天然气长输管线的水工保护

进入21世纪以来，人类的经济活动迅速发展，同时对能源的需求量越来越大，但能源利用后产生的生态污染也越来越严重，于是人们对新型洁净能源产生很高期 望，天然气工业的发展也成为现代经济发展的重要支柱之一。因此长距离管道建设工程越来越多，管道经过的地域及地质条件也越来越复杂，如有高山、丘陵、沙 漠、沼泽、河流、矿区等等不良工程地质地段。其中，水害问题以及人为生态破坏对管道的威胁越来越严重，已足够引起人们的重视了。

1、管道遭受水害的各种现象及原因

俗话说，治水要摸清水情，为保护管道安全运营，就必须了解管道遭受水害的各种现象及原因，才能对症下药，防患于未然。总结有关工程情况，发现天然气长 输管道遭受水害影响，通常是在河流、冲沟、黄土地、河谷、陡坡、沙漠和矿区等地段。

1.1河流

依水量情况将河流分为常年有水河流和季节性河流。常年有水河流，一般水势较猛、流速较大，人们对此普遍比较重视。在此处施工要求管道埋设较深，工艺更 精确，水工保护的施工质量也要比较牢靠，因此在这些地方的管道水害较少。季节性河流，枯水期河床干涸暴露，汛期洪水流量大、流速快，对敷设管道产生着直接 和潜在的危害，而人们对此却往往容易忽视。

1.2冲沟

黄土地区的季节性中、小型河流，区域汇水面积相对较小，但坡降较大，时常干涸，洪水暴发时，水流急冲刷力较强，常导致沟头上溯，沟底下切，岸坡塌陷。 冲沟的长度，深度及宽度在日积月累中不断发生变化，很难掌握其变化规律，这给敷设在此的管道带来巨大的潜在的压力和危害。因此对此类地段必须加强巡视，在 汛期前后要采取合理措施，以保证管道的安全运行。

1.3黄土地

黄土地貌主要集中在我国西北地区，是一种常见的灾害性地质区域。其土质内含一定盐分，在干燥气候下，土质呈盐土结晶状，质地坚硬，但受雨水冲刷后，土 体内盐份分解，基本框架结构遭到破坏，土壤的粘结力、剪切力消减，土质变得极其松散，很容易产生流失和塌陷现象。因而黄十地段，总是沟壑纵横交错，支离破 碎，而且地下还蕴含着大量空洞穴。因此在此地区敷设管道，其水害现象尤为严重，水土流失、塌陷、裸管现象时常发生。

1.4河谷地段

一般情况下，管道顺河谷滩地敷设，应尽量避开河流主流冲刷地段，这样汛期洪水漫沿到滩地时，对管线的冲刷作用就减小了许多。但在河床摆动地段其冲击程 度还是比较明显的，所以就要求在这些地段要采取一定的缓冲墩来抵御水害的产生。

1.5陡坡和陡坎地段

在陡坡和陡坎地段，由于开挖管沟将原始的生态土壤已经破坏了，管沟的回填土质松散，在汛期坡面汇水的冲击下很容易流失，形成顺沟冲刷，造成管道裸露， 甚至浮管等现象，最终在拉扭应力作用下产生管线断裂。这是一种最危险的水害现象。

1.6沙漠地段

沙漠地区，植被稀少，固定管道比较困难，若管道的敷设深度不够，在汛期和风季易将原来的回填沙土冲刷到其它地段而使管道严重裸露。

1.7矿场地段

管道敷设要力求顺直，有时就不得不经过采矿区。一些缺乏安全意识的人在管线周围乱挖乱采，将其四周矿物质采集一空，便会使管线两侧产生塌陷、滑坡，或 直接伤及管线，使管线完全裸露悬空。因此对矿场地段的管道安全情况，要定期巡察，同时还要作好矿区的安全宣传教育工作，以避免更大事故发生。

1.8灌区

管线经过灌区，难免穿越沟渠设施和农田。而当地农民在开挖沟渠时，经常伤及管线，防腐层遭受破坏，使管道外部腐蚀加剧。这就要求增加管线埋设深度，以 避免破坏。

2、合理的水工保护措施

为了防止管道在不同的环境和地质条件下遭受水害，人们采用了各种各样的水土保护措施来保证管道的安全运行。如建过水堤、涵洞、挡土墙、管墩、石笼、马鞍式 护套等，这些成功的经验措施保证了管道的正常生产，也有效地防止了管线遭受损坏。但在实际施工中需注意因地制宜，才能达到预期的效果。

