高壓天然氣管道方案設計

1、XXXXXXXX有限公司XXCNG加氣母站專供管線方案設計設計單位：XXXXXXXX有限公司日 期：2014年09月15日15 / 17目 錄1總論11.1工程背景和方案12工程設計指導思想、編制原則及自然條件22.1指導思想22.2編制原則22.3編制依據(jù)32.4沿線自然條件43工藝技術方案描述43.1方案內容43.2管道計算53.3線路工程83.4閥室部分134建議144.1線路走向建議144.2線路沿途平安愛護措施145附圖151總論1.1工程背景和方案工程背景自然氣是國家大力提倡的清潔燃料，這將對優(yōu)化我國的能源結構，有效解決工業(yè)生產能源供應平安、生態(tài)環(huán)境愛護的雙重問題，實現(xiàn)經濟和社會的

2、可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮著重要作用。對菏澤而言，充分把握國家西氣東輸戰(zhàn)略和能源結構調整戰(zhàn)略實施的機遇，利用資源優(yōu)勢發(fā)展自然氣工業(yè)，通過發(fā)展自然氣壓縮工業(yè)，能夠使XX市的自然氣資源得到充分利用，從而變資源優(yōu)勢為經濟優(yōu)勢。隨著工業(yè)的快速發(fā)展和國家評估標準的逐步提高，大氣污染治理壓力大、形式嚴峻。自然氣在燃燒過程中基本不排放二氧化硫，因此，主動推動城市氣化，自然氣汽車，擴大自然氣的利用范圍和領域，對于改善城市大氣環(huán)境，創(chuàng)建綠色中國具有主動意義。目前XX縣燃氣應用方式以液化石油氣及CNG減壓供氣為主；只依托濟寧華潤加氣母站CNG氣源供氣；本項目可通過陳集分輸站引入平泰線管道氣源，保證XX縣近遠期實現(xiàn)管道自然氣供

3、應。近期供應XX縣自然氣氣量0.6億Nm3/年，遠期供應XX縣自然氣氣量1.2億Nm3/年。依據(jù)壓縮自然氣的運輸半徑，XXXXXXXX有限公司XXCNG加氣母站依托該管道氣源建成投產之后可以輻射XX市一區(qū)八縣，該站日壓縮實力達20萬Nm3，可滿意該區(qū)域壓縮自然氣的需求。XXCNG加氣母站的建設不僅能更好的滿意本地區(qū)及周邊地區(qū)對自然氣能源的需求，也是解決山東地區(qū)自然氣擴大利用的志向途徑。自然氣加氣站經濟效益可觀，在促進XX縣經濟增長的同時，對拉動本地區(qū)運輸業(yè)、制造業(yè)等相關產業(yè)的發(fā)展，促進城市水平的提高，都將發(fā)揮重要的作用。本項目作為連接陳集分輸站和XXCNG加氣母站的自然氣專供管線，為XXCNG

4、加氣母站的順當投產所必不行少的組成部分。項目簡介本工程為XXXXXXXX有限公司XXCNG加氣母站專供管線，管線氣源為平泰線陳集分輸站，終點為菏澤成功XXXXXXXX有限公司XXCNG加氣母站，管道設計壓力10.0MPa，管徑為DN200，全長約為2km，年輸送自然氣0.73×108Nm3，管線走向詳見附圖1、附圖2。氣源概況平頂山泰安自然氣高壓管線（平泰線）平泰線是由西氣東輸二線干線的魯山分輸壓氣站分輸，經河南省平頂山、許昌、鄭州、開封、商丘和山東省菏澤、濟寧、泰安等8市，和位于山東省泰安市境內冀寧聯(lián)絡線泰安分輸站相聯(lián)絡，管道設計壓力10.0MPa，管徑1016mm，全長約為556

5、km，年輸送自然氣30.8×108Nm3。平泰線于XX縣北部陳集鎮(zhèn)區(qū)域穿過，在XX縣高速連接線西側建有陳集分輸站。2工程設計指導思想、編制原則、編制依據(jù)及自然條件2.1指導思想依據(jù)國家的長遠安排和地方政府對該地區(qū)的近期和長遠規(guī)劃及有關的政策法規(guī)，綜合考慮管線道路走向布局。2.2編制原則1）嚴格遵守國家、行業(yè)及當?shù)氐挠嘘P法規(guī)政策，嚴格執(zhí)行國家及本行業(yè)的有關設計規(guī)范、標準及規(guī)定，同時參照國外先進適用的標準和技術。2）工程建設項目在設計上做到投資合理，充分發(fā)揮工程的經濟效益和社會效益。3）優(yōu)化工藝輸送方案，確保管道系統(tǒng)均衡、平安、平穩(wěn)的供氣。4）工程設計符合實際狀況，既確保本工程技術先進，

