管道進出站場段敷設方式的改進

史 航，孫學軍

（中國石油天然氣管道工程有限公司，河北廊坊 065000）

管道進出站場段敷設方式的改進

史 航，孫學軍

（中國石油天然氣管道工程有限公司，河北廊坊 065000）

油氣管道進出站場段是管道受力和變形較大的區段，隨著管道直徑的增大，所需錨固墩承受的推力增大，錨固墩的體積也需隨之增大，管道承受的應力很大。為避免長距離埋地管道的軸向位移傳遞到站內，并避免設置進出站錨固墩帶來的不利因素，提出了Z字型進出站場段的管道敷設方式。文章結合管道線路和輸送工藝參數進行計算與分析，指出必要時調整進出站段局部管道的線路走向，可減小進站處地面設備和管道的應力及位移。

進出站段管道；Z字型敷設；位移；應力；分析

1 管道進出站段設計的不利條件

油氣管道線路段一般采用埋地敷設，而站場內設備大多采用地上敷設，因而進出站段管道屬于從埋地敷設逐漸向地上敷設方式的過渡區段。典型的進站或出站段管道如圖1所示。

進站段管道作為線路專業和站場工藝專業的結合段，傳統設計的做法是在站外管道埋地段設置一個錨固墩，用來隔離埋地段管道和地面管道的不同約束條件，使埋地管道一端的位移不再向站內地上管道段傳遞。但所需的錨固墩隨著管道直徑的增大其承受的推力也增大，如直徑1 016 mm的管道，出站段的推力可以達到1 500～2 000 kN，推力作用到面積很小的錨固法蘭上，防腐絕緣層難以承受該應力，往往造成陰極保護電流從錨固法蘭漏失；相應的錨固墩的體積達上百立方米，而且管道承受的應力很大，這些均成為設置錨固墩的不利條件。

近期一些項目的設計中經核算后取消了進出站錨固墩，但由于計算選取的土壤對管道的嵌固作用偏強，易造成站內首發球筒部位位移偏大。

2 解決進出站段位移和應力偏大問題的方法探討

通常的設計，管道基本上以接近直線的方式進出站，出、入土的兩個縱向彎管角度一般為30°，經核算，在不設置錨固墩的情況下，管道的出站溫度為50℃、安裝溫度為0℃時，站內發球筒部位位移可達60 mm，出站三通處膨脹應力很大。

分析其原因，是管道的直徑較大，土壤對管道的約束能力相比小直徑管道弱，所需的嵌固段要長；而且進出站位置的管道沒有專門進行進出站線路敷設方式的設計，僅僅是簡單地從站外埋地管道直接與站內管道相連接，嵌固段內埋地管道在軸向應力的作用下，位移直接傳遞到站內地面管件和設備上。雖然計算中這些應力和位移在溫差 （運營溫度和安裝溫度之差）不大的情況下不會超出規范要求的范圍，但實際中管道內應力較高、位移偏大，并可能隨著運營壓力和溫度的變化出現位移的變化，這也是運營中需重點關注的因素。

如何阻止長距離埋地管道的軸向位移傳遞到站內，并避免設置進出站錨固墩的不利因素，可采用如圖2所示的Z字型進出站場段的管道敷設方式。

按照圖2中管道布置，使進出站場段埋地管道呈Z字型，相當于增加了一個受土壤約束的 “補償器”，使站內管道和設備上的應力顯著減小，管道在較低應力狀態下運行，服役條件更優；筆者近期對一條直徑1 016 mm輸氣管道項目進出站段管道的應力和位移作了多種進出站方式、不同參數情況的計算，采用應力分析軟件計算出某站場的位移情況如表1所示。

表1 某站場出站位置應力和位移計算值

從表1看出，采用不同的進出站管道布置，同樣的參數下收發球筒的位移可減少20%～40%（根據站外兩個熱煨彎管的角度不同），管道的膨脹應力明顯減小。

直線型進出站顯然線路長度較短，且可以減少1～2個大角度熱煨彎管。采用Z字型進出站布置，中間多了一段橫向布置的管段，經過計算，此段的長度只需要3～5 m，就可以起到 “補償器”的作用，一般可采用一根管 （約12 m）長度。在用地緊張的地段，橫向段可以沿著站場征地的邊線布置，不需另外增加管道占地面積；兩個彎頭的角度，遠離站場的一個角度可為30°～90°，靠近站場的彎管角度需采用90°，為了節省空間，靠近站場的90°彎管可以和連接地上管段的彎管 （一般為30°或45°）合并為一個，也能起到明顯的增加管道柔性的效果。兩種敷設方式從經濟方面分析，一段長12 m管段加兩個熱煨彎管的費用，與一個錨固墩的費用大致相當。

計算也發現，當出站段管道的運營溫度和安裝溫度之差是縱向應力的主要影響因素時，對于溫差較小的站場，則不需要采取Z字型敷設方式，這需要通過應力計算來確定。

3 結束語

通過對進出站段管道敷設方式的分析與計算，采用Z字型管道的敷設方式，可以在不設錨固墩的條件下，明顯降低出土端管道和設備的應力和位移量。建議在管道設計中將進出站段管道作為特殊的地段單獨進行應力分析計算，亦可將進出站段一定范圍 （可取站外200～400 m）埋地管道與站內管道一起進行應力計算，當發現應力和位移量較大時，可采用Z字型管道的布置方式。設計單位可做出不同管徑、不同工藝參數下該段管道應力與位移的系列計算表格，找出規律，簡化設計。

Improvement of Laying Way for Pipeline Sections Entering into and Exiting from Station

SHI Hang（China Petroleum Pipeline Engineering Co.， Langfang 065000,China），SUN Xue-jun

The oil and gas pipeline sections entering into and existing from a station has bigger force and deformations where anchor blocks for the pipeline sections are bigger,and the bulk required also increase with the increment of pipeline diameter.To avoid axial displacement of long buried pipeline being transferred into the station and to avoid disadvantages from setting anchor blocks,the laying way with Z shaped pipeline section entering into or existing from the station is brought forward.Relevant calculation and analysis are conducted according to the pipeline route and transportation process parameters.It is pointed out that the stresse and displacements of surface equipment and pipeline sections near station can be reduced if adjusting partia pipeline route at pipeline sections entering into and existing from the station.

pipeline sections entering into and existing from a station;Z shaped laying way;displacement;stress;analysis

TE973.1

B

1001－2206（2011）05－0014－02

史 航 （1958-）男，山東人，教授級高級工程師，1985年畢業于管道局職工學院，現從事石油天然氣管道工程的設計管理工作。

2010-12-17