分析天然气长输管道设计要点

分析天然气长输管道设计要点

辛昊

中国石油工程项目管理公司天津设计院，天津 300450

摘要：天然气长输管道是天然气运输的重要保障，长输管道的设计是决定整个工程成败的关键。因此，天然气管道的设计显得尤为重要。在此基础上，加强对长输管道施工质量的监测，建立高质量的长输管道体系，保证长输管道的安全运行。在我国总体经济水平不断提高的同时，城镇化进程也在不断加快。目前，我国对长输管道的需求日益增加。为了保证天然气长输管道的施工质量，保证管道的安全畅通，对其进行相关的技术研究，具有重要的现实意义。基于此，本文对天然气长输管道设计要点进行探讨。

关键词：天然气；长输管道；设计要点

引言

以社会层面对能源的特定需求为基础，天然气行业得到了快速发展，同时越来越多的地区开始投入到天然气长输管道建设中。管道工程设计作为工程建设中最重要的一环，受到了广泛的关注，需要根据管道沿线的情况，选择相应的设计模式，并结合实际情况，对设计方案进行完善和优化，以此来凸显其应用价值。

1 明确天然气长输管道设计模式

1.1 基于缺陷评估的设计模式

采用基于缺陷评价的设计模式，可有效消除天然气长输管道可能产生的裂缝缺陷，系统评价管道剩余强度、剩余寿命，确定可接受的裂缝尺寸，确保输油管道安全可靠运行。首先，明确初始裂缝缺陷，考虑各方面影响因素，预测最大原始裂缝尺寸，引入无损检测方式，在不影响管道质量和性能的前提下，对其进行检测；另外，在条件允许的情况下，还可以从零件的缺陷处取样，对疲劳断口进行电子显微镜或金相分析，然后用概率统计的方法得出初始裂缝的大小。其次，明确长输管道在正常受力情况下，不会出现断裂、泄漏等事故的临界裂缝，可容许的最大裂缝缺陷尺寸[1]。最后，进行剩余强度分析，研究含裂缝长输管道在后续使用中可达到的静态强度，了解裂缝长输管道各阶段强度随裂缝变化的规律，计算裂缝长输管道达到最大裂缝长度所需的时间。在此基础上，结合裂缝扩展规律，计算出长输管道的剩余强度时程，并结合与剩余强度有关的需求，设计其使用寿命。

1.2 基于应变的设计模式

此类设计模式主要是针对以往长输管道设计中的缺陷、不足等进行调整、改进，相较于基于应力设计模式，其在地质灾害高发地区的长输管道设计中具有较大优势。重点关注以下几个方面：第一，针对地震等灾害高发地区的天然气管道进行改进，引入分条件假设方法，获取各个方面的关键数据信息，通过地质资料研究和模拟实验，对长输管道的应变能力进行分析与设计；第二，确定重点内容，即对不同地质灾害条件下长输管道的承载力、应变能力进行测试，确定其应变极限值，据此制定相应的防灾措施及措施；第三，制定针对性的预防措施。需要注意的是，在管道的铺设方式上，要避免大变形的地层，因为管道承受轴向拉伸应变的能力要比承受弯曲和压缩的能力要大得多，所以管道的走向要保证自己能够承受拉伸应变[2]。

1.3 全寿命设计模式

长输管道全寿命设计模式，即以管道施工寿命为核心，通过一系列试验，明确最适合管道使用的外部环境，以提高其使用寿命。设计人员应从材料、结构、管理、环境保护等方面综合考虑，进行优化设计。其中包括：生命周期费用计划、运营期间的监控与维护、建造过程的控制、环境的生态性、性能与寿命的设定。设计工作可按以下三步进行：第一，建设可行性研究。将计算机网络技术、计算技术、虚拟技术等引入进来，构建一个BIM平台，将全寿命设计方案纳入其中，利用BIM平台展开方案推演，以此来保证设计方案的可行性，避免在方案中出现诸如材料选择不合适、与当地气候、环境等相冲突、成本过高、当前技术条件难以达到等原则性问题，这样就可以在可行性研究阶段，也就是解决长输管道设计过程中可能面临的大部分问题，从而对设计方案进行优化、降低成本开支、提高施工质量；第二，设计方案的初步设计。注重全寿命设计的具体要求，体现出设计方案的平衡性、统筹性、客观性和人本性。从人本性来讲，要求管道设计方案必须方便施工、维护和管理，并且能够满足当地对石油燃气的特定需求，将管道损坏和对环境的破坏降到最低；第三，施工图纸的形式化设计。结合以上内容，完成全寿命设计，还可以吸收其他相关的长输管道全寿命设计经验，结合长输管道各项重要参数，在保证长输管道使用寿命的同时，还能提高管道设计质量[3]。

