1 建設(shè)高壓、次高壓燃?xì)夤芫€的必要性

在城市周邊建設(shè)高壓、次高壓管線可以充分利用長輸管線來的壓力能，減少輸氣管道壓損，提高管道輸送效率，降低能量消耗，同時(shí)可兼做儲(chǔ)氣和調(diào)峰作用，減少城市市政工程用地，降低投資，達(dá)到有效利用資源，因此，建設(shè)高壓、次高壓燃?xì)夤艿罏槌鞘邪l(fā)展提供可靠能源保障，是很有必要的。

2 輸配系統(tǒng)

2.1壓力機(jī)制

根據(jù)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50028—2006)壓力分級(jí)：高壓A為2.5MPa＜P≤4.0MPa，高壓B為1.6MPa＜P≤2.5MPa；次高壓A為0.8MPa＜P≤1.6MPa，次高壓B為0.4MPa＜P≤0.8MPa。

2.2輸配流程

輸配流程見圖1。

2.3儲(chǔ)氣量

利用高壓、次高壓供氣管道末端儲(chǔ)氣可根據(jù)公式(1)計(jì)算：

2.4水力計(jì)算

高壓、次高壓燃?xì)夤艿赖乃τ?jì)算可根據(jù)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50028—2006)中6.2.6-1式計(jì)算。

3 線路選擇

城鎮(zhèn)燃?xì)飧邏?、次高壓線路的選擇直接影響著工程的投資，因此，線路走向必須進(jìn)行多方案調(diào)查、分析、必選，擇優(yōu)而定。

高壓輸氣管線應(yīng)按以下原則進(jìn)行選線：

(1)遵守國家和地方政府關(guān)于城市建設(shè)的方針、法規(guī)和區(qū)域規(guī)劃的要求；

(2)符合城市總體規(guī)劃要求，統(tǒng)籌考慮，近期、遠(yuǎn)期結(jié)合；

(3)選擇有利地形，少占農(nóng)田，并盡量避開施工難段和不良地質(zhì)的地段，避開或減少通過城區(qū)人口和建構(gòu)筑物密集區(qū)，要減少拆遷量，符合安全距離要求；

(4)應(yīng)盡量避開重要的軍事設(shè)施及公共設(shè)施；

(5)河流穿跨越的河段應(yīng)服從線路的總體走向；

(6)線路局部走向應(yīng)服從穿跨越河段的需要；

(7)要盡量減少線路與人工障礙物交叉，減少穿、跨越工程；

(8)要盡量依托和利用現(xiàn)狀公路，方便管道的運(yùn)輸、施工和運(yùn)行管理；

(9)線路力求順直，縮短長度，節(jié)約投資。

4 穿跨越工程

在城市區(qū)域范圍內(nèi)，有大量的河、湖水面，密布鐵路、公路、橋梁，而這些地段有時(shí)輸氣管線是不可避免地要通過的。

穿越管道是指管道從障礙物(如河流、鐵路、公路)的底部通過的一種方式。常用的穿越方法有：定向鉆、氣舉成溝法、爆破成溝法、頂管法、漂浮法、底托牽引法、輔管船法、浮橋法，本文重點(diǎn)介紹一下定向鉆穿越方法。

定向鉆工作過程是通過計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行導(dǎo)向和探測，先鉆出一個(gè)與設(shè)計(jì)曲線相同的導(dǎo)向孔，然后再將導(dǎo)向孔擴(kuò)大，把產(chǎn)品管線回拖到擴(kuò)大了的導(dǎo)向孔中，完成管線穿越的施工過程。燃?xì)怃摴芩蕉ㄏ蜚@穿越的主要控制點(diǎn)有：

(1)穿越管段曲率半徑不宜小于1500Ds，且不應(yīng)小于1200Ds；

(2)水平定向鉆敷設(shè)穿越管段的入土角宜為8°～18°，出土角宜為4°～12°，具體應(yīng)根據(jù)穿越長度、管段埋深和彈性敷設(shè)條件確定。

采用定向鉆施工工程造價(jià)低、工期短、有利于保護(hù)航運(yùn)和周圍環(huán)境，施工人員少，埋設(shè)深度容易滿足設(shè)計(jì)要求，節(jié)約工程材料。在大型管道穿越江河工程建設(shè)項(xiàng)目中已得到了應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟，是首選的穿越施工方法。如中石油西氣東輸二線東段，河南省社旗縣淠河之下X80鋼級(jí)直徑1219mm大口徑管道定向鉆穿越(穿越長度711m)，中石化儀征—長嶺原油管道工程九江長江段2.3km定向鉆穿越工程(管道直徑457mm)。

