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并行油氣管道保護措施研究

文檔作者：馬學海，許研新，董浩文檔來源：中國石油天然氣管道工程有限公司		點擊數：	更新時間： 2024年07月03日
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上一篇：對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 33
一潦j
馬學海，許研新，董 浩
(中國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題，尤
其是山區(qū)段，地形復雜、地質災害多發(fā)、維搶修困難。文章簡要地分析了并行管道失效的原因，
并以中衛(wèi)一貴陽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、地質災
害治理、預防第三方破壞等方面提出了安全措施，為其他并行管道設計提供參考。
關鍵詞：油氣管道；并行敷設；管道失效；保護措施
中圖分類號：TE973．1 文獻標識碼：A 文章編號：1001—2206(2010)06-．-0033—03
0 引言
當油氣管道并行敷設時，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現(xiàn)的．如地形原因、城鎮(zhèn)規(guī)
劃、環(huán)境敏感點、壓礦、文物等，都可能迫使管道
近距離并行，甚至同溝敷設。
由于并行敷設管道的最小安全間距沒有標準規(guī)
范可以采用，1999年美國國際管道研究委員會
(PRCI)委托Battelle Memorial Institute進行研究，
建立了計算模型，確定了油氣并行管道的合理間
距，在一條管道破裂時，另一條管道可以正常運
行。2002年PRCI發(fā)布了《管道斷裂和并行管道間
距》報告。為了解決以西氣東輸二線為代表的并行
管道問題，管道建設項目經理部組織開展了專題研
究，并編制了《油氣管道并行敷設設計規(guī)定》。該
標準對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。
當油氣管道并行間距大于安全距離時，無需采
取保護措施：當間距不能滿足要求時，應結合工程
具體情況，有針對性地采取保護措施。
1 并行管道的失效形式
根據《西氣東輸二線并行敷設管道關鍵技術研
究》，當油氣管道并行敷設時，由于液體的不可壓縮
性，液體管道事故形成的破壞力遠小于氣體管道，
故應以氣體管道失效作為研究重點。研究表明，輸
氣管道P1(以下同)發(fā)生事故對臨近管道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，通過周邊土壤傳遞的
地面壓力可能導致臨近管道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 地面壓力導致臨近管道失效
20世紀70年代美國PRC1開展了“爆炸物的
爆破作業(yè)對臨近管道影響”試驗，積累了大量的試
驗數據，并在此基礎上確定了計算方法。輸氣管道
P1破裂所產生的地面壓力與輸送壓力、管溝回填
土類型有關， 回填土越密實，所傳遞的地面壓力越
大，當地面壓力大于管道的壓潰壓力時，P2將屈
曲失穩(wěn)。當管道并行間距大于安全間距時，P2不
會發(fā)生失穩(wěn)。
1．2 熱輻射造成臨近管道失效
當輸氣管道P1破裂時，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。假設P1噴出的氣體被點燃，并形成羽流，相
鄰管道將受熱輻射影響，熱能通過管壁沿軸向和環(huán)
向傳導，當P2溫度升高到一定程度時，則會因材
料的強度降低而發(fā)生破裂，見圖1。
2 并行管道保護措施
當油氣管道并行間距大于安全距離時．無需采
取特殊保護措施。下面重點討論當并行間距小于安
j★斗牛～； ★ *蝌 ★ l★ ★辮 ★
石油工程建設 2010年12月
圖1 熱輻射造成臨近管道失效示意
全距離時，應如何防護。
降低輸氣管道Pl的事故概率，應首先明確管
