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并行油氣管道保護(hù)措施研究

文檔作者：馬學(xué)海，許研新，董浩文檔來(lái)源：中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年07月03日
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上一篇：對(duì)穿越黃河管道懸空段治理措施的分析

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第36卷第6期 石油工程建設(shè) 33
一潦j
馬學(xué)海，許研新，董 浩
(中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司，河北廊坊o65ooo)
摘 要： 多條管道共用管廊帶可以節(jié)約用地，便于統(tǒng)一規(guī)劃及管理，但必須處理好安全問(wèn)題，尤
其是山區(qū)段，地形復(fù)雜、地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)、維搶修困難。文章簡(jiǎn)要地分析了并行管道失效的原因，
并以中衛(wèi)一貴陽(yáng)天然氣管道與蘭州一成都原油管道并行段為例，從線路用管、施工要求、地質(zhì)災(zāi)
害治理、預(yù)防第三方破壞等方面提出了安全措施，為其他并行管道設(shè)計(jì)提供參考。
關(guān)鍵詞：油氣管道；并行敷設(shè)；管道失效；保護(hù)措施
中圖分類號(hào)：TE973．1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001—2206(2010)06-．-0033—03
0 引言
當(dāng)油氣管道并行敷設(shè)時(shí)，因一條管道失效而影
響相鄰管道正常輸送或造成失效的可能性增加。雖
然加大間距可避免此類事件發(fā)生，但在很多地區(qū)受
各種因素制約是難以實(shí)現(xiàn)的．如地形原因、城鎮(zhèn)規(guī)
劃、環(huán)境敏感點(diǎn)、壓礦、文物等，都可能迫使管道
近距離并行，甚至同溝敷設(shè)。
由于并行敷設(shè)管道的最小安全間距沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)
范可以采用，1999年美國(guó)國(guó)際管道研究委員會(huì)
(PRCI)委托Battelle Memorial Institute進(jìn)行研究，
建立了計(jì)算模型，確定了油氣并行管道的合理間
距，在一條管道破裂時(shí)，另一條管道可以正常運(yùn)
行。2002年P(guān)RCI發(fā)布了《管道斷裂和并行管道間
距》報(bào)告。為了解決以西氣東輸二線為代表的并行
管道問(wèn)題，管道建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)理部組織開(kāi)展了專題研
究，并編制了《油氣管道并行敷設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)定》。該
標(biāo)準(zhǔn)對(duì)并行管道的間距做了要求，并規(guī)定了各種間
距下的施工方式。
當(dāng)油氣管道并行間距大于安全距離時(shí)，無(wú)需采
取保護(hù)措施：當(dāng)間距不能滿足要求時(shí)，應(yīng)結(jié)合工程
具體情況，有針對(duì)性地采取保護(hù)措施。
1 并行管道的失效形式
根據(jù)《西氣東輸二線并行敷設(shè)管道關(guān)鍵技術(shù)研
究》，當(dāng)油氣管道并行敷設(shè)時(shí)，由于液體的不可壓縮
性，液體管道事故形成的破壞力遠(yuǎn)小于氣體管道，
故應(yīng)以氣體管道失效作為研究重點(diǎn)。研究表明，輸
氣管道P1(以下同)發(fā)生事故對(duì)臨近管道P2(以下
同)造成的影響主要表現(xiàn)為以下兩種方式：
(1)輸氣管道P1破裂，通過(guò)周邊土壤傳遞的
地面壓力可能導(dǎo)致臨近管道P2徑向屈曲失穩(wěn)。
(2)輸氣管道Pl破裂并燃燒，在泄漏的高壓
氣流作用下使臨近管道P2失去覆蓋物。P2受熱輻
射作用而失效。
1．1 地面壓力導(dǎo)致臨近管道失效
20世紀(jì)70年代美國(guó)PRC1開(kāi)展了“爆炸物的
爆破作業(yè)對(duì)臨近管道影響”試驗(yàn)，積累了大量的試
驗(yàn)數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上確定了計(jì)算方法。輸氣管道
