長輸油氣管道融雪性漂管治理與監測

2015-01-12 12:48:52中國石油西部管道公司

油氣田地面工程 2015年8期

中國石油西部管道公司

長輸油氣管道融雪性漂管治理與監測

徐震中國石油西部管道公司

每年春季天山北麓山前沖洪積平原上會因大量天山積雪融化后出現突發性洪流，以固定或不固定的河道形式直接沖刷敷設于山前的長輸油氣管道。因洪峰大，沖刷力強，容易造成管道覆土流失，管體裸露，甚至發生漂管，嚴重影響著管道安全運行。漂管是水毀的主要危害形式之一，通過改善管道敷設環境或增加管道外保護，可有效防止管周土體流失，同時開展管道應變監測能夠有效監控管道的受力狀態，便于及時發現隱患，防患于未然。

長輸油氣管道；融雪；漂管；管道應變監測

長輸油氣管道作為典型的線狀工程，沿途所經地貌單元多樣、復雜。滑坡、崩塌、泥石流、采空塌陷、河流沖溝等不良地質現象對管道安全運營構成了極大威脅。漂管是河溝管道水毀的主要危害形式之一，是指采用大開挖直埋方式穿越河流或湖塘的輸油氣管道，由于水位暴漲、沖刷、侵蝕或人工活動等作用導致管道上覆土厚度不足，形成裸露段而產生的漂浮現象。輸油氣管道為薄壁鋼管，當裸露長度達到某臨界值時，在浮力作用下管道容易漂浮，并發生彎曲變形。若變形超過管材的屈服極限，將引起管道損壞釀成事故[1]。

西部管道轄內有一些管道敷設于天山北麓的山前沖洪積扇上，每年春季氣溫回暖，大量天山積雪融化后產生季節性洪流，洪峰大，沖刷力強，以不固定的河道形式，直接沖刷山前平原，水土流失嚴重，當管頂覆土厚度減薄或喪失，極易造成管道裸露，引發漂管，嚴重影響管道安全運行[2]。

1漂管的治理

漂管治理需從主客體角度雙管齊下，做到防治結合。防護的主體始終是管道實體，通過采用外保護的方法，避免管道受到直接沖刷與撞擊。治理的客體針對管道所處的環境展開，如河溝道、河漫灘，通過改善管道所處環境，間接提高管道的安全性。

目前常用的主體防護方法包括采用箱涵、U形槽、硬覆蓋和石籠。箱涵適用于山區河流溝谷，易發山洪、水（泥）石流的河溝道[3]。U形槽和硬覆蓋適用于平原及山區小河溝，不適用于山洪頻發、水流量和流速較大的河溝。石籠適用于易發一般性洪水，山洪、水（泥）石流規模較小的河溝道。上述方法的作用都是使管道免受水流直接沖刷。

客體的治理方法是通過人工修建砌筑物，抑制河流下切和側蝕作用。修建攔砂壩、淤積壩、漫水壩，河底硬化、樁板墻是抑制河流下切作用的主要方式。砌筑護岸擋墻，修建導流壩、丁字壩、護坡是防止河流側蝕作用的主要方式。根據不同的河溝道類型和水流作用特點可以選用不同的工程治理手段，必要時可以采用多手段相結合的方法進行綜合治理，效果更佳。

管道水毀的治理是一種自我犧牲型的治理方式，通過損失治理工程，保障管道安全，無法做到一勞永逸。因此除了采用被動的防御手段外，還應施以主動監控，掌握管道主體的力學狀態為根本出發點。

2管道應變監測

管道應變監測能實時獲取地埋工況條件下管體的狀態數據，通過分析計算直觀反映一定時期內管道的應力變化量，及時偵測到管道異常應力變化。由此可以初步判斷管道的工作狀態，對管道異常及時發布變形預警，從而采取積極、有效的防治措施[4]。目前管道應變監測已實現了遠程自動化遙測，可以最大限度降低人為測量對數據準確性的干擾，提高監測的時效性[5]。數據采集儀與應變計之間通過雙絞線實施通訊連接，采用GPRS移動通信技術將數據采集儀獲取的數據用TCP/IP協議打包后發送，實現監控中心與監測點之間點對多點的遠程網絡化數據傳輸，并由解算軟件計算得出某時刻管道的受力狀態。

3實例分析

某管道輸送天然氣介質，管徑1 219 mm，壁厚18.5 mm，鋼級X80，設計壓力12 MPa，敷設于山前沖洪積平原上，地形平坦，沿線絕大部分為農田，局部穿越水渠及排洪溝。2010年12月至2011年2月，當地氣溫普遍偏低，3月15日至17日出現中到大雪，降雪量達到歷史極值，積雪總面積與歷年同期相比偏多，積雪厚度大于20 cm。自2011年3月27日起，該地區氣溫突然快速上升，受山區積雪偏厚和氣溫回升影響，山區積雪大量融化。3月30日，管道敷設長度約470 m管段受融雪型洪水沖刷，造成該段沖溝底部嚴重下切，排洪溝內約140 m管道被沖出，發生嚴重漂管事件。

由于該段沖溝經多年沖刷已成為雪融水的固定河道，每年都有季節性洪流通過。經多方論證，于同年10月對河流進行改道和加固。在管道位置不變的前提下改變河道位置，將漂浮管道埋入一側河岸，管道上方先鋪沙袋后蓋鉛石籠，壓覆管道。同時加大河道寬度，對管道穿越的河道兩岸及河床均進行了混凝土抹面處理，混凝土抹面河道末端修筑有石籠擋墻和護袒，防止河流下切不斷侵蝕硬化河床。

由于漂管段管道在大量融水沖刷作用下已發生大變形，且管道局部出現屈服現象，考慮到管道在長期運營過程中受清管、內壓、溫差等多因素作用可能產生疲勞并出現應力集中，在原漂管段開展管體應力應變監測，便于掌握管道的應力應變狀態。經分析，洪水沖擊管道時，管道的最大應力發生在跨越段管道兩端，這兩個區域承受了較大的軸向拉應力。在焊口存在缺陷的情況下，拉伸應力可能導致焊口崩開，發生爆燃事故。一旦拉伸應力超過許用值，管道有可能發生塑性變形，出現拉裂破壞。為此，選取包括原150 m漂管管段和二次穿越河道的外側、總計約500 m管段開展管道應力應變監測，共布設6個應變監測單元，每個監測單元安裝3組管道軸向應變計，共計18組，如圖1所示。借助GPRS將監測數據實時發送至服務器，根據管材、管徑、壁厚及設計內部輸送壓力，及時計算出管道受力狀態。若軸向附加應力值達到或超過容許附加應力值的一定比例時即發出預警。