跨越管道是指管道從障礙物(如河流、鐵路、公路)的上部通過的一種方式，常用的跨越方法有：懸索跨越、懸垂管跨越、斜拉索跨越、連續(xù)梁跨越、八字鋼架式跨越、輕型托架式跨越、桁架式跨越，拱式跨越。高壓、次高壓管線因壓力機(jī)制較高，一般不采用跨越管道方式敷設(shè)。

5 管道選材

燃?xì)夤艿浪娩摴堋⒐艿栏郊牧系倪x擇，應(yīng)根據(jù)管道的使用條件(設(shè)計(jì)壓力、溫度、使用地區(qū)等)、材料的焊接性能等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。

天然氣輸送常用的鋼管有無縫鋼管和焊接鋼管。無縫鋼管一般用于小口徑管道，不適宜輸氣管線。目前國內(nèi)外的油氣輸氣管線主要為焊接鋼管。焊接鋼管有螺旋縫焊接鋼管和直縫焊接鋼管，都能滿足《石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件第1部分：A級(jí)鋼管》(GB/T9711.1—1997)、《石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件第2部分：B級(jí)鋼管》(GB/T9711.2—1999)(參考ANSI/APISPEC5L標(biāo)準(zhǔn)制訂)的規(guī)定。

5.1管道壁厚

管道壁厚選取不僅要求滿足管道強(qiáng)度、穩(wěn)定性要求，同時(shí)應(yīng)滿足抗御外力破壞的要求。按照《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50028—2006)的相關(guān)要求，直管段管壁厚度按公式(2)計(jì)算：

設(shè)計(jì)強(qiáng)度系數(shù)可根據(jù)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50028—2006)的分級(jí)地區(qū)選取合理系數(shù)，高壓、次高壓管道已采用了較高等級(jí)的材料，焊接系數(shù)取1。如寶雞市天然氣三期利用工程就使用D406.4螺旋縫埋弧焊鋼管和D323.9直縫埋弧焊鋼管，材質(zhì)L290MB，B級(jí)鋼管，設(shè)計(jì)壓力1.6MPa，壁厚根據(jù)管線敷設(shè)所在不同地區(qū)劃分標(biāo)準(zhǔn)(考慮了今后發(fā)展)，其選取如表1所示：

以D406.4鋼管敷設(shè)所在地區(qū)選取管壁厚為例：周圍建筑物與管道凈距大于3.0m但不足6.5m采用了D406.4×11.9，大于6.5m但不足13.5m采用了D406.4×10.0，大于13.5m采用了D406.4×6.3。

5.2彎頭和彎管厚度

彎頭和彎管的管壁厚度根據(jù)《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50251—2003)中公式(3)計(jì)算：

還是以寶雞市天然氣三期利用工程D406.4鋼管為例，要求熱煨彎管曲率半徑為6倍管外徑，熱煨彎管采用直縫埋弧焊鋼管L290MB，B級(jí)鋼管，與D406.4×6.3規(guī)格連接壁厚不低于6.7mm，與D406.4×10.0規(guī)格連接壁厚不低于10.6mm，與D406.4×11.9規(guī)格連接壁厚不低于11.9mm。冷彎管一般盡量少采用，若要采用應(yīng)滿足曲率半徑為40倍管外徑，冷彎管的任何部位不得有褶皺，裂紋和其他機(jī)械損傷，其兩端橢圓度應(yīng)小于或等于1.0%，其他部位的橢圓度不應(yīng)大于2%。

此外，根據(jù)地質(zhì)條件和管道受力還應(yīng)對(duì)管道進(jìn)行剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性及抗震校核。

6 管道防腐

高壓、次高壓埋地燃?xì)怃摴芊栏２扇⊥夥栏繉臃ê完帢O保護(hù)法。外涂層方法可減少或阻斷腐蝕電流，進(jìn)而減緩腐蝕的發(fā)生，目前，埋地燃?xì)怃摴艹Ｓ玫耐夥栏繉又饕协h(huán)氧煤瀝青、擠壓聚乙烯(二層/三層PE)、熔結(jié)環(huán)氧粉末、聚乙烯膠粘帶、石油瀝青、煤焦油瓷漆等六種。其中擠壓聚乙烯(三層PE)復(fù)合結(jié)構(gòu)、熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐涂層性能優(yōu)異，歐美國家埋地管道主要采用這二種防腐涂層；在我國，從耐用年限、維護(hù)費(fèi)用等全面的經(jīng)濟(jì)因素考慮，一般首選絕緣性能優(yōu)良的加強(qiáng)級(jí)三層PE復(fù)合結(jié)構(gòu)，該防腐層在國內(nèi)多個(gè)城市燃?xì)夂臀鳉鈻|輸工程中已被成功使用，取得了很好效果。