2.1合理的走向与选线

合理选线是避免水害的根本方法。线路选择应遵循安全、经济、方便，同时还要达到最优化的原则，既满足施工要求，又节约工程、运行和辅助施设的维护费 用。对一些冲刷严重、流动不稳定的河流，沟谷与黄土地区，沙漠及陡坡段，能避开就避开。如若受气田所在位置、自然条件、沿线经济发展现状等因素的影响必须 通过时，应采取合理的方案以减少经济费用。如在黄土地区，宁肯走山脊不走沟谷：在沙漠地带要走与主导风向一致，植被较好，固定型沙丘等处；在河谷地段要顺 缓坡面敷设。

2.2合理埋深

管道埋深合理，可以避免汇水冲刷造成裸管，同时避免人为的开挖伤及管线外防腐层及管线。如若埋深不足，只是一味的增加水土保护工程，则可能适得其反。 如：在河道里修筑过水堤，如果太高，就可能形成一个拦水坝，在汛期水会漫过堤坎淹没周围其它耕地、设施等：还有修丁坝顺水坝时，需要考虑当水流向发生改变 时会不会给周围较牢固、安全的其它物件构成危害等问题。因此在敷设管线时既要修建必要的水土保护设施，也要考虑合理的埋深。

3、常用管线水工保护措施

水工保护要根据管线所经过的地形、地貌和当地的地质、自然生态环境而进行的最优化施工措施，既能给施工带来方便，同时也能节约费用。

3.1稳管措施

管道在穿越江河湖泊及大型农田灌区时，一般要采取稳管措施，以防止在水的冲击与浮力作用下管线漂移或断裂。主要形式有复壁套管、压重块、混凝十连续覆 盖层、铁丝石笼稳管等。在冲刷剧烈的河段中，这些稳管设施若没有固定，则极有可能被水冲击而移动，不但不能对管线起到稳定作用，还会给管线带来一个更大的 外加载荷，增大管道的扭应力。

3.2打桩加固

目前，许多管道敷设的土质构造各不同。不稳定灌区，水土易出现沉降、稀化现象，应尽量采用沉管措施。但在深谷穿越段和石方段，不具备此类条件，就需要 采取打桩加固法或掘岩深埋法，以保证管道的合理埋深以及稳定敷设。打桩固定最终是将管线固定于混凝土预制桩上，这种结构的整体抗冲击能力强，稳定性能好， 但管线外防腐层易受冲击损坏，因此最好再配制外防护套管加以保护。

3.3锚筋加固

当管线敷设在有基岩层的山区河道时，由于管沟开挖破坏了基岩原有的整体性，管沟的回填土即使采用混凝土护面保护，在高速冲击的水流作用下也会被冲走， 使管线裸露、浮移。在这种情况下应采用钢筋混凝土护面加锚筋加固的方法，将管道紧紧地嵌固在基岩中。另外混凝土护面应与河床面保持齐平，使河水平缓流过， 而不产生拦水面，以防在不平处产生气蚀现象。

3.4过水堤

采用过水堤主要是为阻止沟谷与河道的继续下切，迫使堤上游河道挟沙淤积起来，保证管道埋深。由于这种水土保护设施提高了原有河床面，在管道下游根部形 成跌水面，这样势必对管道下游形成冲刷：故此要对其根部进行消能防护。黄土地区基础比较松软，其侧蚀和塌陷情况也存在，故要对两侧边坡作防护处理。如采用 石笼、抛石保护墙等。在岩石或砾石沟谷、河道中采用砌石结构时，其基础最好下至稳定的岩层上，以保证其坚固性。否则就需要采取深埋措施，以保证管道的安全 性。

3.5护坡

主要形式有沙浆砌石护坡、石笼护坡、灰土墙护坡、植被护坡等。水泥浆砌石护坡适用于基础比较坚硬、常年受水冲刷易塌陷等部位：石笼护坡柔性大，工艺简 便，可适应不均匀沉降，冲击较小，冲击面坡度较缓的软土地基段：灰土墙护坡抗雨水冲击力强，适用于黄十冲沟两侧的防护，其施工质量要求较高，工艺技术含量 也较精确；植被护坡常用于陡坡，陡坎段的管沟或易流失的沙化地带，草皮一旦长成，就可以恢复因挖管沟而破坏的生态平衡，减缓地表径流速度，起到挡沙固土作 用。

