鄧錫斌 鄭平平

作為很重要的一種能源，天然氣在國(guó)家國(guó)防、工業(yè)建設(shè)、生活實(shí)踐中所起的作用也日趨增大。在天然氣運(yùn)輸中，管道當(dāng)屬很關(guān)鍵性的方式之一。為了嚴(yán)格控制輸氣管道運(yùn)行的穩(wěn)定與安全，則應(yīng)注意針對(duì)管道設(shè)計(jì)難點(diǎn)內(nèi)容，及時(shí)予以?xún)?yōu)化完善。為此，本文從天然氣出發(fā)，主要分析了設(shè)計(jì)輸氣管道中的一些常見(jiàn)難點(diǎn)，并提出了有效的完善措施，僅供參考。

伴隨著現(xiàn)階段低碳經(jīng)濟(jì)理念的廣泛普及、綠色經(jīng)濟(jì)的飛快增長(zhǎng)，天然氣工業(yè)也獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展。在整個(gè)社會(huì)的建設(shè)及國(guó)民生活中，也在日益普及應(yīng)用天然氣。因?yàn)樘烊粴庖话阃ㄟ^(guò)管道來(lái)輸送，因此在市政天然氣管道的建設(shè)與發(fā)展，要求及時(shí)創(chuàng)新設(shè)計(jì)天然氣管道的基礎(chǔ)理念，大幅提高天然氣管道的整體質(zhì)量，并以此來(lái)控制管道切實(shí)安全穩(wěn)定。然而，天然氣工程作為極為系統(tǒng)、復(fù)雜多變的工程，要求輸氣周全考量種種施工因素。在一定程度上，設(shè)計(jì)輸氣管道的具體質(zhì)量直接關(guān)乎著管道輸氣的運(yùn)行效率及天然氣質(zhì)量。就目前天然氣設(shè)計(jì)現(xiàn)狀而言，急需優(yōu)化設(shè)計(jì)輸氣管道，達(dá)到增強(qiáng)管道安全運(yùn)行穩(wěn)定性等的目的，以順利建設(shè)出更優(yōu)質(zhì)的天然氣管道。

一、國(guó)內(nèi)天然氣工業(yè)、輸氣管道的當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r

1.國(guó)內(nèi)天然氣當(dāng)前的資源情況

（1）根據(jù)國(guó)內(nèi)調(diào)查全國(guó)范圍石油、天然氣所得的結(jié)果顯示，國(guó)內(nèi)天然氣的實(shí)際采儲(chǔ)量在國(guó)際上具有很靠前的排名次序。在全國(guó)范圍內(nèi)，陸地存在的天然氣產(chǎn)區(qū)主要在邊遠(yuǎn)高原區(qū)域分布著。尤其以四川、塔里木、準(zhǔn)噶爾、陜甘寧、柴達(dá)木等為主。而海上存在的天然氣則一般就是一些海域，如，東海、南海、渤海等。所以縱觀國(guó)內(nèi)天然氣分布情況可知，全國(guó)范圍并沒(méi)有均勻分布著天然氣。

（2）現(xiàn)階段，在國(guó)內(nèi)天然氣市場(chǎng)上，下游一般將天然氣用于日常炊事、統(tǒng)一供暖、交通行業(yè)、電力工業(yè)等領(lǐng)域。因?yàn)閲?guó)民在早期并未清楚認(rèn)知天然氣，以至于很少用到天然氣。但伴隨天然氣市場(chǎng)的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)拓展，天然氣也在逐步增大使用范圍。不僅居民用戶(hù)、發(fā)電廠商、工業(yè)領(lǐng)域用戶(hù)，而且公共出租車(chē)、汽車(chē)也開(kāi)始積極以天然氣為主要的燃料動(dòng)力。其中更多的私家車(chē)，也漸漸開(kāi)始投入使用天然氣。為及時(shí)緩解供氣緊張情況，國(guó)內(nèi)便開(kāi)始大力推行西氣東輸?shù)姆桨?，以大幅改善?guó)內(nèi)有些區(qū)域天然氣嚴(yán)重緊張的狀況。同時(shí)，還應(yīng)該及時(shí)轉(zhuǎn)變能源結(jié)構(gòu)體系，進(jìn)一步協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)建設(shè)與資源應(yīng)用。