6、又做到經濟合理、平安牢靠。5）工程設計中對設備、材料等的選型要做到設備性能牢靠、技術先進、便利運行及便于修理。優(yōu)先選用國內的先進設備，降低運行費用，對于國內尚無法滿意而工藝上又必需的部分設備、材料擬從國外引進。6）線路走向力求線路順直，盡量靠近或沿線有道路敷設，盡量削減穿越道路、沖溝，避開沿線不良工程地質段和居民住宅、果林等地區(qū)，以削減工程量和確保管道長期平安運行。7）相關協(xié)助生產設施盡可能依托地方以削減投資，降低運行成本。8）充分考慮節(jié)約占地和節(jié)約能耗。9）簡化管理體制，在滿意一線生產須要的前提下，盡可能削減操作人員，降低運行管理費用，提高管理水平。2.3編制依據(jù)中華人民共和國石油自然氣管道

7、愛護法馬路平安愛護條例(國務院令第593號)山東省石油自然氣管道愛護方法(政府令第214號) 關于處理石油管道和自然氣管道和馬路相互關系的若干規(guī)定（試行）輸氣管道工程設計規(guī)范GB50251-2003石油自然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管GB/T9711-2011工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范GB50235-2010工業(yè)金屬管道工程施工質量驗收規(guī)范GB50184-2011現(xiàn)場設備、工業(yè)管道焊接工程施工規(guī)范GB50236-2011現(xiàn)場設備、工業(yè)管道焊接工程施工質量驗收規(guī)范GB50683-2011石油自然氣鋼質管道無損檢測SY/T 4109-2013埋地鋼質管道陰極愛護技術規(guī)范GB/T 21448-20082.

8、4沿線自然條件本段管線全線在XX市XX縣境內，XX縣地質構造屬于魯西中臺隆的菏澤地壘的東南邊緣，和東部的成武地塹相聯(lián)。西部有蘭考聊城張性大斷裂經過，東部又有曹縣定陶大斷裂，故縣內新構造活動劇烈。XX縣地處黃泛平原，屬黃河沖積扇類型。由于黃河多次決口泛濫，受地形、流速等諸因素的影響。形成了凹凸起伏困難的微地貌。依據(jù)建筑抗震設計規(guī)范附錄A，項目所在地區(qū)地震烈度為7度，工程按7度地震基本破壞烈度設防。XX縣屬溫帶季風型大陸性氣候，冬冷夏熱，四季改變分明。春季，多西南風，氣溫回升快，蒸發(fā)量大，降水量少，空氣干燥，同時，由于受寒潮的侵襲，常出現(xiàn)霜凍和倒春寒天氣。夏季燥熱多雨，常有潮濕悶熱天氣出現(xiàn)，有時因

9、暴雨成災，有時也可能因降水稀有而出現(xiàn)夏旱。秋季，天高氣爽，日照足夠，常發(fā)生秋旱現(xiàn)象。冬季，氣候干冷，多偏北風，降水(雪)稀有，個別年份出現(xiàn)凍害。3工藝技術方案描述3.1方案內容3.1.1線路走向管線由陳集分輸站接出后，沿朱集村東側高速路連接線（路西布管）向北敷設，途徑朱集村、晨露農業(yè)高新產業(yè)園，穿越長江東路至XXXXXXXX有限公司XXCNG加氣母站，然后沿母站南墻向西轉至母站西墻向北穿墻進入站區(qū)敷設至母站工藝裝置區(qū)后，詳細詳見管道線路走向圖（附圖1、附圖2）。XXXXXXXX有限公司XXCNG加氣母站設在XX縣陳集鎮(zhèn)日蘭高速和長江東路交叉口東北角處，計量交接點在陳集分輸站內，氣源點陳集分輸站

10、出站壓力為8.28.3MPa，輸氣干線管徑為DN200，依據(jù)近遠期供氣量計算母站進站壓力，計算結果見表3.1-1、3.1-2。起點壓力計算 供氣量：10×104Nm3/d （近期） 表3.1-1序號日供氣量（104m3/d）高峰系數(shù)高峰小時供氣量（104m3/h）管徑（mm）分輸站壓力（MPa）母站進站壓力（MPa）1101.650.83 DN2008.28.192101.650.83DN2008.38.29起點壓力計算 供氣量：20×104Nm3/d（遠期） 表3.1-2序號日供氣量（104m3/d）高峰系數(shù)高峰小時供氣量（104m3/h）管徑（mm）分輸站壓力（MPa）

