應縣—張家口長輸天然氣管道設計

摘 要：黃土丘陵地區(qū)，地表呈黃土梁峁狀，地形波狀起伏，水流切割強烈，溝壑縱橫，水土流失嚴重，針對其特有的地形地貌，對輸氣管道的線路選擇、工藝計算、管道敷設、水土保護、環(huán)境保護進行研究。

關鍵詞：線路選擇；工藝計算；管道敷設；水土流失；環(huán)境保護

應縣-張家口天然氣管道北段為華北平原與內蒙古高原中部的過渡帶，海拔500～1200米，該區(qū)域地形復雜，既有黃土覆蓋的丘陵塬梁、又有群巒眾峽起伏不平的山地，還有土肥水豐的河谷盆地。植被稀疏、環(huán)境非常脆弱、土地承載力差。復雜的地層特性決定了這一地區(qū)對路由的選擇、管道的設計、敷設和環(huán)境保護有其特殊性。

1 概述

應縣-張家口天然氣輸氣管道起自山西省朔州市應縣北曹山北部應縣首站（陜京一線應縣壓氣站東北），止于河北省張家口市東山產業(yè)集聚區(qū)內張家口末站。

全線設4座站場：應縣首站、陽原清管站、宣化分輸站、張家口末站。遠傳線路截斷閥室10座，管道全線埋地敷設，管頂埋深應大于管線經過地區(qū)的標準凍土層深度。

管線所經過的地區(qū)地貌主要為：沖洪積平原、山地、丘陵和河流階地。

管道采用外防腐層結合陰極保護的方式進行防腐。管道全線采用三層PE結構外防腐，補口補傷采用熱收縮套；采用強制電流陰極保護。

2 線路選擇

由于沿線地質為黃土丘陵地區(qū)，地表呈黃土梁峁狀，地形波狀起伏，切割強烈，溝壑縱橫，水土流失嚴重針對其特有的地形地貌。選線時要參考以下內容：①合理選擇管道走向，力求線路順直，縮短線路，以節(jié)投資；②管線應盡量避免通過人口稠密、人類活動頻繁區(qū)域，在確保管線安全的同時也確保周邊地區(qū)的安全；③管線應避繞城市規(guī)劃區(qū)及村鎮(zhèn)，盡量減少拆遷工程量；④管線應盡量避開、減少鹽堿地段長度，減少穿越溝壑次數(shù)，確保輸氣管道長期、可靠、安全地運行；⑤管線應盡量利用原有道路，為施工、巡檢、維護創(chuàng)造條件；⑥管線應盡量避開林地、耕地等多年生經濟作物區(qū)。

3 輸氣管道的工藝計算

3.1 設計參數(shù)

①夏季分子量為17.75，工況下密度為19.567kg/m3，粘度為0.0116cp；冬季分子量為17.722，工況下密度為21.079kg/m3，粘度為0.011055cp；②管道全長267km；③應縣首站最高外輸壓力5.0MPa；張家口末站進站壓力1.1 MPa（最低值）；輸氣線路管道設計壓力為6.3MPa；④管道沿線埋深處平均地溫為8℃，最低地溫3℃；⑤輸氣管道工藝計算年工作天數(shù)為350天；⑥管線最大年輸送能力9.265×108m3；

3.2 輸氣管道水力計算

根據(jù)《輸氣管道工程設計規(guī)范》（GB50251-2003），考慮管道沿線高差：

Δh<200m，

計算工具采用從美國LICENERGY公司引進的Pipeline Studio 的 TGNET 7.2天然氣長輸管道專用工藝計算軟件進行工藝計算，計算結果經圓整后，得出應縣-張家口天然氣輸氣管道管徑為Φ508mm；

3.3 輸氣管道及彎頭（彎管）的使用和壁厚計算

壁厚計算：

強度計算采用《輸氣管道工程設計規(guī)范》（GB50251-2003）中推薦的強度計算見表1、表2：

3.4 輸氣管道強度及穩(wěn)定性校核計算

3.4.1 管道直管段強度校核

因此，通過校核輸氣管道L415-508×6.4鋼管的強度是足夠的，同理，壁厚大于6.4mm的輸氣鋼管，強度更應符合要求。

3.4.2 管道穩(wěn)定性校核

應縣-張家口天然氣輸氣管道外徑與壁厚之比為79.36、71.55、58.39、49.32，均滿足規(guī)范小于140的要求，因此，輸氣管道鋼管是穩(wěn)定的。

