km，距黃海約18．9 km，比降
37‰左右。因河道短，落差大，且上游無(wú)水庫(kù)調(diào)峰，汛
期洪水來(lái)勢(shì)兇猛，往往對(duì)管道形成巨大威脅。見(jiàn)圖5、
圖6、圖7。
圖5 大：石橋段管道
圖6 金州段管道
圖7 2009年汛期沖毀的蟲王廟河水工
(5)對(duì)于降雨量較小或干旱的年份，局部管道也
易出現(xiàn)露管、懸空等險(xiǎn)情，主要原因是土壤水分過(guò)于
偏低，土壤中的土顆粒呈“懸浮”狀態(tài)，顆粒與顆粒之
間沒(méi)有很強(qiáng)的握裹力，在很小的降雨下即容易流失。
尤其在年降雨不均衡的情況下更容易發(fā)生，上半年基
本不下雨，秋季猛下幾場(chǎng)大雨，極易導(dǎo)致水土流失。
如表3中的熊岳河、蟲王廟河加固即屬這種情況。
3 理論核算
以2009年7月24日發(fā)生在金州管段的強(qiáng)降雨為
例核算沖刷深度。
2009年7月份以來(lái)，大連地區(qū)連續(xù)降了3次大雨
到大暴雨，分別是7月8日、7月17日、7月24日，土
壤水分飽和，尤其是7月24日的大暴雨，雨量大，降雨
時(shí)間短(3 h左右)，降雨集中，管道途經(jīng)小黑山山腳
下，沿線匯雨面積大，河道瞬間過(guò)流量及流速大，導(dǎo)致
管道水工被沖毀，管道多處出現(xiàn)露管、懸空。
3．1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)
時(shí)間：2009年7月24日；
降雨量：1 h內(nèi)，普蘭店94 mm，金州55 mm；
河道：蟲王廟河、土南門河、青云河；
河寬：B蟲=35 m， 土=23 m， 青=46 m；
流域面積：S蟲=16 km ，S土=13．5 km ，S青=
120．5 km ；
當(dāng)時(shí)水深： 蟲=2．5 n3，h土=2．0 m，h青=2．3 m．
3．2 參數(shù)計(jì)算
3．2．1 河道管道處的徑流量計(jì)算
根據(jù)各流域大小不同及所處流域降雨量的大小，
根據(jù)公式：流域徑流量Q域=降雨量×流域面積，計(jì)算
得出各流域的徑流量。
Q蟲=94 mm／h X 16 km =417．8 m ／s
Q土=55 mm／h X 13．5 km =206．3 m ／s
q青=55 mm／h×120．5 km =1 841．0 m ／s
3．2．2 河道管道處流量計(jì)算
根據(jù)不同流域的匯流條件，進(jìn)行概化單位線及推
流計(jì)算，根據(jù)公式：河道流量q 河=Q域×3／洪水消退
時(shí)間￡(t取6 h)，計(jì)算得出各河道管道處流量。
q 蟲=417．8 m ／s X3／6 h=208．9 m ／s
q 土=206．3 m ／s x3／6 h=103．2 m。／s
q 青=1 841．0 m ／s x3／24 h=230．1 m ／s
3．2．3 河道管道處單寬流量計(jì)算
n ，
根據(jù)公式g= (B為過(guò)水?dāng)嗝鎸挾?，?jì)算過(guò)程中
為河道寬度)，計(jì)算出各河道管道處單寬流量。
q由=208．9 m ／s÷35 m=6．0 m ／(s·m)
q土=103．2 m ／s+23 m=4．5 m。／(s·m)
(下轉(zhuǎn)第16頁(yè))
1 6 Pipeline Technique and Equipment Sep．20 1 1
月20日)的投產(chǎn)前預(yù)熱數(shù)據(jù)，輸水量約為830～950
m ／d，管線人口溫度為38℃ ，管線出17I溫度24℃ ，周
圍環(huán)境溫度2O℃，由蘇霍夫公式(5)反算總傳熱系數(shù)
值，結(jié)果為3．0 W／(m ·oC)。
由蘇霍夫公式反算K值，即：
K： ln (5)
可 L 』L 一1 0
式中：L 為保溫管長(zhǎng)度，m；G為質(zhì)量流量，kg／s；c為流
體的比熱容，J／(kg·℃)；TL為介質(zhì)的出口溫度，℃ ；
。為周圍環(huán)境的溫度，qC；TR為介質(zhì)的人口溫度，℃．
4 結(jié)束語(yǔ)
對(duì)潿洲11—1油田管線，通過(guò)理論計(jì)算的總傳熱
系數(shù)與實(shí)際運(yùn)行反算得到的總傳熱系數(shù)相近。
初步計(jì)算結(jié)果表明：對(duì)海底管道，由于海水的傳
熱系數(shù)較大，未保溫接口部位的總傳熱系數(shù)在18—26
W／(m ·℃)之間，聚氨酯保溫管段的總傳熱系數(shù)在