陰極保護(hù)可采用犧牲陽極法和強(qiáng)制電流法，兩種方法性能比較如表2：

犧牲陽極法是由一種比被保護(hù)金屬電位更低的金屬或合金與被保護(hù)的金屬電連接所構(gòu)成。在電解液(土壤)中，犧牲陽極因較活潑而優(yōu)先溶解，釋放出電流供被保護(hù)金屬陰極極化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)保護(hù)。犧牲陽極可以選擇采用鋅陽極或鎂陽極。一般ρ＜5Ω·m時(shí)，選用鋅陽極；5Ω·m≤ρ≤100Ω·m時(shí)，選用鎂陽極；ρ＞100Ω·m時(shí)，選用帶狀鎂陽極；在土壤潮濕的情況下，鋅陽極使用范圍可擴(kuò)大到30Ω·m。

強(qiáng)制電流法是通過外部的直流電源向被保護(hù)金屬管道通以陰極電流使之陰極極化，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)的一種方法，在采用時(shí)要計(jì)算陰極保長度及所需的保護(hù)電流等參數(shù)。

7 管道焊接控制

影響燃?xì)夤艿篮附淤|(zhì)量的因素很多，諸如焊接方法、焊接設(shè)備、原材料的質(zhì)量、焊接材料的質(zhì)量及其控制的選擇、坡口的加工質(zhì)量及管道組對(duì)質(zhì)量、焊接環(huán)境(氣溫、風(fēng)速)、現(xiàn)場條件(如登高或地溝操作)、焊工素質(zhì)、焊接工藝的正確性及其具體實(shí)施情況等等。

常用焊接方法有：手工電弧焊、埋弧自動(dòng)焊、氬弧焊、CO₂氣體保護(hù)焊、等離子弧焊、電渣焊。高壓、次高壓管道主要采用的焊接方法：焊條電弧焊上向焊(手工焊)、焊條電弧焊下向焊(手工焊)、自動(dòng)保護(hù)藥芯焊絲電弧焊下向焊(半自動(dòng)焊)、熔化極氣體保護(hù)電弧焊下向焊(半自動(dòng)焊、機(jī)械化焊接)，其焊接工序流程見圖2：

管道焊接完成后必須按照國家行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)，現(xiàn)行管道焊接國家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)金屬管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB50235)和《現(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB50236)中的有關(guān)規(guī)定都對(duì)焊接質(zhì)量和檢驗(yàn)做了明確的規(guī)定，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行。

8 管道清掃，試壓及驗(yàn)收

輸氣管道試壓前應(yīng)采取清管器進(jìn)行清管，清除內(nèi)部雜物和內(nèi)壁浮銹，不少于兩次，清管應(yīng)設(shè)置臨時(shí)清管收發(fā)裝置，清管接受裝置應(yīng)設(shè)置在地勢較高的地方，50m內(nèi)不得有居民和建筑物，清管器進(jìn)行速度一般控制在4～5km/h，工作壓力一般為0.05MPa。清管前，確認(rèn)清管段內(nèi)的線路截?cái)嚅y處于全開狀態(tài)，清管后，以接收端無雜質(zhì)為合格。

管道清掃干凈后進(jìn)行注水試壓，水壓試壓每段不宜超過35km，高差不宜超過30m，管道試壓注水時(shí)，宜加隔離球，且應(yīng)保持一定的球前壓力，以排除管內(nèi)空氣，試壓合格后排盡試壓水并對(duì)管道進(jìn)行干燥，直至管內(nèi)空氣水露點(diǎn)比輸送條件下最低環(huán)境溫度低5℃，若管道封閉超過3個(gè)月未投產(chǎn)，應(yīng)對(duì)管道進(jìn)行充氮?dú)獗Ｗo(hù)。下面以主管道D508×9.5為例，其發(fā)球裝置和收球裝置示意圖如下：

9 投運(yùn)后建議

高壓、次高壓燃?xì)夤艿垒斔蛪毫^高，危險(xiǎn)性大，除對(duì)工程設(shè)計(jì)、施工嚴(yán)把關(guān)外，還應(yīng)注重投產(chǎn)日后的運(yùn)行維護(hù)保養(yǎng)，應(yīng)成立專門的管線運(yùn)營管理部門，制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確保管道能安全有效運(yùn)行。

(本文作者：寶雞市同昌燃?xì)夤こ淘O(shè)計(jì)有限責(zé)任公司 孟濤)