3.6 丁坝、顺坝

管道在变道穿越河流时其穿越处的凹岸受冲刷比较严重，通常有向内塌陷的趋势，迫使管道产生裸露现象。在这种情况下的水工保护，一方面应在管道上游一定 距离内做顺坝以改变水流方向，减轻水对岸堤的冲击力：另一方面还要在凹岸处做防护墙防止水流冲刷。这类厂坝、顺坝应根据河面水流走向和河床结构而定，在平 面布置时一定要控制好方向，否则就起刁；到改变水流方向的作用，甚至还会使水流冲击作用增强，使其对岸堤的损坏程度变得更加严重。

3.7挡土墙

长宁管线历经沙漠地带、灌区、黄土层带等土体不稳定地段，需要采用挡土墙进行保护。挡土墙的基本形式有浆砌石挡土墙和灰土挡土墙，浆砌石挡土墙宜建在 基础较坚硬的地层上。在易塌陷段上或因采挖而形成的滑坡地段，采用何种结构形式应视所处位置和地理条件而定。同时要进行力学计算，一般在长度15～20米 处设沉降或膨胀缝，间隔2米处设一个排水孔。挡土墙内侧间填土要分层夯实。灰土挡土墙适用于黄土、软土地区，且水位较低滑坡较缓处。

3.8截水墙

在陡坡、陡坎地区敷设管线时，冈坡度较陡，管沟回填土难以稳定，易被雨水冲走，从而形成顺沟冲刷。通常在管沟内每隔一定距离做一道截水墙，其类型有垂 直截水墙利分段砌筑截水坎。垂直截水墙从管底做起并露出地表适当高度，以便将坡面汇水排离管道两侧：分段截水坎是沿管道高线方向在管道上部一定间隔范围内 采取的一种分水设施。当坡面较陡且较长时还可在管沟表面补做水泥浆砌石护面或移植草皮来加强防护。

3.9排堵结合的方法

排堵结合的方式可以有效地控制管线附近水流方向，使其不致对管道造成危害。这种方式一般要视地形情况而定，对流经管道附近的一些冲沟，如果在其上游远 离管道处有可以排水的通道，则可以切断上游来水，采用引水挡坎将水流引走，使管道附近的水流消失或流

速减缓。或采用水泥浆砌石护壁，护坡将整个管线包围在 砌石面之内，在间隔一定距离修筑排水沟，将沿管线护面流下的水引至管道之外，这样也可以达到防护的目的。

3.10防沙格

当管线途经沙漠地带时，由于其地理位置和气候条件所限，其交通运输水源有限，同时风沙较大，风力很容易将管沟上的浮沙刮走使管道裸露。其次，在暴雨期 洪水更容易将管沟内的浮沙冲走，使管道架空浮移，产生一定的径向扭应力，这样很容易形成断管事件的发生。为防止这些自然灾害的侵犯，人们采用防沙草格将管 线上的浮沙与周围的沙土固定在一起，同时在管线上的沙土上种植一些耐旱的沙漠植被以防沙土流失。

3.11固定墩

在坡降大或其它易造成滑坡的沟谷、陡坡地段，由于地形刁；稳定，或在洪水的冲刷作用下易产生塌陷，同时管道在自身的重力作用下容易架空裸露，而且产生 很大的轴向拉应力，可能形成暴管事件，这就要求在管线等高线方向上修筑固定墩。固定墩必须修筑在坚定的基准岩石或黄土层之巳将管道牢固地包嵌在地层之中， 以消减可能产生的拉应力。

4、结语

1)管道线路工程遭受水害严重的地方，主要是河流、河谷、冲沟、黄土地区，以及陡坡等不稳定地段和开采矿区等塌陷段。设计施工和巡查维护都应给予足够 重视。

2)选线时，管线应尽量走山脊或平坦地区，交通方便之处，避开易遭水害地段。

3)管道地面敷设和穿越河流时，合理的埋深是保证管道安全运行的基本条件，也是防止管道遭水害的基本前提。只有在这样的前提下，所做的辅助水工保护工 程才能发挥作用，收到理想的保护效果。

4)各种水工保护措施，应在充分调研和现场勘察的基础上，对症下药，否则就可能不但起不到防护作用，有可能还会造成其它方面的损害。

5)天然气管线的水工保护是一项长期的工作，需要从思想上高度重视，施工上严格要求，质量上严格把关，同时要作好巡查工作，做到汛前预防，汛期观察， 了解水情，汛后及时检查，发现问题及时补防。

