天然氣管道輸送管線工藝設計研究

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摘要：天然氣是現階段居家生活中主要使用的能源類型之一，天然氣具有質量高超、效率可觀、清潔能源的特點，在人們日常生活中使用能夠降低對環境的影響，提升人們的生活質量。天然氣在生產生活、工業、制造業中的廣泛使用，需要天然氣運輸以穩定、高效的形式開展，保證使用的穩定性和安全性。主要對天然氣管道運輸線路設計相關工作開展了研究。

關鍵詞：天然氣；輸送管線；工藝設計

天然氣的使用范疇十分廣泛，既能夠用作燃料，也能夠制造化學藥品、液化石油等，在生產生活、化工領域、醫藥衛生等方面都具有良好的應用效果。且天然氣能源的使用基地建設成本較低、運輸規模較大、土地使用面積消耗、建設速度較快、安全系數較高等優勢顯而易見。鑒于此，需要在天然氣運輸方面加大研究深度，促進天然氣在我國使用廣度不斷推進。

1天然氣的管道輸送概況

管道運輸是天然氣運輸中最為常見的方式之一。天然氣企業選擇管道運輸的主要原因有管道運輸的成本較低、單次運輸量較大，能量消耗的比重較小，且運輸環境均為密閉環境，對天然氣的品質影響較小，具有良好的經濟效益。

1.1輸氣量

計算天然氣的輸氣量基本上依據兩個標準，一是天然氣的年輸氣量；二是天然氣的日輸氣量。在以年輸氣量為標準計算時，通常情況下將368d作為運輸的工作天數進行后續計算[1]。

1.2輸氣距離

天然氣的輸氣距離指的是天然氣管道運輸的長度。在運輸管道設計的過程中，首要確定的因素是天然氣源頭、用戶數量和需求，繼而根據運輸的距離、途徑區域進行詳細設計，對應用的天然氣管道長度進行計算并確定。具體而言，天然氣運輸管道確定是由起點開始，直至用戶使用位置截止的總長度。

1.3輸氣壓力

輸氣壓力指的是天然氣管道在運輸過程中的最高壓力。在運輸的過程中未應用壓縮機的管道運輸中運輸壓力的判定是管道起點壓力作為最高壓力，而應用壓縮機之后的運輸管道壓力則指的是壓縮機出口處的壓力為管道運輸壓力[2]。

1.4供氣壓力

供氣壓力指的是供氣合同中明確要求的，在輸氣管道末端向城市中用戶供氣的位置，或者輸氣管道的沿線位置上測量得出的交氣壓力。天然氣運輸階段的不同位置需要滿足不同的壓力水平，這一指標也是天然氣管道運輸設計中不容忽視的一點。

1.5輸氣溫度

在天然氣運輸的過程中，一部分區域的自然情況、氣候條件影響，受到土壤熱傳導、壓力作用導致溫度降低，管道沿線的溫度水平也會出現一定的變化，影響天然氣水、烴露點溫度，進而影響天然氣運輸的質量。

2天然氣管道輸送管線技術發展現狀

2.1天然氣輸送管材制造技術

天然氣管道運輸設計中對管道材質的定位具有極強的重要性和影響力，對這一問題的研究有助于引導設計人員在技術層面上建立正確的認知，明確現階段天然氣運輸工作中的技術水平，在管道設計中強化技術意識，提升管道設計的合理性[3]。在一部分農村地區，位于我國的東北、西北部，其自然環境具有自身特點，四季變化十分明顯，在寒冷的冬季極易出現管道冰凍現象，進而造成管道阻塞問題。或者是在管道掩埋的過程中，掩埋深度不足，管道的集中性較強，出現了管道阻塞現象。在管道冰凍之后，基本上會影響一定區域內的天然氣運輸問題，更為嚴重地會直接造成管道凍裂，造成十分嚴重的經濟損失。根據實際設計與建設情況而言，當天然氣運輸管道直徑在DN400mm以上時，現階段使用的無縫鋼管極易出現質量問題，難以滿足工程建設的需求。為了保證天然氣運輸質量、管道原材料選擇的穩定性，在管道制作環節需要采取螺旋焊縫或者直縫焊接鋼管的方式，進而保證管道的總體質量符合國家相關標準。目前我國對于天然氣輸送管材的制造與使用，基本上采取美國API5L標準。基于此，我國相關的天然氣企業正在不斷研發和設計全新的管道建設方式，力求能夠滿足不同環境下的管道需求，為長距離天然氣運輸奠定穩健的技術基礎。