11、母站進站壓力（MPa）1201.651.67DN2008.28.172201.651.67DN2008.38.273.2管道計算3.2.1管材及壁厚（1）鋼種等級選擇輸氣管道所運用的材質應具有較高的強度，良好的焊接性能，其化學成分和機械性能應符合有關規(guī)定要求，以確保輸送平安。針對目前國內制板實力，輸氣管道材質要求和目前國內輸氣管道要求和目前國內輸氣管道鋼材選用狀況，選用L290、L360、L415三種鋼材進行比較，設計系數(shù)按三級地區(qū)考慮，結果見表3.1-5。材質比較表（D219.1） 表3.1-5材質 壁厚（mm）地區(qū)等級L290L360L415計算值選定值計算值選定值計算值選定值三級地區(qū)7.

12、5126.1125.312管材總重（t）（壁厚按選定值）169.4169.4169.4管材投資（萬元）81.384.789.8表中管壁厚度依據(jù)輸氣管道工程設計規(guī)范GB50251-2003，按下式計算：=PD/2sFt式中：鋼管計算壁厚（mm）P設計壓力（MPa）D鋼管外徑（mm）s鋼管最低屈服強度（MPa）焊縫系數(shù)t溫度折減系數(shù)F設計系數(shù)一級地區(qū) F=0.72二級地區(qū) F=0.6三級地區(qū) F=0.5三種管材相比，L290管材投資最少，比L360少投了3.4萬元，比L415少投了8.5萬元，L415管材投資最高，不符合節(jié)約投資原則；L290管材和L360相比，雖然投資較少，但其可焊性、韌性、延長

13、性不如L360，為保證管道運行平安，舉薦采納L360管材。依據(jù)水力計算，該輸氣干線公稱直徑為DN200，舉薦運用直縫高頻電阻焊接鋼管，鋼級為L360，制管標準按現(xiàn)行國家標準石油自然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管（GB/T9711-2011）執(zhí)行，由于管線和其西側建筑物及東側高速連接線水平距離較小，本設計考慮全程管線規(guī)格采納D219.1×12，并實行其他相應的有效愛護措施。3.2.2管道強度和穩(wěn)定性校核（1）管線的剛性管子須要有肯定的剛性，否則在裝卸、運輸、堆放、下溝、回填等過程中會使管子嚴峻變形，一旦發(fā)生這種情形，管段即報廢。管子的剛度和材料強度無關，而和材料的彈性模量、直徑和壁厚比（D/

14、）有關。因各種等級鋼號的彈性模量都是一樣的，故只考慮直徑和壁厚比（D/）即可。同直徑的管子壁厚越厚，D/就越小，管子剛性越好。依據(jù)輸氣管道工程設計規(guī)范GB50251-2003第5.1.3節(jié)要求，DN200的管子需滿意的最小公稱壁厚為3.5mm，故此次設計管線的剛度均是足夠的。（2）徑向穩(wěn)定性驗算據(jù)輸氣管道工程設計規(guī)范GB50251-2003第節(jié)，管道徑向穩(wěn)定性較核應符合下列表達式的要求。當管線埋設較深或外載荷較大時，應按無內壓狀態(tài)較核其穩(wěn)定性。下面以管線最不利情形（壁厚最薄，埋深最大考慮極限溫差）進行應力計算和當量應力較核。式中：x鋼管水平方向最大變形量（m）；Dm鋼管平均直徑（m）；W作用在

15、單位管長上的總豎向載荷（N/m）；W1單位管長上的豎向永久載荷（N/m）；W2地面可變載荷傳遞到管道上的載荷（N/m）；Z鋼管變形滯后系數(shù)，取1.5；K基床包角，按規(guī)范取0.103；E鋼材彈性模量（N/m2），2.06x1011 N/m2；I單位管長截面慣性矩（m3/m）；n鋼管公稱壁厚（m）；Es土壤變形模量（N/m2），取2.8。計算得出：對D219.1：W1=V=9914N/m（考慮為管線埋深處土壤載荷），x0. 03D。故管線不會失穩(wěn)。3.3線路工程（1）設計原則依據(jù)管道線路走向，在滿意有關規(guī)范要求的狀況下，線路特別地段全部采納定向鉆穿越方式，在小型穿越段首選開挖溝埋方式。將穿越工程的