4 管道的敷設

管道在黃土丘陵敷設過程中，交通運輸條件差，要修筑較大工程量的施工道路，平原地區(qū)道路多以填筑為主，在丘陵、土石山區(qū)多以削坡開挖、填筑相結合的方法修筑，因此施工道路的占地面積和施工作業(yè)帶的影響范圍較大。在管道沿線地區(qū)生態(tài)環(huán)境比較脆弱，地表植被恢復起來難度較大，應注意對地表的保護，減少或防止產生水土流失，應嚴格控制施工作業(yè)帶與施工道路的寬度，盡量依托附近現(xiàn)有的公路，充分利用施工作業(yè)帶，以縮短施工便道的工程量，節(jié)省平整道路所需的花費。在安全距離許可的情況下，減少對管線經過區(qū)域地表植被的重復破壞，最大限度的保護施工作業(yè)帶影響區(qū)域內的生態(tài)環(huán)境。

5 環(huán)境保護

5.1 水工保護

為了確保管道通過各種地區(qū)的安全，根據(jù)管道工程建設的特點，管道沿線將采取合理的水工保護設施。

5.1.1河流（山洪溝）穿越水工保護

合理確定管道的穩(wěn)管型式。由于管道穿越河流的河床底層結構不同，設計中根據(jù)具體穿越段河床工程地質條件，采用壓重塊（對土、礫石管溝）、混凝土連續(xù)覆蓋（對基巖管溝）等多種穩(wěn)管型式。

5.1.2管道經過丘陵地貌的水工保護

坡度小于15°的斜坡，管溝回填時必須用原土分層夯實，壓實系數(shù)不小于0.90。沿坡管溝回填后，管溝頂播撒草籽，恢復植被。

坡度15°～20°，長度大于15m的斜坡，需要采取地表排水措施，每隔15m設置石砌截水墻；坡度為20°～30°的斜坡，每隔10m設石砌截水墻。每個截水墻上方將場地墊高，使水流分散以避免向管線方向匯水。沿坡管溝回填之后，管溝頂播撒草籽，恢復植被。

5.1.3沖溝地段管道的敷設

由于管線經過山西地區(qū)的沖溝多為小型水流沖溝，寬度較小，但水流沖刷非常嚴重，管線穿越易被淘空。當沖溝淺且基巖埋深小時，管線自溝底穿過，外加套管，管頂部需采用混凝土澆注封頂；沖溝較深時可跨越通過或修過水涵，管線嵌入涵體；沖溝較淺且正在發(fā)育且基巖埋深大時，從沖溝中心向兩側5m范圍內做護底，管道穿越沖溝處設引水槽。

5.2 生態(tài)恢復

①加強對車輛管理、控制人員的活動范圍，減少施工作業(yè)占地面積。施工中采取有效的措施以減少對周邊地表的破壞；②管道施工時采取分層開挖、分層堆放、分層回填的方式。施工后對沿線進行平整、恢復地貌。保存取棄土場表層土壤及植被，并及時回填，采取生物措施或工程措施對其進行恢復。盡量利用已有道路，少建施工便道；③在作業(yè)帶范圍內分散徑流，結合草灌混交護坡，恢復地表植被。管道敷設結束后，搶播搶種，先行種草實施地面覆蓋，當年完成造林整地，翌年春季實現(xiàn)草灌混交，完成植物護坡和植被恢復工作。

6 結束語

本文通過對《應縣-張家口天然氣輸氣管道工程》的設計和施工，在嚴格執(zhí)行國家相關規(guī)范和標準的基礎上，根據(jù)當?shù)刈匀粭l件，因地制宜采取合理的設計和施工方案，對在黃土丘陵地區(qū)，溝壑縱橫，水土流失的環(huán)境下敷設埋地管道，取得了初步的效果，優(yōu)化了管道的線路走向，并獲得了一定的經濟效益。在黃土丘陵地區(qū)，如何采用合理的設計理念在獲得最大的經濟效益的同時也最大限度的去保護環(huán)境，還需要我們進一步去探索和研究。

參考文獻：

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[3] GB50183-2004.石油天然氣工程設計防火規(guī)[S].北京：中華人民共和國建設部.中華人民共和國質量監(jiān)督檢驗檢疫總局，2004.

作者簡介：

佘邵華（1981- ），男，工程師，本科，主要從事化工工藝設計工作。