2 天然气长输管道设计控制

2.1 确定输送工艺方案

纵观天然气长输管道的发展过程，目前天然气长输管道技术正朝着高压、长距离、大容量的方向发展。采用高压输气方式，可增大气体的密度，减小流体的流动速度，提高输气效率。与此同时，随着天然气密度的提高，天然气的可压缩性也随之提高，从而降低了压缩能耗。因此，压气站不需要很高的配置来提供大的能耗，只需要低配置的压气站来完成作业，从而节约了配置所需的能耗。当然，管道设计压力及管径的选择还需考虑工程投资、运行费用及综合能源消耗等因素。通过对不同管径、不同设计压力下输气工艺的对比分析，得出当管道进尺一定时，输气压力愈小，其综合能耗愈高；当压力相同时，管道直径较小时，其综合能耗较高

[4]。总之，高压、大管径可有效地降低长输管道的能耗。然而，在实际生产过程中，管径不能无限扩大，压力也不能无限增加，因此必须对项目的综合成本、综合风险承担能力、控制能力进行综合考虑。有研究表明，当天然气输送管道管径越大，当管道发生爆炸事故后，爆炸破坏力影响的范围就越大，影响范围大小在数值上跟管径大小成正比，与输送压力数值平方根成正比。在确定输气方案时，不仅要兼顾输气效率，而且要兼顾管道的安全性。

2.2 借助内涂层提高管道的运输量

天然气在输气管道中始终会受到阻力的影响，这是由于管道内壁比较粗糙，在管道输送量和出口压力稳定时，会产生较大的输送压降[5]。在此情况下，如何降低管道的阻力，就成了管道设计需要考虑的问题。设计人员可通过对内壁进行涂层，从而有效地解决此类问题。另外，在管道设计时，应选用适当的涂料，这样就能防止管道被腐蚀，增加管道的运输能力。而内层的涂层，则能保证管道的内壁非常光滑，降低了输气阻力，为机组的建造节省了成本。从经济性上讲，管道设计应注意涂料的使用。

2.3 选择合适的压缩机

在管道设计中，压缩机是十分重要的核心部件，也是增压的主要设备。天然气轮机和电动机都属于这种类型，通常用在原动机上。这两种压缩机的排放指标有一定的区别。在管道设计和建设中，要根据当地的资源情况，合理地选择压缩机类型。

3 结束语

综上所述，随着我国经济实力的不断增强，天然气已进入千家万户，长距离输气管道建设也在不断发展，迫切需要管理人员科学地控制长输管道的质量与安全，使其发挥最大效益。针对长输管道工程的技术发展趋势，制定一套合理的施工方案，旨在提高长输管道的施工质量，延长使用寿命，促进管道系统的健康发展。

参考文献：

[1]李倩.天然气长输管道设计要点分析[J].中国化工贸易,2020,12(27):24-25.

[2]张前,齐大谦.浅析天然气长输管道隐患及保护措施[J].石化技术,2021,28(10):197-198.

[3]刘亮,姜晗,陆美彤,等.高压长输天然气管道站场管线全地上敷设的应力分析[J].油气田地面工程,2020,39(8):43-48.

[4]张俊,汤建平.高压长输天然气管道中分输站场设计分析[J].中国化工贸易,2020,12(18):37,39.

[5]武济昭.长输天然气管道工程的施工特点及要点探讨[J].建筑工程技术与设计,2020(33):2948.