16、平安牢靠性放在首位。力求節(jié)約投資，便利施工和維護管理。穿越三級以上馬路時，一律采納定向鉆穿越；對于一般低于三級道路，采納挖溝埋設方式穿越。穿越位置不宜選在地震活動斷層上。（2）管道敷設管道以埋地敷設為主，依據(jù)地形地貌，管道分別實行自然彈性彎曲、現(xiàn)場冷彎彎管和預制彎頭，以適應管道在平面和豎向上的走向改變。穿越長江東路時采納定向鉆穿越，穿越時尚應滿意管道和馬路相互關系的有關規(guī)定的要求。（3）敷設方式管道采納直埋和定向鉆穿越的方式。管道通過一般地段時，考慮到地面荷載對管道強度及穩(wěn)定性的要求，管頂覆土深度為2.5m。特別穿越地段，允許覆土深度有改變，但不得小于2m。管道和馬路交叉時，按關于處理石油管道

17、和自然氣管道和馬路相互關系的若干規(guī)定、中華人民共和國石油自然氣管道愛護法、馬路平安愛護條例(國務院令593號)、山東省石油自然氣管道愛護方法中的有關條款執(zhí)行。管道水平轉角或豎向變坡處，當條件允許時應優(yōu)先采納彈性敷設，以保證較好的工藝條件。彈性敷設困難時，優(yōu)先采納曲率半徑R=40D的冷彎管，在其次采納熱煨彎管。（4）馬路穿越依據(jù)原石油和交通部制定的關于處理石油管道和自然氣管道和馬路相互關系的若干規(guī)定，管道穿越馬路時盡量在路基下穿過，以盡可能不破壞路面為原則。若因地質條件必需破壞路面時，應同馬路管理部門協(xié)商，按其要求復原地貌。對于干線馬路、瀝青馬路、車流量較大、大開挖困難的馬路，優(yōu)先采納定向鉆穿越

18、。一般碎石馬路則大開挖穿越。本管道需穿越長江東路1處，穿越無名小路3處。（5）管道焊接焊接方式及材料管道的焊接接口采納手工下向焊接或半自動焊接工藝，手工焊焊條采納AWS A5.1-91 E6010纖維素焊條，焊接執(zhí)行鋼質管道焊接及驗收（SY/T 4103-2006）。焊接檢驗方法及要求結合本工程高壓管道經過的地區(qū)特點以及當?shù)赜嘘P部門的要求，對管道全線環(huán)焊縫進行100%超聲波探傷和100%射線照相檢查。焊縫質量標準本工程對管線環(huán)焊縫進行100%超聲波探傷和100%射線照相檢查，超聲波探傷應符合石油自然氣鋼質管道無損檢測SY/T 4109-2013中的級質量標準，射線照相應符合石油自然氣鋼質管道無

19、損檢測SY/T 4109-2013中的級質量標準。（6）管道試壓依據(jù)輸氣管道工程設計規(guī)范GB50251-2003中第10.2條：清管和試壓條款有關內容要求，輸氣管道必需進行強度試驗和整體嚴密性試驗，同時經試驗合格的管段間相互連接的焊縫經射線照相檢驗合格，全線接通后可不再進行強度試壓。穿（跨）越道路的管段，應進行單獨試壓。本工程依據(jù)沿線的實際狀況，結合地區(qū)等級的劃分，本項目位于三級地區(qū)的管道試壓介質采納水。依據(jù)輸氣管道工程設計規(guī)范GB50251-2003要求，本項目位于三級地區(qū)的管段不應低于設計壓力的1.5倍。（7）清管依據(jù)輸氣管道工程設計規(guī)范GB50251-2003和工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范G

20、B50235-2010有關要求，管道在壓力試驗合格后，應進行管道吹掃或清洗工作。管道吹洗前，不應安裝孔板、法蘭連接的重要閥門、儀表等，對于焊接的上述閥門和儀表，應實行流經旁路或卸掉閥頭及閥座加愛護套管措施。當采納空氣進行吹掃清管時應滿意下列要求：吹掃壓力不得超過容器和管道的設計壓力，流速不易小于20m/s；空氣吹掃過程中，當目測排氣無煙塵時，應在排氣口設置貼白布涂白漆的木制靶板檢驗，5min內靶板上無鐵銹、塵土、水分及其他雜物為合格。當采納清管器進行清管時應滿意下列要求：清管次數(shù)不應小于兩次；應設置臨時清管器收發(fā)設施和放空口，不應運用站內設施；輸氣管道在投入運用前應進行干燥清管，必要時可注入吸