P1破裂所產(chǎn)生的地面壓力與輸送壓力、管溝回填
土類型有關(guān)， 回填土越密實(shí)，所傳遞的地面壓力越
大，當(dāng)?shù)孛鎵毫Υ笥诠艿赖膲簼毫r(shí)，P2將屈
曲失穩(wěn)。當(dāng)管道并行間距大于安全間距時(shí)，P2不
會(huì)發(fā)生失穩(wěn)。
1．2 熱輻射造成臨近管道失效
當(dāng)輸氣管道P1破裂時(shí)，噴射出的氣流吹掉臨
近的土壤形成彈坑，使相鄰管道P2的覆蓋物被揭
開(kāi)。假設(shè)P1噴出的氣體被點(diǎn)燃，并形成羽流，相
鄰管道將受熱輻射影響，熱能通過(guò)管壁沿軸向和環(huán)
向傳導(dǎo)，當(dāng)P2溫度升高到一定程度時(shí)，則會(huì)因材
料的強(qiáng)度降低而發(fā)生破裂，見(jiàn)圖1。
2 并行管道保護(hù)措施
當(dāng)油氣管道并行間距大于安全距離時(shí)．無(wú)需采
取特殊保護(hù)措施。下面重點(diǎn)討論當(dāng)并行間距小于安
j★斗?！?； ★ *蝌 ★ l★ ★辮 ★
石油工程建設(shè) 2010年12月
圖1 熱輻射造成臨近管道失效示意
全距離時(shí)，應(yīng)如何防護(hù)。
降低輸氣管道Pl的事故概率，應(yīng)首先明確管
道失效的原因，歐洲天然氣管道事故數(shù)據(jù)組織
(European Gas pipeline Incident data Group，EGIG)
發(fā)布的第四版歐洲天然氣管道事故數(shù)據(jù)報(bào)告涵蓋了
1970—1998年長(zhǎng)距離輸氣管道的意外泄漏事故。
EGIG將失效原因分為：第三方破壞、腐蝕、施工
及材料缺陷、地質(zhì)災(zāi)害和其他，其中第三方破壞占
35％，腐蝕原因占25％ ，施工及材料缺陷占20％ ，
地質(zhì)災(zāi)害占5％ ，其他占15％。以上數(shù)據(jù)雖來(lái)源于
歐洲，但對(duì)于國(guó)內(nèi)管道仍有參考意義，只是各國(guó)情
況不同、比例不同而已。下面以中衛(wèi)一貴陽(yáng)天然氣
管道與蘭州一成都原油管道并行段為例，詳細(xì)討論
近距離并行段的保護(hù)措施。
中衛(wèi)一貴陽(yáng)天然氣管道全長(zhǎng)約1 636 km，管
徑1 016 mm，設(shè)計(jì)壓力10 MPa。蘭州一成都原油
管道全長(zhǎng)878 km，管徑610 mm，設(shè)計(jì)壓力8～
l3．4 MPa，采用加熱密閉輸送。兩管道在秦嶺山區(qū)
段并行敷設(shè)，并行段長(zhǎng)度229 km，其中并行間距
大于最小安全距離(5．3 m)的l17 km，共用隧道
43 km，其余69 km需同溝敷設(shè)，間距保持1．5 m。
根據(jù)兩條管道具體情況，結(jié)合沿線地形、地質(zhì)特
點(diǎn)，制訂了相應(yīng)保護(hù)措施。
2．1 同溝敷設(shè)段設(shè)置
每段同溝敷設(shè)段落不宜過(guò)長(zhǎng)，即在大段同溝的
中間特意設(shè)置一些不同溝的段落，以減小施工安裝
的難度，增加維護(hù)檢修的空間。
2．2 并行段用管
對(duì)于并行的油氣管道來(lái)說(shuō)，風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)自氣管
道，因此應(yīng)從設(shè)計(jì)系數(shù)、鋼管質(zhì)量、焊接質(zhì)量等多
方面提高管道自身的安全性。
并行段地處秦巴山區(qū)，除一些溝谷地段村莊稍
微密集外，其他地段均村落較少，人VI稀疏。根據(jù)
目前的設(shè)計(jì)規(guī)范，嚴(yán)格來(lái)講尚達(dá)不到二級(jí)地區(qū)的劃
分標(biāo)準(zhǔn)，考慮到該地區(qū)地形復(fù)雜，不可預(yù)見(jiàn)的地質(zhì)
災(zāi)害較多，從便于施工和保障管道安全上考慮，并
行段統(tǒng)一劃分為二級(jí)地區(qū)，設(shè)計(jì)系數(shù)選用0．6。另
外，中貴天然氣管道在并行段采用X70鋼管(非
并行段為X80材質(zhì))，這樣鋼管壁厚由15．3 mm增
加至l7．5 mm，從預(yù)防第三方破壞、防腐、止裂等
方面有效地提高了管道安全性。
對(duì)蘭成原油管道來(lái)講，根據(jù)《西氣東輸二線并
行敷設(shè)管道關(guān)鍵技術(shù)研究》可知，增加原油管道壁
厚可以提高抵抗地面壓力引起管道屈曲失穩(wěn)的能
力，但不能完全避免天然氣管道熱輻射造成的失