2.2天然氣管線工藝制備技術

在天然氣運輸中，為了保證較長距離下的天然氣運輸具有穩定性和安全性，通常情況下使用增加壓力、調整壓力的計量設備進行控制。隨著天然氣運輸距離的延長以及我國天然氣運輸經驗的積累，原有的天然氣運輸管道逐漸落后于現階段企業、居民的使用需求，這便需要天然氣企業能夠在管道規劃、設計、建設的過程中優化設計內容，提升建設技巧，有效結合當地的實際問題，保證運輸管道科學化、規范化使用的基礎上，選擇合理的管道工藝技術，提升天然氣運輸管道的整體質量。例如，在天然氣管道運輸的過程中可以使用自力式調壓閥作為壓力調節裝置，這一設備具有良好的技術優勢，能夠延長天然氣運輸管道的壓力調整區域，實現管道內部壓力的精準控制，保障天然氣運輸過程中的穩定性。在運輸過程中可以使用孔板閥作為計量裝置，進而能夠準確計算出天然氣運輸的流量，給予天然氣運輸精準化、自動化、智能化的優勢。利用孔板閥能夠保證天然氣計量誤差最小化，奠定后續分配、使用階段的良好基礎和便利條件。

2.3管線安裝技術

基于天然氣管道運輸的整體成本規劃而言，管道建設環節成本消耗約占據整體項目投入的50%左右，為了有效調節設計階段的成本消耗，相關天然氣企業應當強化管道安裝和維護階段的工作質量。由于天然氣管道運輸鋪設的距離較長，需要穿越不同地質狀況的土壤、河流、鐵路等區域，管線安裝的難度較大，施工質量的不確定性十分鮮明。為了有效解決施工階段的隱患問題，我國引進了定向鉆技術，能夠在單位時間內提升工作效率，實現快速挖掘，快速安裝，既能夠節約施工成本，還能夠縮短施工時間。

3天然氣長輸管線的工藝設計

3.1長輸管線的類型

長輸管線分為四種類型分別是：（1）坑口煤制氣廠的集氣站與城市、工業區相連的管線。（2）油氣田集（壓）氣站與城市相連的管線。（3）與城市之間距離最短的天然氣運輸干線，與城市中配氣站鏈接的管線。（4）鄰近城市的石油化工廠、制氣廠、轉輸站等距離城市儲配站所應用的管線。