道失效的原因，歐洲天然氣管道事故數據組織
(European Gas pipeline Incident data Group，EGIG)
發(fā)布的第四版歐洲天然氣管道事故數據報告涵蓋了
1970—1998年長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、地質災害和其他，其中第三方破壞占
35％，腐蝕原因占25％ ，施工及材料缺陷占20％ ，
地質災害占5％ ，其他占15％。以上數據雖來源于
歐洲，但對于國內管道仍有參考意義，只是各國情
況不同、比例不同而已。下面以中衛(wèi)一貴陽天然氣
管道與蘭州一成都原油管道并行段為例，詳細討論
近距離并行段的保護措施。
中衛(wèi)一貴陽天然氣管道全長約1 636 km，管
徑1 016 mm，設計壓力10 MPa。蘭州一成都原油
管道全長878 km，管徑610 mm，設計壓力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，并行段長度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，間距保持1．5 m。
根據兩條管道具體情況，結合沿線地形、地質特
點，制訂了相應保護措施。
2．1 同溝敷設段設置
每段同溝敷設段落不宜過長，即在大段同溝的
中間特意設置一些不同溝的段落，以減小施工安裝
的難度，增加維護檢修的空間。
2．2 并行段用管
對于并行的油氣管道來說，風險主要來自氣管
道，因此應從設計系數、鋼管質量、焊接質量等多
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
目前的設計規(guī)范，嚴格來講尚達不到二級地區(qū)的劃
分標準，考慮到該地區(qū)地形復雜，不可預見的地質
災害較多，從便于施工和保障管道安全上考慮，并
行段統(tǒng)一劃分為二級地區(qū)，設計系數選用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)，這樣鋼管壁厚由15．3 mm增
加至l7．5 mm，從預防第三方破壞、防腐、止裂等
方面有效地提高了管道安全性。
對蘭成原油管道來講，根據《西氣東輸二線并
行敷設管道關鍵技術研究》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，僅靠增加
原油管道壁厚是無法確保安全的。應重點加強氣管
道的安全性，從源頭抓起。但考慮到沿線地形復
雜、地質災害多發(fā)，在一些敏感地段、人口密集地
段，管道壁厚需提高一個等級。
2．3 鋼管質量要求
為保證并行段的鋼管質量，避免鋼管本身存在
缺陷，應對以下方面提出嚴格要求：中貴管道和蘭
成管道的制管用板卷均采用TMCP工藝軋制；嚴格
控制板材中的碳含量，降低硫磷含量；嚴格控制鋼
管晶凈粒度及金屬夾雜物等級：嚴格控制管材屈服
強度；保證兩條管道的韌性指標，要求原油管道不
起裂，天然氣管道能在2根鋼管長度內進行止裂；
制管用板材采用超聲波進行全面探傷，以防止存在
夾層和缺陷；鋼管全焊縫進行X射線檢查，同時
要求在水壓試驗前后分別進行焊縫全長全焊縫區(qū)域
縱橫向缺陷超聲波檢查；工廠內水壓壓力要求達到
0．95 ors(or 為屈服強度)，試壓時間不小于15 s；
對中貴管道的鋼管提出抗SCC (硫化物應力開裂)
和HIC(氫致開裂)要求。
2．4 現(xiàn)場施工要求
(1)對于同溝敷設段，為避免溝上焊接完成
后，下溝過程中難以控制下溝質量，導致下溝后兩
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)為防止管道投產后由于溫差引起熱位移，
導致間距不足，要求在回填過程中，兩管之間采用
土工袋裝土進行柔性隔離；同時每隔20 m設一道
漿砌石隔離墻，將兩管道剛性隔離。
第36卷第6期 馬學海等：并行油氣管道保護措施研究 35
(3)在坡降≥1％ 的河道內同溝敷設管段，每
隔20 m設一道漿砌石做截水墻，管溝上面采用石
籠壓護，防止河水淘刷未密實的管溝土。
(4)管道焊口除采用100％ 的射線探傷外，還
需進行100％ 的超聲波探傷，以免超標的焊接缺陷
漏檢。
