涩宁兰管输系统方案优选

苏 欣,郭艳林,陈 凤,陈 静,陈 杰

(中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司,四川成都610017)

涩宁兰管输系统方案优选

苏 欣,郭艳林,陈 凤,陈 静,陈 杰

(中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司,四川成都610017)

介绍涩宁兰管输系统的三个比选方案,对三个方案的优缺点分别进行了详尽说明。采用层次分析法(AHP)从方案的安全性、经济性和施工难易程度对三个比选方案进行了综合评价,最终确定为最优方案,验证了层次分析法在类似方案比选中的适用性。同时建议在以后的设计中,设计人员应从“安全第一、环保优先、以人为本、经济适用”出发,采用合理科学的多目标决策方法,从多方面对方案进行评价,最终确定最佳方案。

天然气;输气管道;方案;优选;层次分析法

0 引言

涩宁兰输气管道系统由一线(已建)和复线(在建)组成,一线全长931.29 km,复线全长921.4 km,管径均为Ф660 mm,设计压力均为6.3 MPa,整个管输系统设涩北、羊肠子沟、乌兰和湖东共4座压气站。另外下游还有一条兰州—天水的输气管道与涩

宁兰管输系统相连接[1～4 ]。实地勘察发现管线末段八盘峡—兰州段的工程地质条件复杂,建筑物分布较多,在兰州水源地附近,复线必须绕行经过此地,管线施工难度很大,建成后的运行维护得不到有效的保证。为此针对复线穿越黄河后向东敷设约19 km进入兰州末站的施工难度、兰州市城市管网的现状以及天水支线的连接方式,在满足工艺要求(即满足兰州交气压力4.0 MPa)的前提下,对涩宁兰复线末段的建设提出如下三个比选方案。

1 比选方案

在设计初期考虑两条管线从涩北首站开始并行敷设至兰州末站,但随着设计的不断深入,通过现场

1.1 方案一:复线末站设在原兰州末站

涩宁兰复线与老线并行敷设至老线兰州末站,即复线穿越黄河,翻越龙爪山,绕开水源保护地,天水支线从复线兰州末站接气,方案示意图如图1。

图1 方案一示意图

该方案的优点是涩宁兰老线与复线在末端互为备用,无论那条管线出现事故,均可通过另一条管线保证兰州用户用气需求,供气可靠性高。

该方案的缺点是: a.施工难度大。涩宁兰管线末段八盘峡—兰州段的工程地质条件复杂,建筑物分布较多,在兰州水源地附近,复线必须绕行,经现场踏勘,发现龙爪山山势陡峭,管线施工难度很大; b.原老线路由是在几经反复论证,现场踏勘才最终确定的,而如果复线再与老线并行敷设,很可能在施工过程中给老线的安全平稳运行带来巨大隐患,甚至直接破坏老线管道,造成输供气的中断,影响下游用户; c.征地费高、施工难度大、措施费高,投资大; d.兰州供气点为惟一,若黄河东岸至兰州末站管线出现事故,不能保证兰州市保安用气。

1.2 方案二:复线末站设在黄河东岸

涩宁兰复线管道穿越黄河。黄河西复线35#阀室与老线31#阀室连通,复线末站设在黄河的东面,与老线32#阀室连通,在复线末站向天水支线供气,同时可向兰州燃气集团河口门站供气,使兰州城市燃气管道最终形成两个供气口,保证兰州城市燃气安全稳定供气,提高其供气可靠性。方案示意图如图2所示。

图2 方案二示意图

该方案的优点是: a.复线在黄河东、西面与老线进行连通,实现两条管线(包括黄河穿跨越)的相互保安,管道供气的可靠性大大提高; b.由于复线和老线进行了连通,天水支线供气可靠性大大提高; c.充分利用现有城市管网,通过兰州燃气公司的DN700管道为兰州构建了双进气点,在老线末端管道事故状态下,兰州城市用气也可得到保障; d.减少了复线建设投资。

该方案的缺点是: a.天水支线的起点始于复线河口末站,增加了天水支线长度约19 km (相对于天水支线起点始于兰州末站而言) ,且天水支线在兰州境内的走向与原复线在兰州境内的走向一致,即必须绕开兰州水源保护地,翻越龙爪山,施工难度大,同样在施工过程可能对老线造成隐患; b.由于兰州城市河口门站可扩建区只局限在门站东侧或南侧的狭长空地上,且门站东侧所靠的山体有滑塌的可能,该地段不适合建站。故复线末站不能依托该站建设,只能在老线32#阀室附近选址新建。这样新增一座河口末站,需要新增完整的站场用地,并建设相应的公用工程,且配置相应的运行管理人员,增加了运行管理费用。

1.3 方案三:复线末站设在黄河西岸,与兰银线河口首站合建

涩宁兰复线管道穿越黄河。复线末站与兰银线河口首站合建,并与老线31#阀室连通。河口站内设置复线收球装置即为兰州城市燃气供气调压、计量设施。复线Ф 660管道过黄河后与老线32#阀室连接,同时与兰州城市燃气河口门站连接(该段管道设计压力为6.3 MPa) ,并通过兰州城市燃气DN700管道向兰州供气。天水支线由兰州末站扩建分输。方案示意图如图3所示。

正常工况时,通过涩宁兰老线兰州末站给兰州城市燃气柳泉门站、兰州石化、中油CNG及天水支线用户供气,复线末站计量调压至1.6～2.5 MPa通过35#阀室给兰州城市燃气河口门站供气。在涩宁兰老线末端事故情况下(老线32 #阀室—兰州末站) ,可提供兰州城市燃气的保安供气。在涩宁兰老线黄河穿越段事故情况下,复线天然气可不调压通过32#阀室与涩宁兰老线连接,形成黄河跨越的保安回路,保证兰州用户的用气安全,同时也可通过复线35#阀室内手动调压设施,给兰州城市燃气河口门站供气。