3.2天然氣長輸管線的功能

（1）天然氣管道運輸需要設計特殊的流量控制器進行流量把控。（2）由于我國幅員遼闊，不同區域的海拔與氣壓會出現變化，在長距離管道運輸中需要綜合考慮管道布置的區域特點，對天然氣管道進行壓力調整。（3）在天然氣長距離運輸的過程中需要經過多個不同的天然氣田、多個城市和地區，在管道設計中需要設置接收和分輸功能，保證各個城市天然氣使用穩定均衡。（4）管道設計需要具備截斷功能。天然氣管道延伸的距離較長，在使用的過程中會出現損壞、維修的管道，當某一部分的管道需要暫停使用的情況下，能夠暫時切斷這一區域，利用截斷閥門關閉管道，切斷運輸源。（5）天然氣運輸管道要具備調節壓力的功能。長輸管道連接的上下游管道在設計的過程中會適當降低管道的等級。在天然氣出口位置需要設置一個氣壓調節裝置，保證天然氣的穩定性。（6）在管道運輸天然氣的過程中經常會出現管道雜物堆積、長時間使用后殘留固態物質、液體等。在長管道運輸中需要定期、定時進行清理，保證管道的運輸質量。3.3天熱氣長輸管線具體設計要求（1）需要確定科學合理的長管道運輸設計工藝。在天然氣管道運輸中需要結合區域內、運輸路徑城市的天然氣使用和發展情況，以及運輸過程中天然氣的質量水平、突發事件處理能力、維修能力等相關因素，對管道末端的儲氣能力進行詳細計算，力求能夠滿足天然氣管道運輸各個環節的需求。運輸方式的設定需要結合管道運輸能力、用戶使用量、天然氣管道與壓氣站距離，以水力計算為基礎設定運輸管道的口徑。其中需要注意的一點是，管道口徑和運輸天然氣的壓力之間是反比例關系，當管道口徑增加時，運輸天然氣的平方差則會減小。鑒于此，需要選擇合理的運輸壓力平方差，保證天然氣運輸安全性和使用穩定性的同時，獲得最大化經濟效益。與此同時，管道口徑的調整對于制管能力也存在一定的影響，在設計過程中需要對以上二者進行詳細計算后方可決定。根據我國天然氣運輸的常規化數據研究可知，加壓輸送的安全距離為500~600km。（2）需要對管道口徑、壓氣站距離、壓力進行協調。在確定了管道口徑、管道厚度之后能夠選擇管道制作的原材料。當天然氣需要進行加壓運輸的情況下，需要選擇適宜的壓氣站距離、壓力等級等。一般在長輸管線上應用的是離心式的壓縮機。（3）需要設定站場布局和站內運輸流程。在天然氣輸送的過程中有壓氣站、分輸站、加氣站、清管站等，其中分輸站和進氣站的設計需要與用戶、氣源距離縮小，降低支線的建設長度。清管站的設定需要建立在方便實施清潔工作的位置。保證以上各個站點的位置、結構能夠符合天然氣運輸的需求，盡量提升資源的利用效率。各個站點的工藝流程也需要做到精細化、精簡化，保證天然氣運輸的安全。（4）需要設計合理的運輸線路。在進行運輸線路設計的過程中，需要綜合研究線路經過的自然環境、地理位置、交通特點等。分析運輸線路是否經過水利設施、農田、礦產開采、鐵路、公路，防治天然氣運輸與城市建設、農業發展、礦產開采之間的矛盾問題。線路設定過程中也需要避開軍事基地、文物保護區、飛機場、碼頭、港口位置，當線路設定必須要經過以上區域時，需要與相關部門及時溝通，雙方協作研究選擇最佳方式鋪設。天然氣運輸線路設定階段最為重要的一點是安全性，保證設計、勘察、施工、運輸環節的安全，盡量避免在地質條件惡劣的區域進行鋪設，例如山體滑坡、泥石流地區。在確定鋪設線路之后，不同的地質條件需要選擇不同的施工技術，例如，在平原地區需要選擇直線管道，降低管道原材料的消耗，盡量降低管道運輸的距離；山區施工則需要沿著山腳的走向進行鋪設，降低施工過程中對人力資源、資金的消耗；在山川河谷地帶施工需要盡量避免管道進入山村、農田、居民區、種植園等區域，降低居民搬遷、園地被毀的經濟損失。

4結束語

天然氣是現階段人們生產生活心中不可或缺的資源之一，在天然氣運輸的過程中實施管道運輸需要保證工藝設計與天然氣自身的特點、用戶的需求相吻合，保證整體的運輸距離、安全系數、運輸質量符合國家的相關標準，以安全、質量為運輸管道設計前提，保障人民群眾天然氣使用的穩定性、科學性。

參考文獻

[1]張建婷.天然氣管道輸送管線的工藝設計分析[J].中國新技術新產品，2019（19）：35-36.

[2]劉洋，王璽，陳宏升，等.HIPPS在天然氣輸送管線中的設計和應用[J].油氣田地面工程，2020，39（8）：80-86.

[3]申永超.天然氣站場排污工藝設計安全性分析[J].石油化工安全環保技術，2017，33（6）：63-66.

作者：王景豐 單位：國家管網集團北方管道有限責任公司長春輸油氣分公司