效。即在天然氣管道發(fā)生破裂并著火時(shí)，僅靠增加
原油管道壁厚是無(wú)法確保安全的。應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)氣管
道的安全性，從源頭抓起。但考慮到沿線地形復(fù)
雜、地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)，在一些敏感地段、人口密集地
段，管道壁厚需提高一個(gè)等級(jí)。
2．3 鋼管質(zhì)量要求
為保證并行段的鋼管質(zhì)量，避免鋼管本身存在
缺陷，應(yīng)對(duì)以下方面提出嚴(yán)格要求：中貴管道和蘭
成管道的制管用板卷均采用TMCP工藝軋制；嚴(yán)格
控制板材中的碳含量，降低硫磷含量；嚴(yán)格控制鋼
管晶凈粒度及金屬夾雜物等級(jí)：嚴(yán)格控制管材屈服
強(qiáng)度；保證兩條管道的韌性指標(biāo)，要求原油管道不
起裂，天然氣管道能在2根鋼管長(zhǎng)度內(nèi)進(jìn)行止裂；
制管用板材采用超聲波進(jìn)行全面探傷，以防止存在
夾層和缺陷；鋼管全焊縫進(jìn)行X射線檢查，同時(shí)
要求在水壓試驗(yàn)前后分別進(jìn)行焊縫全長(zhǎng)全焊縫區(qū)域
縱橫向缺陷超聲波檢查；工廠內(nèi)水壓壓力要求達(dá)到
0．95 ors(or 為屈服強(qiáng)度)，試壓時(shí)間不小于15 s；
對(duì)中貴管道的鋼管提出抗SCC (硫化物應(yīng)力開(kāi)裂)
和HIC(氫致開(kāi)裂)要求。
2．4 現(xiàn)場(chǎng)施工要求
(1)對(duì)于同溝敷設(shè)段，為避免溝上焊接完成
后，下溝過(guò)程中難以控制下溝質(zhì)量，導(dǎo)致下溝后兩
管間距不足1．5 m，要求管道采用溝下焊接．確保
兩管間距。
(2)為防止管道投產(chǎn)后由于溫差引起熱位移，
導(dǎo)致間距不足，要求在回填過(guò)程中，兩管之間采用
土工袋裝土進(jìn)行柔性隔離；同時(shí)每隔20 m設(shè)一道
漿砌石隔離墻，將兩管道剛性隔離。
第36卷第6期 馬學(xué)海等：并行油氣管道保護(hù)措施研究 35
(3)在坡降≥1％ 的河道內(nèi)同溝敷設(shè)管段，每
隔20 m設(shè)一道漿砌石做截水墻，管溝上面采用石
籠壓護(hù)，防止河水淘刷未密實(shí)的管溝土。
(4)管道焊口除采用100％ 的射線探傷外，還
需進(jìn)行100％ 的超聲波探傷，以免超標(biāo)的焊接缺陷
漏檢。
(5)管道分段試壓，結(jié)合本段復(fù)雜山區(qū)的大落
差情況，要求試壓段高點(diǎn)壓力不低于設(shè)計(jì)試驗(yàn)壓
力，低點(diǎn)處管道的環(huán)向應(yīng)力不超過(guò)鋼管屈服強(qiáng)度的
95％．同時(shí)強(qiáng)度試壓要求穩(wěn)壓4 h，嚴(yán)密性試壓要
求穩(wěn)壓24 h。
(6)對(duì)于并行段，管道投產(chǎn)前應(yīng)進(jìn)行智能測(cè)
徑，提前發(fā)現(xiàn)施工過(guò)程中由于落石沖擊等原因造成
的管道超標(biāo)變形，對(duì)超標(biāo)處應(yīng)進(jìn)行換管處理。
2．5 預(yù)防第三方破壞
并行段有70％ 沿溝谷敷設(shè)，溝谷內(nèi)有村莊間
續(xù)分布，同時(shí)在六巷河谷地和康縣境內(nèi)，管道經(jīng)過(guò)
了大量礦區(qū)(主要為探礦區(qū)，管道通過(guò)的廊帶未開(kāi)
采)，該區(qū)段內(nèi)建設(shè)施工較多，對(duì)管道的危害主要
來(lái)自機(jī)械動(dòng)土，誤傷管道，因此設(shè)計(jì)時(shí)需要高度關(guān)
注這些地段并采取相應(yīng)措施。
(1)加密地面標(biāo)識(shí)、警示設(shè)置，鋪設(shè)警示帶。
所有標(biāo)識(shí)能清晰分辨出對(duì)應(yīng)的管道。
(2)并行段埋設(shè)預(yù)警光纜。當(dāng)管道附近發(fā)生異
常振動(dòng)或動(dòng)土?xí)r，報(bào)警信息上傳至就近的站場(chǎng)及運(yùn)
營(yíng)單位，管理人員通過(guò)對(duì)波形分辨．判斷振動(dòng)原
因，并派人到現(xiàn)場(chǎng)巡視。
(3)運(yùn)營(yíng)單位應(yīng)加強(qiáng)巡線管理，嚴(yán)格按照管道
保護(hù)條例對(duì)采礦單位、施工單位進(jìn)行監(jiān)管。
2．6 地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防及處理