第二篇：城市天然气输配系统与天然气长输管线的技术关系

城市天然气输配系统与天然气长输管线的技术关系

摘要:本文对长输管线供气压力对城市输配系统技术方案的影响,长输管线参与城市日、时调峰的技术可行性,长输管线供气条件对城市输配系统的经济合理性影响等几方面对城市天然气输配系统与天然气长输管线的技术关系作初步的探讨。

关键词:长输管线;天然气

1 长输管线应解决季节调峰和参与日、时调峰

城市天然气输配供应系统中的各类用户的用气量,会随气候条件、生产装置和规模、人们的日常生活习惯等因素发生变化。这种用气波动以城市民用、供热锅炉和燃气电厂用气最为明显。

因此,在燃气输配系统的设计中应充分考虑各类用户用气波动这一因素,合理配置储气调峰设施,以保证连续、稳定向各类用户供气,满足变化的天然气用户用气的需求,更好地服务于用户。

目前已用气城市的时调峰均要求下游自行解决,上游(长输管线)不参与解决城市供气时调峰问题。即使是我国目前陆上距离最长、管径最大、自动化程度最高的天然气输送管线--陕京线,也仅是参与了季节调峰,没有担负所供城市的日、时调峰气量。京津地区为了解决城市供气的季节性平衡问题,在天津大港油田利用油田的油气层结构,建设地下储气库。进行天然气加压反注采油储气,用于解决城市供气的

季节调峰。

因此,目前实现天然气供应的城市只能通过建设大量的高压球罐来解决城市用气的日、时调峰。季节调节只能依靠长输管线和利用缓冲用户来调节。以城市最大的供气月平均日用气100万立方米为例,一般而言所需的日、时调峰气量为计算月平均日供气量的25~40%,即所需的调峰气量为25-40万立方米,如来气压力小于等于1.6MPa时,城市可选择的较经济的调峰方式只能是高压球罐储气,投资(不含征地费)费用为1.2-2.0亿元,综合投资费用估计在1.8-3.2亿元左右。从目前已建的天然气城市输配系统的投资来看,在投资费用当中,用于解决城市日、时调峰设施的投资额一般占总投资的25-40%。而季节调峰问题,大多数城市受条件(资金、环境等)所限无法自行解决,因此在市场经济的形势下,如何依靠长输管线,合理处理好上下游的技术衔接,充分利用长输高压管线的能力,合理集中建设大型地下储气库,实现上、中、下游资源的合理配置,共同解决城市的供气压力和调峰是非常必要的,也是当前急需解决的问题。

2 长输管线参与城市日、时调峰的技术经济可行性

天然气供应需要形成管网,以便合理调度并形成连续,稳定、安全的供气保障。天然气供需预测表明,20xx年前后,我国除开发利用国内天然气资源外,需进口管输天然气400亿立方米,到20xx年进口量将大幅增加。为此需建设输气干线,构建大量支线供气管网,根据全国天

然气输气管网的规划及建设计划,全国的天然气供应最终将形成区域化和网络化,需进行地下储气库的规划建设,长输干线不仅可以解决下游城市的季节性用气不均衡问题,而且为长输管线参与城市日时调峰提供了可能。

随着天然气用量的增加铺设大直径高压天然管道已成为必然,目前通过对传统的管道设计压力为7.5MPa和新设计压力10.0-14.0MPa的高压技术的评估表明:对于每年输气量为15-30Gm3/a,距离长度为5000-6000公里的管道用于两种设计方案,当输气量大于15 Gm3/a时,采用高压管道技术是合理的,当输所量大于30 Gm3/a时,用高压技术可比传统压力下输气费用节省30-35%。 目前,“西气东输”工程的天然气管线正是采用了这一高压输气技术,由此而提供给下游各城市的用气压力较传统压力管线大大提高。因此,下游各城市的天然气配气已经向多级压力级制的配气系统发展,城市的天然气调峰技术已不仅仅是在传统压力下(小于等于1.6MPa)广泛应用的高压定容球罐储气方式,而是逐步向城市外围一级天然气输气管道(包括城市外围地下气库)参与调峰(压力大于4.0MPa)、液化天然气(LNG)调峰、城市二级天然气管道和高压球罐联合调峰的方式发展。