图3 方案三示意图

该方案的优点是: a.复线在黄河东、西面与老线进行连通,实现两条管线黄河穿跨越的相互保安,管道供气的可靠性大大提高; b.通过兰州燃气公司的流泉门站和河口门站兰州构建了双进气点,在老线末端管道事故状态下,兰州城市用气也可得到保障; c.复线末站与兰银河口首站合建,节省了征地及公用设施的建设,便于日常的生产运行管理,节省了投资; d.由于减少了19 km的管道建设,故减少了复线建设投资; e.天水支线的路由越过了河口—兰州困难地段,缩短了管线,节省了投资。

该方案的缺点是在涩宁兰老线末端事故情况下(老线32#阀室—兰州末站) ,天水支线下游用户将停输。

2 方案优选

三个比选方案各有优缺点,如何定量地选择出最优建设方案,需要综合考虑管道建设安全性、经济性和施工难易等各方面的因素,这是一个多目标多层次的决策优选问题,目前对于此类问题的解决方法很多,例如层次分析法、模糊综合评价、神经网络等。由于模糊综合评价涉及邀请专家打分,而神经网络应用还不普及且对一般设计人员操作存在困难,故笔者推荐采用层次分析法(AHP)求解此类问题[2 ]。

2.1 层次分析法简介

层次分析法(Analytic Hierarchy Process,简称AHP)是对一些较为复杂、较为模糊的问题作出决策的简易方法,它特别适用于那些难于完全定量分析的问题。它是美国运筹学家T.L.Saaty教授于20世纪70年代初期提出的一种简便、灵活而又实用的多准则决策方法。层次分析法的主要步骤如下:

a.建立递阶层次结构模型,见图4;

b.构造出各层次中的所有判断矩阵;

c.层次单排序及一致性检验;

d.层次总排序及一致性检验。

图4 AHP的常用模型结构

由于AHP在很多文献中均有详细介绍,本文在此不再赘述。

2.2 涩宁兰管输系统方案优选

按照层次分析法步骤,对涩宁兰管输系统比选方案从安全性、经济性和施工难易三个方面综合考虑,确定出最优方案,建立如图5所示的优选层次模型。根据中石油“安全第一、环保优先、以人为本、经济适用”的设计理念,对准则层各因素的重要程度排序为兰州安全性>天水安全性>经济性>施工难易。

图5 涩宁兰方案优选的AHP层次模型

2.2.1 兰州安全性

从前面的分析可知方案三由于是双向给兰州供气,故对兰州安全供气最有保证;而方案二虽然也是双点向兰州供气,但天水支线仍需翻越龙爪山,施工过程中难免会对涩宁兰一线造成一定的影响,故对兰州安全供气不及方案一;方案一对兰州安全供气的保障性最差。

2.2.2 天水的安全性

由于方案一天水支线和复线末站相连,且涩宁兰末端管道老线与复线互为备用,也就更好地保证了天水供气的安全性;方案二虽然也可得到老线复线的互为备用,但天水支线仍从龙爪山翻越,施工难度大,建成后维护困难,对天水支线的安全供气性较差;而方案三中天水支线和一线兰州末站连接,且一线末段管线没有备用管道,故天水支线的安全供气性最差。

2.2.3 经济性

三方案相同部分投资不计,以方案一为基准,方案二和方案三增减的投资估算见表1。

表1 方案投资比较表 万元

综上所述,方案的经济性排序是方案三、二和一。

2.2.4 施工难度

从是否翻越龙爪山考虑,施工容易程度排序很明显是方案三、二和一。

由上述分析按照AHP计算步骤,通过MATLAB计算得到各方案排序见表2。

表2 方案的AHP排序

从表2可以看出三个方案的优先顺序为方案三、方案二、方案一,即从安全性、经济性和施工难易程度三个方面综合考虑方案三是最优方案,这与设计最终确定方案也是一致的。

3 结论与建议

本文对涩宁兰输气管道系统的比选方案进行了分析,对提出的三个比选方案从安全性、经济性和施工难易程度三个因素考虑,采用层次分析法(AHP)定量确定出了最优方案,计算结果与实际工程确定方案一致,说明AHP可以应用于类似方案优选决策。

目前输气管道设计方案优选,往往只从定性的角度对方案进行比选说明,而最终确定方案时,又只对经济进行定量分析后,选择最经济的方案,笔者认为这种做法尚不完全符合中石油的“安全第一、环保优先、以人为本、经济适用”的设计理念,有时最经济的不一定是最安全的,最人性化的,在中石油的设计理念中经济是排在最后的,因此,建议在以后的设计中,应采用合适的多目标综合决策方法对方案进行多方面评价,最终选出最佳方案。

[1] 苏 欣,郭艳林,陈 凤,等.涩宁兰输气管道复线工程工艺分析计算说明书[ Z].成都:中国石油工程设计有限公司西南分公司, 2008.

[2] 苏 欣,袁宗明,胡安鑫,等.城市CNG汽车加气站安全评价模型[J ].天然气工业, 2006, 26 (2) : 126-128.

[3] 苏 欣,陈 静,杨汗清,等.涩宁兰输气管道复线抗震设计探讨[J ].天然气与石油, 2009, 27 (3) : 14-18.

[4] 王鸿捷.涩宁兰输气管道线路工程水工保护[J ].天然气与石油, 2003, 23(1) : 11-13.

1006-5539 (2010) 04-0018-04

A

2009-11-25

中国石油天然气集团公司重点项目资助(S2008 - 13D)

苏 欣(1982-) ,男,四川南充人,工程师,硕士,主要从事油气田地面工程设计工作。