通過(guò)對(duì)蘭成渝、蘭成、中貴輸氣管道三線并行
段(禮縣一廣元)沿線地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，調(diào)
查區(qū)內(nèi)共發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)474處．其中滑坡92處．
崩塌(危巖)260處，泥石流10處，潛在不穩(wěn)定
斜坡45處，溝河道水毀57處，坡面水毀1O處。
其中蘭成與中貴管道并行段發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害83處．
主要包括崩塌、滑坡和不穩(wěn)定斜坡。
2．6．1 崩塌(危巖)
崩塌對(duì)管道的危害主要是在施工或運(yùn)營(yíng)過(guò)程
中，當(dāng)崩塌體高空墜落時(shí)，可能沖擊到管道，造成
管道變形或破損。山區(qū)管道在劈山修路過(guò)程中．有
可能誘發(fā)潛在的崩塌或危巖。崩塌體包括3種情
況：一是施工前已經(jīng)自然存在的；二是劈山修路過(guò)
程中產(chǎn)生的：三是管道投產(chǎn)后暴雨或地震誘發(fā)的。針
對(duì)上述3種情況應(yīng)分階段治理，施工前對(duì)于自然形成
的崩塌體應(yīng)提前清除，當(dāng)崩塌體規(guī)模較大時(shí)，如地形
條件允許首先考慮避繞，無(wú)法避繞時(shí)應(yīng)對(duì)其分解清
除。對(duì)于劈山造成的潛在崩塌體，應(yīng)徹底清除，當(dāng)坡
面破碎，穩(wěn)定性較差時(shí)，應(yīng)考慮護(hù)坡或護(hù)面進(jìn)行加
固。對(duì)于管道投產(chǎn)后形成的潛在崩塌，應(yīng)提前發(fā)現(xiàn)，
即時(shí)清除。為了確保管道安全，還應(yīng)在危巖密集區(qū)管
道上方設(shè)置墊層。減小危巖對(duì)管道的沖擊。
2．6．2 滑坡及不穩(wěn)定斜坡
滑坡對(duì)管道的危害是：當(dāng)管道埋設(shè)在滑坡體
時(shí)，如發(fā)生滑動(dòng)，管道會(huì)同步變形，當(dāng)滑坡體規(guī)模
較大且滑移嚴(yán)重時(shí)有可能剪斷管道。處在滑坡邊界
的管道，在滑坡發(fā)生時(shí)，將會(huì)受到擠壓，增加不安
全因素。對(duì)于穩(wěn)定性差、危害性高的滑坡體必須避
繞。對(duì)于危害性一般的滑坡，應(yīng)首先考慮避繞，在
避繞有困難時(shí)，應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘察，判斷滑坡
成因及類型，有針對(duì)性地進(jìn)行治理。常用的處理措
施包括卸載、抗滑樁、支擋等。
2．6．3 水害影響
并行段管道的水害主要是中小型河流穿越地段
和沿河道敷設(shè)地段容易遭受河水沖刷，造成管道露
管、懸空。在中小型河流穿越中，對(duì)于中型河流，
設(shè)計(jì)按50年一遇洪水頻率計(jì)算的沖刷深度控制埋
深，埋在沖刷線以下不小于1 m。若河床為石方，
管道采用混凝土連續(xù)覆蓋進(jìn)行防護(hù)。對(duì)于小型河
流，最小埋深不小于2 m，如果河床為基巖，應(yīng)嵌
入基巖深度不小于0．5 m，并用現(xiàn)澆混凝土進(jìn)行澆
注，避免管道遭受河水沖刷。
對(duì)于受地形限制，迫不得已順河道敷設(shè)的地
段，因河道形態(tài)、地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，有寬淺式河
道，也有“V”型河谷，對(duì)于河床地層為砂土和砂
卵礫石的河道，管道必須埋設(shè)在設(shè)計(jì)最大沖刷線以
下1．0 m，并采用混凝土壓塊作為配重。當(dāng)河道縱
坡降大于1％ 時(shí)，應(yīng)每隔20 m設(shè)一道管溝截水墻。
當(dāng)河床為基巖時(shí)，則應(yīng)在基巖上開(kāi)挖管溝，并將管
道采用現(xiàn)澆混凝土的方式嵌固在基巖里
作者簡(jiǎn)介： 馬學(xué)海(1975-)， 男， 天津?qū)氎嫒耍?工程師，
t998年畢業(yè)于西南石油學(xué)院油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)．現(xiàn)從事管道線
路工程設(shè)計(jì)工作。
收稿日期：2010—04—27

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