21、濕劑。（8）管線附屬設施水工愛護工程穿越現(xiàn)有的帶擴砌的溝渠，施工完畢后復原原貌。對于破壞的馬路路肩要分層夯實并用砌石護砌。管道標記為了駕馭陰極愛護的狀況，隨時測定沿線陰極愛護有關數(shù)據(jù)，從管道起點每隔1km距離，設置一個陰極愛護測試樁兼做里程樁。固定墩管道出入土端、重點穿跨越點均應設置固定墩。（9）管道防腐自然氣高壓管道的涂層防腐包括管道內防腐和管道外防腐，內防腐既可以延長管道的運用壽命，又可以削減管道內阻，提高輸氣實力、節(jié)約能源。因為本工程高壓管道所輸氣體為經過凈化的自然氣，幾乎不含水，含H2S極微，介質的腐蝕性很弱，同時本設計不要求削減管道阻力，故管道內壁不作內防腐，只作管道外防腐。1）管道

22、外防腐涂層的確定管道外覆蓋層的作用是將腐蝕介質和被愛護金屬表面隔開，在埋地管道防腐工程中，覆蓋層占有重要的位置，對延長管道的運用壽命、維持正常運用及增加運行平安性都有非常重要的意義。因此，合理選擇管線外防腐材料，是保證工程設計經濟合理至關重要的技術關鍵。作為埋地管道外覆蓋層應具備下列性能：良好的防潮、防水性；較強的機械強度（包括抗沖擊強度、耐彎曲性、耐磨性、針入度等指標）；良好的耐陰極剝離性能；防腐層對鋼材表面有良好的粘結性；良好的電絕緣性能；較好的耐化學性能和抗老化性能；易于施工，易于補口、補傷；經濟合理。目前，常用防腐材料有：聚乙烯三層復合結構防腐層（簡稱三層PE）、熔結環(huán)氧粉末（FBE）

23、、煤焦油瓷漆、聚乙烯膠帶、環(huán)氧煤瀝青等。各種防腐層的主要優(yōu)缺點見表3.2-1。表3.2-1 常用涂層對比表涂 層優(yōu) 點缺 點熔結環(huán)氧和鋼管粘結力高、耐化學介質浸泡絕緣性能好、運用溫度范圍寬，磨擦系數(shù)小，和陰極愛護協(xié)作好。涂層太薄，裝卸、運輸、施工極易受傷，補口、補傷工藝困難三層結構PE和鋼管粘結力高，機械物理性能好，耐化學介質浸泡、絕緣電阻高、修補便利。預制工藝困難、造價較高，補口質量達不到三層結構PE的質量要求煤焦油瓷漆防腐性能好、耐化學介質浸泡，不怕植物根扎，修補便利絕緣電阻不高、機械性能差，低溫發(fā)脆、易污染環(huán)境、修理工作量大聚乙烯膠帶易于機械化施工、絕緣電阻較高機械性能較差、不耐機械損傷

24、石油瀝青造價低，施工技術成熟，修補便利絕緣電阻不高，機械性能差，不耐細菌侵蝕、植物根系易穿入、運用壽命不長、維護工作量大、易污染環(huán)境。環(huán)氧煤瀝青具有環(huán)氧樹脂優(yōu)良的物理、化學性能和煤焦油瀝青優(yōu)良的耐水、抗生物性能。雙組分，施工質量不易保證。二層擠塑聚乙烯機械性能好，化學穩(wěn)定性高、絕緣電阻高，抗人為損壞和運輸損傷實力強，易于修補，價格較便宜。一旦粘結劑和鋼管表面脫落，脫落處又破損，電介質從破損處浸入，易造成夾縫腐蝕。雙層熔結環(huán)氧和鋼管粘結力高，機械物理能性好，耐化學介質浸泡，絕緣電阻高，現(xiàn)場補口、補傷，可保證和管線涂層的一樣彎曲性較差，價格高考慮XX縣夏季雨量比較足夠，土壤濕度較大，土壤電阻率較低

25、，腐蝕性較強，管道必需選擇性能好、壽命長的外防腐層。依據(jù)以上防腐層的性能比較，并結合實際應用閱歷，鋼制燃氣管道防腐采納三層結構聚乙烯防腐層，防腐等級采納特加強級。穿路套管等進行密封絕緣處理。管道彎頭及補口采納無溶劑環(huán)氧涂料加熱收縮套防腐。防腐主要工程量見表3.2-2。防腐主要工程量表 表3.2-2序號名稱單位數(shù)量備注13PE特加強級防腐Km22熱收縮套補口個167按12m管計2）陰極愛護采納涂層愛護埋地敷設的鋼質燃氣干管同時采納陰極愛護，以確保埋地鋼質管道的運用壽命。市區(qū)外埋地敷設的燃氣干管，當采納陰極愛護時，宜采納強制電流方式，由于本項目管道長度較短，本工程采納犧牲陽極愛護，其設計應符合國家現(xiàn)行標準埋地鋼質