2.國(guó)內(nèi)管道發(fā)展形勢(shì)

因?yàn)樘烊粴鉀](méi)有均勻分布，迫使下游居民只好不顧麻煩來(lái)使用天然氣，所以應(yīng)全面輸送天然氣。這便要求通過(guò)管道，來(lái)統(tǒng)一輸送天然氣。伴隨經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)當(dāng)前時(shí)管道制造質(zhì)量等級(jí)也在向上大幅躍進(jìn)。唯有管道質(zhì)量足夠高，方能充分確保天然氣輸送過(guò)程的安全性。現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)一般通過(guò)高鋼級(jí)、高壓等方式，來(lái)設(shè)計(jì)、建造優(yōu)質(zhì)的輸氣管道。

二、設(shè)計(jì)天然氣輸氣管道的常用方法

1.動(dòng)態(tài)規(guī)劃法

作為運(yùn)籌學(xué)的分支之一，動(dòng)態(tài)規(guī)劃法是求解決策環(huán)節(jié)內(nèi)最理想的數(shù)學(xué)方法。通過(guò)應(yīng)用這類(lèi)方法，有助于設(shè)計(jì)人員降低管道設(shè)計(jì)出現(xiàn)問(wèn)題的概率，從而進(jìn)一步增大工程整體經(jīng)濟(jì)效益。

2.方案對(duì)比法

在工程設(shè)計(jì)中，作為最常用的一種最簡(jiǎn)單的方法，方案對(duì)比法一般會(huì)從提出各種方案，并準(zhǔn)確運(yùn)算及仿真模擬，再通過(guò)對(duì)比分析獲得最理想的方案。

3.數(shù)學(xué)研習(xí)法

通過(guò)數(shù)學(xué)研習(xí)法，一般用數(shù)學(xué)方法，來(lái)研究分析定量化問(wèn)題，并正確做出決策。通過(guò)這類(lèi)方法來(lái)展開(kāi)設(shè)計(jì)工作，一般具有快捷、效率高、準(zhǔn)確、可靠等特點(diǎn)。

三、天然氣管道設(shè)計(jì)中存在的常見(jiàn)難點(diǎn)

1.管道環(huán)境復(fù)雜多變

眾所周知，我國(guó)幅員遼闊，廣泛橫跨平原、高原、丘陵、山脈等。其中，不乏各種特殊地形地貌，如，戈壁、沙漠、苔原等。加上在現(xiàn)代城市地下，又廣泛鋪設(shè)著樣式豐富的地基、地鐵、橋基、管線(xiàn)等市政設(shè)施。所以，在鋪設(shè)天然氣管道的作業(yè)環(huán)境上，復(fù)雜性相當(dāng)明顯。在具體設(shè)計(jì)天然氣管道中，除了應(yīng)周全考量復(fù)雜多變的地貌地形外，還應(yīng)仔細(xì)考察管線(xiàn)沿途路線(xiàn)四周的建筑物、布設(shè)的管線(xiàn)等。如果未注意到關(guān)鍵性要素，便常常會(huì)引起天然管道的不良設(shè)計(jì)情況，從而在后續(xù)的施工建設(shè)、投入應(yīng)用中，遭遇很?chē)?yán)重的困難，有時(shí)甚至還會(huì)導(dǎo)致事故出現(xiàn)。