如果在长输干线管径不变的情况下,通过合理增加中间的压气站,并在输气干线沿线选择建设区域性大型地下储气库,在输气技术上完全可以满足下游城市的各种调峰需求。从全国天然气输气干线的规划和建设计划可以看出,未来的国内天然气供应将实现多气源保障,网络

化输供气,在东西和南北输气干线管网中规划建设数座大型区域性地下储气库。因此,在输气技术上只需合理考虑区域性用气城市的燃气需求波动,通过增加建设干线中间加压站,使管道的输供气能力增加,并辅以现代化的自动调度管理系统,在投资增加不多的情况下(按现在价格水平计算,建一座中间压气站的费用一般为5000-8000万元,供气能力可以增大数亿米3),可满足区域性城市的日、时调峰需求。目前,欧洲各国、美国以及俄罗斯等国家,天然气输道管道均已网络化,均采用地下储气库进行用气调峰,很少在城市建设球罐进行用气调峰,只有日本在利用LNG站进行供气和调峰外,在城市建设高压球罐进行局部区域调峰。因此,根据目前天然气输配技术的的发展趋式、考虑上中下游投资的最优化,以及技术经济的合理性,长输管线的建设应充分考虑城市的日、时调峰需要。

3 城市天然气输配系统对长输管线供气压力的要求

长输管线作为城市天然气输配系统的气源(上游),其供气参数,特别是来气压力对城市输配系统的方案确定(压力级制、管道输送能力、储气方式、工程投资等)诸方面影响很大。目前城市输配系统在制订设计方案时,往往只能根据由长输线方面提供的供气压力进行,而不能根据城市自身的特点(如城市规模、用户类型等),在进行合理的技术经济比较后,对上游来气压力提出相应的要求。目前全国相关城市在制订供气方案中遇到的突出问题之一是来气压力偏低,使得城市输配方

案的制订有较大的局限性,难以满足城市用气的需求。

随着城市燃气供应规模的扩大,各类用户的增多,输配系统往往需要采用三级系统(高压、中压、低压)及多系统(超高压、高压、中压、低压)才能满足要求。采用三级以上压力级制有利于满足不同用户的压力需求,降低城市内部输配管网的运行压力,增加管网气量调度能力,提高储气的经济性等。来气压力一般不低于1.0MPa,对于多级系统,来气压力一般不低于2.5MPa,甚至可以高达5.0MPa以上。目前国外一些大城市输配系统普通采用多级系统,超高压城市外环管网作为满足流量输送和部分储气的需要的手段而建设。

另外,在城市燃气供应系统中,必须解决供需平衡问题,做为城市上游长输管线一般解决城市季节不均衡和部分日用气不均衡,而城市小时用气不均衡目前主要通过城市自身解决。建设一定规模的储气设施是解决日、时不均衡的主要手段。目前常用的储气手段是高压球罐储气和城市高压外环储气等,采用何种储气方案,主要依据上游长输管线来气压力确定。

A 高压球罐对来气压力要求

压力(P):1.0Mpa<P

如压力低于1.0Mpa将降低球罐的有效利用率,增大储罐站的投资。

B 城市高压外环储气压力的要求

压力一般不低于1.6MPa,最好高于3.0MPa.。如果来气压力高于3.0MPa,采用高压外环储气比高压球罐具有明显的经济性。

综止所述,上游来气压力对城市输配系统的影响很大,城市方面希望上游长输管线能提高来气压力。当然,来气压力也不是越高越好,应根据不同城市的规模、特点、用气需求等综合考虑,制订切实可行、经济合理的供气方案。

4 几点建议

西气东输工程是近期国民经济发展的重点工程,在项目的前期工作中应作好上下游衔接,满足下游各城市的调峰需要。

在项目启动的前期技术准备阶段,应模拟燃气供给以满足需求量,地下储气库的建设必须同步于长输干线的建设,以弥补可预计的在天然气供应和需求量之间产生的调峰波动。

在工程投产运行的早期,由于各类用户用气量增长有一定的滞后,管线不可能满负荷运行,应尽量减少下游各城市调峰设施的投资,输气干线应满足城市的调峰需求。

在解决城市日、时调峰设施的建设时,可采取下游参与上游建设的模式,依据需解决的调峰气量,协议投资比例,让上游积极参与城市的调峰,以便于投资及输配技术的最优化。

根据以往的工程经验,我们建议上游来气压力宜为:对于一般中等城市,不宜低于1.6MPa。对于采用多级系统的大城市或特大城市,不宜低于3.0Mpa。对于供应电厂用户的城市,不宜低于3.0Mpa。