0．7～0．8 W／(m ·oC)之間，二者相差20多倍，說(shuō)明
海管接口部位的熱損失較大。
通過(guò)分析可以看出：海底保溫管道接口若不采取
相應(yīng)的保溫措施，或保溫效果不佳，其散熱損失很大，
尤其對(duì)長(zhǎng)距離管線，接口處的散熱損失可能會(huì)影響到
管輸介質(zhì)的工藝溫降，并波及到海底管線的安全運(yùn)
行，應(yīng)引起重視。
參考文獻(xiàn)：
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離心灌漿法涂敷技術(shù)研究．石油工程建設(shè)，2007(5)：26
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[4] SY／T 04l5—96 埋地鋼質(zhì)管道硬質(zhì)聚氨脂泡沫塑料防
腐保溫層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)．
[5] 王補(bǔ)宣．工程傳熱傳質(zhì)學(xué)．北京：科學(xué)出版社，1998：20—
21．
[6] 劉海超，高國(guó)軍．海底管道高密度開(kāi)孑L聚氨酯補(bǔ)口新技
術(shù)．中國(guó)海上油氣，2006(4)：271—275．
作者簡(jiǎn)介：劉海超(1977一)，工程師，主要從事海洋管道防腐、
保溫及配重技術(shù)研究工作。
(上接第3頁(yè))
g青=203．1 m ／s÷46 m=5．0 m ／(s·m)
3．2．4 過(guò)水?dāng)嗝娣e計(jì)算
根據(jù)公式W=B×h計(jì)算得：
=87．5 m ；W土=46 m ， =105．8 m
3．2．5 水流流速計(jì)算
根據(jù) =Q ／W計(jì)算得：
蟲 2．39 m／s； 土=2．24 m／s； 青 2．18 m／s
3．2．6 水利半徑計(jì)算
由公式R=W／X，X=B+2危計(jì)算得：
R蟲=2．19 m ； 土=1．70 m ；R青=2．09 m
3．3 沖刷深度計(jì)算
(1)根據(jù)沖刷深度h沖：— 一×g—h．(
×(導(dǎo))
為當(dāng)時(shí)水深，d為河床砂粒平均粒徑，d取0．03)，計(jì)算
各河河床沖刷深度。
沖蟲=3．0 m； 沖士=2．3 m； 沖青=2．3 m
(2)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》提出的最大沖刷深度估
算式(平行水流)為
風(fēng) +[ 一l】 (1)
式中： 為局部沖刷深度(從水面算起)，m；h。為沖刷
處水深(以近似設(shè)計(jì)水位最大水深代替)，m； 為主河
槽平均流速，m／s； 為河床面泥沙啟動(dòng)流速(V =
0．75·R}／ )，m／s；n為指數(shù)，與防護(hù)岸坡在平面上的
形狀有關(guān)，一般取1／4。
由式(1)計(jì)算得出各河河床最大沖刷深度。
將 。蟲=0．912 m／s、 。土=0．86 m／s、Vc青=0．90
m／s等代人式(1)得：
沖蟲=2．73 m； 沖土=2．20 m； 沖青=2．84 m
根據(jù)計(jì)算結(jié)果，2種方法計(jì)算的沖刷深度基本一
致，且與實(shí)際情況基本吻合。如圖7所示，蟲王廟河管
道管上覆土1．2 m，管徑0．72 m，管道懸空約0．8～
1．0 m，沖刷深度約2．72～2．92 m．
4 結(jié)束語(yǔ)
(1)位于落差大、比降大且為砂土土質(zhì)地段的管
道極易遭受雨水襲擊，洪水一般來(lái)勢(shì)兇猛，消退也快。
(2)人類活動(dòng)的擾動(dòng)增加了管道風(fēng)險(xiǎn)，在強(qiáng)降雨
下河床迅速下切，極易導(dǎo)致管道露管、懸空甚至斷裂。
(3)加強(qiáng)與當(dāng)?shù)貧庀蟛块T、水利部門(包括河道管
理部門、水庫(kù)管理部門等)的溝通聯(lián)系，及時(shí)掌握雨
情、汛情及上游水庫(kù)泄洪時(shí)間及泄洪量。
(4)嚴(yán)格控制在穿河段管道上下游挖砂取土，防
止水土流失、河床下切。
(5)針對(duì)不同區(qū)域的管道編制應(yīng)急預(yù)案，并備齊
足夠的防汛搶險(xiǎn)物資。
作者簡(jiǎn)介：何悟忠(1956一)，高級(jí)工程師，主要從事油氣長(zhǎng)輸管
道管理工作。

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