2.管道規(guī)格嚴(yán)苛

眾所周知，天然氣屬于氣體，加之在有限成本、建設(shè)環(huán)境的局限下，所以定不會(huì)密集分布中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)、供氣站等。所以氣體長(zhǎng)距離輸送及現(xiàn)代城市中，面臨大量的商戶(hù)、社區(qū)、工業(yè)等領(lǐng)域分支，便迫使天然氣管道要求架設(shè)極具氣密性、相當(dāng)長(zhǎng)的管線(xiàn)結(jié)構(gòu)體系。如果出現(xiàn)泄漏，便定會(huì)引起大規(guī)模斷氣現(xiàn)象，甚至?xí)斐蓢?yán)重火災(zāi)或者爆炸事故。所以在天然氣管道上，具有很?chē)?yán)苛的規(guī)格要求，需要設(shè)計(jì)人員及時(shí)提高專(zhuān)業(yè)水平。

3.特殊天氣影響

一年四季的天氣，定會(huì)不斷變化。伴隨溫度的飛快升降，天然氣管道也會(huì)出現(xiàn)劇烈的脹縮，甚至大幅損壞管道。另外，在室內(nèi)外、地下等地方布設(shè)的天然氣管道，氣候帶來(lái)的影響也會(huì)程度各異。同時(shí)，管道當(dāng)中的不同位置，不均勻的溫度，也會(huì)加劇損害天然氣管道的程度，從而引起損壞或者泄漏問(wèn)題。在雷雨、颶風(fēng)等天氣情況下，更加會(huì)直接損壞到管道。所以，便應(yīng)在開(kāi)始設(shè)計(jì)天然氣類(lèi)型輸氣管道時(shí)，便考慮到部署中保暖要求以及抗颶風(fēng)、防雷擊需要等。

4.天然氣性質(zhì)及其輸送帶來(lái)的破壞

因?yàn)橐话銜?huì)在地下埋設(shè)天然氣管道或在建筑物中予以?xún)?nèi)嵌，所以管道擁有的耐受能力應(yīng)可以確保其維持連續(xù)穩(wěn)定的投入使用年限。譬如，鋼管應(yīng)為30年或以上，PE管應(yīng)為50年或以上。然而，在天然氣中，一般會(huì)存在微量硫化氫，不免有所腐蝕管道內(nèi)壁。加之天然氣當(dāng)中，一般都會(huì)含有少量的小灰塵。同時(shí)，在高氣壓下的天然氣中，還會(huì)裹著一定的灰塵。盡管灰塵沖擊力不大，但是高頻微觀劃傷，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的積累，腐蝕及劃傷便會(huì)嚴(yán)重傷害管道內(nèi)壁。所以，在設(shè)計(jì)天然氣管道中，應(yīng)選用切實(shí)適宜的管線(xiàn)材料。

5.沿途多變

在現(xiàn)代城市當(dāng)中，伴隨經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)、城市化進(jìn)程的持續(xù)深化，很多市內(nèi)建筑也需要改造、拆遷或新建。所以天然氣在沿途的管線(xiàn)，也會(huì)面臨多變的環(huán)境，相應(yīng)的天然氣線(xiàn)路自己也會(huì)發(fā)生各種變化。如果某地實(shí)際新建的建筑物，在原先設(shè)計(jì)峰值范圍以外，便會(huì)迫使當(dāng)?shù)靥烊細(xì)獬霈F(xiàn)供應(yīng)壓力不夠問(wèn)題。如果某地實(shí)際拆遷過(guò)多的建筑物，便會(huì)浪費(fèi)不必要的管線(xiàn)壓力。所以，在設(shè)計(jì)天然氣管道中，還應(yīng)注意周全考量城市經(jīng)濟(jì)的整體趨勢(shì)，與當(dāng)?shù)丶扔械慕h(yuǎn)期規(guī)劃相結(jié)合，預(yù)留充裕地?cái)U(kuò)充當(dāng)?shù)毓芫€(xiàn)的地方。

