史 航，孫學(xué)軍

（中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司，河北廊坊 065000）

管道進(jìn)出站場(chǎng)段敷設(shè)方式的改進(jìn)

史 航，孫學(xué)軍

（中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司，河北廊坊 065000）

油氣管道進(jìn)出站場(chǎng)段是管道受力和變形較大的區(qū)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(yīng)力很大。為避免長(zhǎng)距離埋地管道的軸向位移傳遞到站內(nèi)，并避免設(shè)置進(jìn)出站錨固墩帶來(lái)的不利因素，提出了Z字型進(jìn)出站場(chǎng)段的管道敷設(shè)方式。文章結(jié)合管道線路和輸送工藝參數(shù)進(jìn)行計(jì)算與分析，指出必要時(shí)調(diào)整進(jìn)出站段局部管道的線路走向，可減小進(jìn)站處地面設(shè)備和管道的應(yīng)力及位移。

進(jìn)出站段管道；Z字型敷設(shè)；位移；應(yīng)力；分析

1 管道進(jìn)出站段設(shè)計(jì)的不利條件

油氣管道線路段一般采用埋地敷設(shè)，而站場(chǎng)內(nèi)設(shè)備大多采用地上敷設(shè)，因而進(jìn)出站段管道屬于從埋地敷設(shè)逐漸向地上敷設(shè)方式的過(guò)渡區(qū)段。典型的進(jìn)站或出站段管道如圖1所示。

進(jìn)站段管道作為線路專業(yè)和站場(chǎng)工藝專業(yè)的結(jié)合段，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的做法是在站外管道埋地段設(shè)置一個(gè)錨固墩，用來(lái)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(nèi)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(dá)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(yīng)力，往往造成陰極保護(hù)電流從錨固法蘭漏失；相應(yīng)的錨固墩的體積達(dá)上百立方米，而且管道承受的應(yīng)力很大，這些均成為設(shè)置錨固墩的不利條件。

近期一些項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中經(jīng)核算后取消了進(jìn)出站錨固墩，但由于計(jì)算選取的土壤對(duì)管道的嵌固作用偏強(qiáng)，易造成站內(nèi)首發(fā)球筒部位位移偏大。

2 解決進(jìn)出站段位移和應(yīng)力偏大問(wèn)題的方法探討

通常的設(shè)計(jì)，管道基本上以接近直線的方式進(jìn)出站，出、入土的兩個(gè)縱向彎管角度一般為30°，經(jīng)核算，在不設(shè)置錨固墩的情況下，管道的出站溫度為50℃、安裝溫度為0℃時(shí)，站內(nèi)發(fā)球筒部位位移可達(dá)60 mm，出站三通處膨脹應(yīng)力很大。

分析其原因，是管道的直徑較大，土壤對(duì)管道的約束能力相比小直徑管道弱，所需的嵌固段要長(zhǎng)；而且進(jìn)出站位置的管道沒(méi)有專門進(jìn)行進(jìn)出站線路敷設(shè)方式的設(shè)計(jì)，僅僅是簡(jiǎn)單地從站外埋地管道直接與站內(nèi)管道相連接，嵌固段內(nèi)埋地管道在軸向應(yīng)力的作用下，位移直接傳遞到站內(nèi)地面管件和設(shè)備上。雖然計(jì)算中這些應(yīng)力和位移在溫差 （運(yùn)營(yíng)溫度和安裝溫度之差）不大的情況下不會(huì)超出規(guī)范要求的范圍，但實(shí)際中管道內(nèi)應(yīng)力較高、位移偏大，并可能隨著運(yùn)營(yíng)壓力和溫度的變化出現(xiàn)位移的變化，這也是運(yùn)營(yíng)中需重點(diǎn)關(guān)注的因素。

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

按照?qǐng)D2中管道布置，使進(jìn)出站場(chǎng)段埋地管道呈Z字型，相當(dāng)于增加了一個(gè)受土壤約束的 “補(bǔ)償器”，使站內(nèi)管道和設(shè)備上的應(yīng)力顯著減小，管道在較低應(yīng)力狀態(tài)下運(yùn)行，服役條件更優(yōu)；筆者近期對(duì)一條直徑1 016 mm輸氣管道項(xiàng)目進(jìn)出站段管道的應(yīng)力和位移作了多種進(jìn)出站方式、不同參數(shù)情況的計(jì)算，采用應(yīng)力分析軟件計(jì)算出某站場(chǎng)的位移情況如表1所示。

表1 某站場(chǎng)出站位置應(yīng)力和位移計(jì)算值

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

直線型進(jìn)出站顯然線路長(zhǎng)度較短，且可以減少1～2個(gè)大角度熱煨彎管。采用Z字型進(jìn)出站布置，中間多了一段橫向布置的管段，經(jīng)過(guò)計(jì)算，此段的長(zhǎng)度只需要3～5 m，就可以起到 “補(bǔ)償器”的作用，一般可采用一根管 （約12 m）長(zhǎng)度。在用地緊張的地段，橫向段可以沿著站場(chǎng)征地的邊線布置，不需另外增加管道占地面積；兩個(gè)彎頭的角度，遠(yuǎn)離站場(chǎng)的一個(gè)角度可為30°～90°，靠近站場(chǎng)的彎管角度需采用90°，為了節(jié)省空間，靠近站場(chǎng)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(gè)，也能起到明顯的增加管道柔性的效果。兩種敷設(shè)方式從經(jīng)濟(jì)方面分析，一段長(zhǎng)12 m管段加兩個(gè)熱煨彎管的費(fèi)用，與一個(gè)錨固墩的費(fèi)用大致相當(dāng)。

計(jì)算也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)出站段管道的運(yùn)營(yíng)溫度和安裝溫度之差是縱向應(yīng)力的主要影響因素時(shí)，對(duì)于溫差較小的站場(chǎng)，則不需要采取Z字型敷設(shè)方式，這需要通過(guò)應(yīng)力計(jì)算來(lái)確定。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)進(jìn)出站段管道敷設(shè)方式的分析與計(jì)算，采用Z字型管道的敷設(shè)方式，可以在不設(shè)錨固墩的條件下，明顯降低出土端管道和設(shè)備的應(yīng)力和位移量。建議在管道設(shè)計(jì)中將進(jìn)出站段管道作為特殊的地段單獨(dú)進(jìn)行應(yīng)力分析計(jì)算，亦可將進(jìn)出站段一定范圍 （可取站外200～400 m）埋地管道與站內(nèi)管道一起進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，當(dāng)發(fā)現(xiàn)應(yīng)力和位移量較大時(shí)，可采用Z字型管道的布置方式。設(shè)計(jì)單位可做出不同管徑、不同工藝參數(shù)下該段管道應(yīng)力與位移的系列計(jì)算表格，找出規(guī)律，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。

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(jí)高級(jí)工程師，1985年畢業(yè)于管道局職工學(xué)院，現(xiàn)從事石油天然氣管道工程的設(shè)計(jì)管理工作。

2010-12-17