(5)管道分段試壓，結合本段復雜山區(qū)的大落
差情況，要求試壓段高點壓力不低于設計試驗壓
力，低點處管道的環(huán)向應力不超過鋼管屈服強度的
95％．同時強度試壓要求穩(wěn)壓4 h，嚴密性試壓要
求穩(wěn)壓24 h。
(6)對于并行段，管道投產前應進行智能測
徑，提前發(fā)現(xiàn)施工過程中由于落石沖擊等原因造成
的管道超標變形，對超標處應進行換管處理。
2．5 預防第三方破壞
并行段有70％ 沿溝谷敷設，溝谷內有村莊間
續(xù)分布，同時在六巷河谷地和康縣境內，管道經過
了大量礦區(qū)(主要為探礦區(qū)，管道通過的廊帶未開
采)，該區(qū)段內建設施工較多，對管道的危害主要
來自機械動土，誤傷管道，因此設計時需要高度關
注這些地段并采取相應措施。
(1)加密地面標識、警示設置，鋪設警示帶。
所有標識能清晰分辨出對應的管道。
(2)并行段埋設預警光纜。當管道附近發(fā)生異
常振動或動土時，報警信息上傳至就近的站場及運
營單位，管理人員通過對波形分辨．判斷振動原
因，并派人到現(xiàn)場巡視。
(3)運營單位應加強巡線管理，嚴格按照管道
保護條例對采礦單位、施工單位進行監(jiān)管。
2．6 地質災害預防及處理
通過對蘭成渝、蘭成、中貴輸氣管道三線并行
段(禮縣一廣元)沿線地質災害的調查和統(tǒng)計，調
查區(qū)內共發(fā)育地質災害點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)育地質災害83處．
主要包括崩塌、滑坡和不穩(wěn)定斜坡。
2．6．1 崩塌(危巖)
崩塌對管道的危害主要是在施工或運營過程
中，當崩塌體高空墜落時，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：一是施工前已經自然存在的；二是劈山修路過
程中產生的：三是管道投產后暴雨或地震誘發(fā)的。針
對上述3種情況應分階段治理，施工前對于自然形成
的崩塌體應提前清除，當崩塌體規(guī)模較大時，如地形
條件允許首先考慮避繞，無法避繞時應對其分解清
除。對于劈山造成的潛在崩塌體，應徹底清除，當坡
面破碎，穩(wěn)定性較差時，應考慮護坡或護面進行加
固。對于管道投產后形成的潛在崩塌，應提前發(fā)現(xiàn)，
即時清除。為了確保管道安全，還應在危巖密集區(qū)管
道上方設置墊層。減小危巖對管道的沖擊。
2．6．2 滑坡及不穩(wěn)定斜坡
滑坡對管道的危害是：當管道埋設在滑坡體
時，如發(fā)生滑動，管道會同步變形，當滑坡體規(guī)模
較大且滑移嚴重時有可能剪斷管道。處在滑坡邊界
的管道，在滑坡發(fā)生時，將會受到擠壓，增加不安
全因素。對于穩(wěn)定性差、危害性高的滑坡體必須避
繞。對于危害性一般的滑坡，應首先考慮避繞，在
避繞有困難時，應進行詳細的地質勘察，判斷滑坡
成因及類型，有針對性地進行治理。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，對于中型河流，
設計按50年一遇洪水頻率計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)覆蓋進行防護。對于小型河
流，最小埋深不小于2 m，如果河床為基巖，應嵌
入基巖深度不小于0．5 m，并用現(xiàn)澆混凝土進行澆
注，避免管道遭受河水沖刷。
對于受地形限制，迫不得已順河道敷設的地
段，因河道形態(tài)、地質條件復雜多樣，有寬淺式河
道，也有“V”型河谷，對于河床地層為砂土和砂
卵礫石的河道，管道必須埋設在設計最大沖刷線以
下1．0 m，并采用混凝土壓塊作為配重。當河道縱
坡降大于1％ 時，應每隔20 m設一道管溝截水墻。
當河床為基巖時，則應在基巖上開挖管溝，并將管
道采用現(xiàn)澆混凝土的方式嵌固在基巖里
作者簡介： 馬學海(1975-)， 男， 天津寶坻人， 工程師，
t998年畢業(yè)于西南石油學院油氣儲運專業(yè)．現(xiàn)從事管道線
路工程設計工作。
收稿日期：2010—04—27

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