四、優(yōu)化設(shè)計(jì)天然氣管道

1.做好前期考察工作

在正式開(kāi)始設(shè)計(jì)天然氣管道前，應(yīng)全面考察天然氣管道的整個(gè)建設(shè)環(huán)境，著重明確其中的地理?xiàng)l件、沿途建筑物。同時(shí)，還要及時(shí)與所在地城建及規(guī)劃單位、建筑物主管機(jī)構(gòu)、基建責(zé)任部門(mén)、水電單位等負(fù)責(zé)其他地下分布管線(xiàn)的單位順暢交流。再以此為基礎(chǔ)，控制天然氣所需輸氣管道的整個(gè)設(shè)計(jì)工作，可以避開(kāi)失穩(wěn)地質(zhì)地層、擁擠復(fù)雜多變的地下建筑群或易出現(xiàn)干擾的他類(lèi)管線(xiàn)。這么一來(lái)，方能順利做好設(shè)計(jì)天然氣整體管道線(xiàn)路的工作。

2.加強(qiáng)安全防范工作

在最初開(kāi)始設(shè)計(jì)天然氣所需輸氣管道中，便需要周全考量天然氣管道涉及的安全問(wèn)題或者風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)天然氣類(lèi)型輸氣管道，需要盡量選用極具防腐蝕性能、高耐受性的合金原材料，以便可以長(zhǎng)期穩(wěn)定連續(xù)地輸送天然氣。同時(shí)還應(yīng)從天然氣管道出發(fā)，做好全程范圍的隔溫、保溫工作，以免過(guò)大自然溫差引起天然氣管道內(nèi)部劇烈改變溫度。此外，在室外還應(yīng)避免裸露天然氣管道，以免因?yàn)轱Z風(fēng)、雷擊等意外因素引起不必要的破壞。而針對(duì)天然氣管道，在規(guī)劃設(shè)計(jì)鋪設(shè)線(xiàn)路中，還要盡可能繞過(guò)頻繁開(kāi)挖路段、容易遭受雷擊的部位。這么一來(lái)，方能盡可能避免人為、天氣等因素，損壞到天然氣管道。所以在開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)，便盡可能降低天然氣管道有關(guān)的不穩(wěn)定因素。例如，在管道鋪設(shè)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量安排管道線(xiàn)路遠(yuǎn)遠(yuǎn)離開(kāi)超市建筑體的屋檐或墻角等，常常遭受雷擊的范圍。

3.優(yōu)化鋪設(shè)路徑設(shè)計(jì)

通過(guò)一番的前期考察以后，便應(yīng)從天然氣的特點(diǎn)出發(fā)，開(kāi)始規(guī)劃設(shè)計(jì)鋪設(shè)管道具體路徑。在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)根據(jù)地下實(shí)際的情況，展開(kāi)科學(xué)的設(shè)計(jì)。所以針對(duì)天然氣，為了順利設(shè)計(jì)好輸氣管道，就要求設(shè)計(jì)人員具有足夠強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)技能、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，在設(shè)計(jì)中還應(yīng)周全考量管道沿線(xiàn)鋪設(shè)中的具體環(huán)境，防止與其他類(lèi)型的地下設(shè)施發(fā)生沖突。例如，注意考慮到城市地下分布的電纜、排水管等慮，以防出現(xiàn)管道線(xiàn)路彼此沖突的現(xiàn)象。其中，應(yīng)盡可能規(guī)劃出最短距離的輸送路徑，以減少輸送所耗動(dòng)力。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上，伴隨國(guó)內(nèi)可持續(xù)發(fā)展的深化推進(jìn)，經(jīng)濟(jì)建設(shè)也獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，其中的天然氣產(chǎn)業(yè)也發(fā)展得越來(lái)越快。作為極為關(guān)鍵的能源之一，天然氣在社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起到的作用至關(guān)重要。唯有優(yōu)化設(shè)計(jì)市政輸氣管道，方才可為國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)源源不斷地提供能源。但是，當(dāng)前天然氣出現(xiàn)了十分突出的供需矛盾，所以相應(yīng)的輸氣管道所需承擔(dān)著的任務(wù)也很重。這便需要認(rèn)真分析管道設(shè)計(jì)中存在的常見(jiàn)難點(diǎn)，及時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，以便安全、穩(wěn)定地輸送天然氣。