管道进出站场段敷设方式的改进

史 航，孙学军

（中国石油天然气管道工程有限公司，河北廊坊 065000）

管道进出站场段敷设方式的改进

史 航，孙学军

（中国石油天然气管道工程有限公司，河北廊坊 065000）

油气管道进出站场段是管道受力和变形较大的区段，随着管道直径的增大，所需锚固墩承受的推力增大，锚固墩的体积也需随之增大，管道承受的应力很大。为避免长距离埋地管道的轴向位移传递到站内，并避免设置进出站锚固墩带来的不利因素，提出了Z字型进出站场段的管道敷设方式。文章结合管道线路和输送工艺参数进行计算与分析，指出必要时调整进出站段局部管道的线路走向，可减小进站处地面设备和管道的应力及位移。

进出站段管道；Z字型敷设；位移；应力；分析

1 管道进出站段设计的不利条件

油气管道线路段一般采用埋地敷设，而站场内设备大多采用地上敷设，因而进出站段管道属于从埋地敷设逐渐向地上敷设方式的过渡区段。典型的进站或出站段管道如图1所示。

进站段管道作为线路专业和站场工艺专业的结合段，传统设计的做法是在站外管道埋地段设置一个锚固墩，用来隔离埋地段管道和地面管道的不同约束条件，使埋地管道一端的位移不再向站内地上管道段传递。但所需的锚固墩随着管道直径的增大其承受的推力也增大，如直径1 016 mm的管道，出站段的推力可以达到1 500～2 000 kN，推力作用到面积很小的锚固法兰上，防腐绝缘层难以承受该应力，往往造成阴极保护电流从锚固法兰漏失；相应的锚固墩的体积达上百立方米，而且管道承受的应力很大，这些均成为设置锚固墩的不利条件。

近期一些项目的设计中经核算后取消了进出站锚固墩，但由于计算选取的土壤对管道的嵌固作用偏强，易造成站内首发球筒部位位移偏大。

2 解决进出站段位移和应力偏大问题的方法探讨

通常的设计，管道基本上以接近直线的方式进出站，出、入土的两个纵向弯管角度一般为30°，经核算，在不设置锚固墩的情况下，管道的出站温度为50℃、安装温度为0℃时，站内发球筒部位位移可达60 mm，出站三通处膨胀应力很大。

分析其原因，是管道的直径较大，土壤对管道的约束能力相比小直径管道弱，所需的嵌固段要长；而且进出站位置的管道没有专门进行进出站线路敷设方式的设计，仅仅是简单地从站外埋地管道直接与站内管道相连接，嵌固段内埋地管道在轴向应力的作用下，位移直接传递到站内地面管件和设备上。虽然计算中这些应力和位移在温差 （运营温度和安装温度之差）不大的情况下不会超出规范要求的范围，但实际中管道内应力较高、位移偏大，并可能随着运营压力和温度的变化出现位移的变化，这也是运营中需重点关注的因素。

如何阻止长距离埋地管道的轴向位移传递到站内，并避免设置进出站锚固墩的不利因素，可采用如图2所示的Z字型进出站场段的管道敷设方式。

按照图2中管道布置，使进出站场段埋地管道呈Z字型，相当于增加了一个受土壤约束的 “补偿器”，使站内管道和设备上的应力显著减小，管道在较低应力状态下运行，服役条件更优；笔者近期对一条直径1 016 mm输气管道项目进出站段管道的应力和位移作了多种进出站方式、不同参数情况的计算，采用应力分析软件计算出某站场的位移情况如表1所示。

表1 某站场出站位置应力和位移计算值

从表1看出，采用不同的进出站管道布置，同样的参数下收发球筒的位移可减少20%～40%（根据站外两个热煨弯管的角度不同），管道的膨胀应力明显减小。

直线型进出站显然线路长度较短，且可以减少1～2个大角度热煨弯管。采用Z字型进出站布置，中间多了一段横向布置的管段，经过计算，此段的长度只需要3～5 m，就可以起到 “补偿器”的作用，一般可采用一根管 （约12 m）长度。在用地紧张的地段，横向段可以沿着站场征地的边线布置，不需另外增加管道占地面积；两个弯头的角度，远离站场的一个角度可为30°～90°，靠近站场的弯管角度需采用90°，为了节省空间，靠近站场的90°弯管可以和连接地上管段的弯管 （一般为30°或45°）合并为一个，也能起到明显的增加管道柔性的效果。两种敷设方式从经济方面分析，一段长12 m管段加两个热煨弯管的费用，与一个锚固墩的费用大致相当。

计算也发现，当出站段管道的运营温度和安装温度之差是纵向应力的主要影响因素时，对于温差较小的站场，则不需要采取Z字型敷设方式，这需要通过应力计算来确定。

3 结束语

通过对进出站段管道敷设方式的分析与计算，采用Z字型管道的敷设方式，可以在不设锚固墩的条件下，明显降低出土端管道和设备的应力和位移量。建议在管道设计中将进出站段管道作为特殊的地段单独进行应力分析计算，亦可将进出站段一定范围 （可取站外200～400 m）埋地管道与站内管道一起进行应力计算，当发现应力和位移量较大时，可采用Z字型管道的布置方式。设计单位可做出不同管径、不同工艺参数下该段管道应力与位移的系列计算表格，找出规律，简化设计。

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，山东人，教授级高级工程师，1985年毕业于管道局职工学院，现从事石油天然气管道工程的设计管理工作。

2010-12-17